数据中心设备供电技术发展趋势

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1、数据中心IT设备供电技术发展趋势数据中心IT设备供电技术发展趋势目录1数据中心IT设备供电系统概述2数据中心主流IT设备供电方案2.1不间断电源主用方案2.2市电+不间断电源共用方案2.3市电主用方案3结论及建议正文1数据中心IT设备供电系统概述近年来，随着信息技术的快速发展，IT设备需求呈爆发性增长趋势，相应的，作为IT设备基础设施的载体，各地数据中心开始了前所未有的大规模建设。作为数据中心关键基础设施的供电系统，因其投资额度大、占地面积多、运行效率直接关系运营成本而受到越来越多的关注，对其可用性和能效性提出了越来越高的要求。供电系

2、统涵盖内容广泛，设备种类繁多，在不同的供电体制下（如典型的苏制和美制供电系统）架构也会有所不同，但前端供电系统一般不是用户能决定的，而为IT设备直接供电的末端供电系统实际在很大程度上影响着数据中心的建设和运营成本，因此，本文将主要论述末端IT设备的供电系统典型方案和发展趋势。2数据中心主流IT设备供电方案2.1不间断电源主用方案2.1.1ACUPS方案几十年来，为解决数据中心内IT设备的供电间断和供电波动等电能质量问题，数据中心一直采用ACUPS+后备电池方案，由ACUPS提供符合电能质量需求的供电波形，由后备电池解决供电的短时中断，

3、在世界范围内得到了广泛而成熟的应用。但近年来，随着数据中心建设规模的越来越大，用户对数据中心能效和可用性的要求也越来越高，该方案固有的效率低和可用性差等缺陷越来越不为用户接受。事实上，采用单机ACUPS供电时，在负荷率较高情况下，可以达到90%甚至更高的系统效率，但实际项目中通常会根据不同可用性的需求，大量采用N+1或2N系统配置，因冗余度较高而导致实际负载率较低，直接导致了实际系统效率仅约80%-90%，甚至更低。这意味着在一个IT负载为1000kW的数据中心中，仅ACUPS及其相应制冷损耗就耗费了约200kW，能效过低。另外，AC

4、UPS因其自身原理特性，系统架构复杂，数据中心IT设备供电技术发展趋势内部器件繁多，导致其可靠性差（尤其是输出端的静态开关切换时容易产生瞬断），维护难度大，实际可用性较低。典型方案详见下图。1.1.1HVDC方案为解决ACUPS存在的固有问题，从1999年起，法国电信等机构陆续开始了对高压直流系统的研究（以下简称HVDC，与后述48VDCUPS同属DCUPS），国内自2007年开始逐步尝试，目前，高压直流的主流方案是国内的240V、336V和国外的380V等形式。由于绝大多数的标准交流输入设备不用任何改造就可直接采用240V直流供电，

5、因此国内主流运营商已开始逐步大面积推广240VHVDC系统，目前在用IT设备已超过10万台，应用逐渐趋于成熟，预计将来会呈指数型增长。而336V、380V等电压等级的高压直流需要专门定制服务器电源，对于上百种的数据中心IT设备而言定制推广难度过大，且配套的配电系统目前还不够成熟，因此目前实际使用极少，仅存在试点状态。故本文下述仅讨论相对成熟的240VHVDC系统，HVDC相对传统ACUPS而言，系统结构大大简化。详见下图。数据中心IT设备供电技术发展趋势HVDC系统与传统ACUPS系统相比有诸多优势：l可用性：拓扑简单，电池直接挂在输

6、出母线上，可靠性高；插拔式设计，可在线扩容、不掉电割接，便于维护。实际可用性显著高于传统ACUPS系统。l建设成本：HVDC系统结构简单，模块冗余度相对较低，满足同样可用性需求的1000kWIT负载时，HVDC系统配置较ACUPS系统配置低约30%。国内HVDC市场仍处于逐步成熟期，HVDC系统的单kVA造价较ACUPS略高，但随着将来市场的进一步成熟，满足同样容量和可用性需求的HVDC系统较ACUPS系统的建设投资有望降低约20%以上。l运行效率：虽然两种方案的单机设备在一定负载率下的效率相差无几，但因HVDC系统整流模块采用小容量

7、的N+1冗余，冗余度相对较低，且具备模块休眠功能，故其整流模块始终能运行在50%-80%的高负载率区间，使得实际运行效率可以达到92%以上。比传统ACUPS的实际效率高出约10%-15%。1.1.1小结HVDC系统以其在系统效率、可靠性、可维护性及建设成本等方面的突出优势，将逐步取代传统ACUPS。传统ACUPS行业后来虽衍生出了模块化UPS等技术分支，部分解决了传统UPS负载率低、分期建设难、可扩展性差等问题，但由于多模块的交流并机复杂性、单点并机板、异常转旁路、电池挂接在逆变器前逆变损坏等风险都无法和HVDC技术媲美，因此只能是有

8、短暂局部应用的过渡性技术，无法彻底改变其固有技术特性，ACUPS已经逐步边缘化。1.2市电+不间断电源共用方案目前，市面上大部分的1U和2U服务器均设置双路电源模块，双路电源模块经过各自整流降压后，并联输出至服务器主板等