高压直流供电在数据中心的作用及影响
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作者:陈碧寒 杨胜广
【摘要】 高压直流（HVDC）电源可对直流电能持续实现供应，与交流UPS相比，它在技术、投资建设和应用前景上都具有较大优势，并且和高压直流供电相关的许多研究都证明HVDV供电比交流UPS显著较优。所以人们对在数据中心能否有效的应用高压直流供电技术投入了较大的关注，本文简单分析了高压直流供电的原理、优势，仅供参考。
【关键词】 高压直流供电 工作原理 优势
一、HVDC供电系统平台的工作原理
如图1所示，HVDC供电系统主要组成部分包括整流模块、监控单元、电池单元和直交流配电单元等。
当两路交流正常输入，交流切换装置在交流配单单元输入一路交流，交流被整流模块转换为HVDC，通过直流配电单元HVDC为设备供电，并对蓄电池承担充电的任务。系统的监控负责管理和控制系统，通过分散采集和处理信号后，统一由监控单元进行管理，人机操作界面以显示屏的形式显示，为运维人员管理和监控HVDC供电设备提供方便。当交流出现输入故障，设备则由蓄电池提供电源。相比较于UPS系统，整流逆变的中間环节更加简化，由此带来的损耗也相应减少，促使系统的运行效率得到了较大程度的提升。
二、HVDC供电系统的优势
HVDC供电系统在输出端连接电池，该电池在HVDC供电系统有故障出现的情况下仍能负载供电，持续为系统供电;HVDC供电系统是直流并联并机，同电位是仅存问题，便于控制;HVDC供电系统并机不受数量限制，每个子监控单元都有可独立运作自行进行控制的微机处理器，保证系统更加安全可靠;HVDC供电系统采用模块化设计的各子监控单元为系统提供了灵活的组成方式;理论上HVDC供电系统的优点包括低能耗与投资、高可靠性、良好的维护性、占地较小等。
三、高压直流系统的作用
1、促使成本降低，效益提升。相比较于传统的UPS 系统，高压直流系统减少了整流逆变环节，既使其损耗降低，还促使其工作效率得到较大程度的提升，因为该系统并机技术比较简单，可同时对大量的模块实现并联，使每个模块的利用效率提升了约七成，并且没有DC/AC 逆变器、滤波设备和静态旁路开关等的高压直流系统主机上的器件数量显著较少，也使设备成本有效节约的重要保障。
2、起节能降耗的目的。当前供电过程中使用的都是在线双变换型的UPS主机，在其负载率超过1/2时，其转换效率接近开关电源。但在具体的工程中，后端负载输入的谐波和波峰因数对其会造成一定的制约，一般情况下UPS单机稳定运行设计的负载率最大为 35-45%，但系统会因受后端发展的设备业务的影响，其设计负载率在寿命后期才能达到，导致其长期在较低的负载率的情况下运行，一般只能达到80%的转换效率，甚至还低。而高压直流系统采用的结构为模块化的，可按照后端设备的装机率对整流模块的开机运行数量进行合理的配置和控制，促使模块负载率和转换率保持一致水平。
3、使带载能力得到提升。UPS系统带载能力的制约因素主要有：（1）负载的功率因数，如国内某大型UPS厂商某类型的主机，在其输出功率因数是0.5的情况下，其允许的负载率最大只达50%;（2）负载的电流峰值系数，一般UPS主机的波峰因数设计为3，假如负载的电流峰值系统超过3，则需阵容使用UPS主机。而直流系统对于这种功率因数的问题的不存在的，主要是因为其和内阻较低的容量较大的蓄电池组并联，加上整流器模块关于充电和备用的富余较多，其具有较强的对高电流峰值系统进行负载的能力，无需对安全富余的容量专门进行考虑。
4、保证供电更加可靠。UPS供电系统的架构整体系统的可靠性比单个组间的可靠性相对较低，为使其可靠性较低的问题得到妥善解决，需要采用并联多机成双总线冗余的模式进行供电，不仅增加了系统的成本，还导致存在逆变无效、不能直接把蓄电池组能向负载供给等问题。而高压直流供电系统和蓄电池组、整流模块并联构成了冗余关系，总体可靠性比单个组间的可靠性相对较高。在交流电停电的情况下，蓄电池组可直接供给负载使用的能量，为供电系统的可靠性和安全性的提升提供了技术保障。
结语：综上所述，当前高压直流供电系统以其极大的优势逐渐被各大互联网服务商、运营商、百度、 腾讯、阿里巴巴等电子商务服务商在数据中心进行了广泛的应用，并且高压直流系统的构建还与我国节能减排理念相适应，对数据中心高效、节能目标的实现起到较大的促进作用，保证为国家电网建设提供的服务更加优质，所以高压直流系统具有良好的发展前景。
参 考 文 献
[1]张乐丰.欧阳述嘉等.高压直流供电在数据中心中的应用探讨[J].电力信息与通信技术，2016（05）：88-92.
[2]吴建军.数据中心高压直流UPS供电系统的应用探讨[J].自动化应用，2018（01）：44.
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