“市电+高压直流”和传统UPS供电架构究竟有何不同？

240V高压直流技术衍生于传统220V电力操作电源，并吸纳了48V通信电源的各种优点。其可行性已经得到较好验证，理论与实践的切磋琢磨中，240V直流供电技术已然炙手可热，并在不断“蚕食”传统数据中心供电以UPS为主的市场，正逐步流行中国并走向国际。

图1 高压直流优势概览

240V高压直流技术和传统的UPS技术相比起来，主要的优点表现在下面几点：

1.采用功率MOS高频软开关技术的240V高压直流可高达96%以上效率，比采用晶闸管或IGBT的传统UPS效率更高，体积更小

2.电池直接挂在输出母线上，可靠性更高，且可在线扩容、不掉电割接等

3.拓扑简单，可靠性高

4.模块化设计，按需配置、边成长边投资

5.模块热插拔维护，像更换硬盘一样更换故障模块，减少依赖厂家维保服务

6.节能休眠技术可以大大提升轻载下的系统效率，减少机房初期的运行能耗

7.高压直流的输入功率因数高、谐波小，且输出负载率可以比UPS高，可降低柴发容量等

8.高压直流比传统UPS要更安全，因为输出浮地，即便误碰到单极母排电压，触电电压也只有135V，比交流要低近1倍，且交流220Vac的正弦波峰值电压高达314V，也高于高压直流270V的电压

9.240V高压直流技术并机简单

10.240V高压直流可以直接使用在绝大多数的标准交流设备上（380V高压直流等其他电压等级则不行），IT设备不用定制电源及设备改造，更容易推广

前面我们介绍了很多240V高压直流技术的优点，如果只是采用240V直流系统来给数据中心来供电，那还只是基础玩法。目前业界以腾讯为首等互联网公司提出的基于240V高压直流技术衍生出来的市电+240V高压直流供电架构，正进一步改变传统UPS等靠硬件多重冗余来保障可靠性的高投入低能效模式。

图2 “市电直供+240V高压直流”的供电架构

前面介绍了很多“240V高压直流系统”、“市电+240V高压直流供电架构”的优点，提出未来市电主供高压直流后备的思路，但这些是否以牺牲数据中心的可靠性为代价呢？

图3 可靠性对比分析

供电可靠性高

240V高压直流区别于传统交流UPS的一个重要特点是将电池直接挂接在了直流输出上，而UPS的电池是在交流逆变环节之前。对于前者，如果高压直流系统出现了异常或者供电能力不够，还可以依赖电池保证持续供电；但对于后者，如果UPS的逆变环节出现故障，或者UPS设备异常转到静态旁路上，那么电池是无法提供持续供电的。这也是市电+240V高压直流技术相比较传统N+1的UPS可靠性更高的原因之一，相当于有了市电直供（来自第一路市电）、240V高压直流（来自第二路市电）以及电池（短时备电）三个供电源的同时保护。

维保过程可靠性高

240V高压直流系统内部是以模块化的方式组成的，由颗粒度较细的N+1或者N+X（X为冗余电源模块的数量）的多个电源模块并机构成，相比较模块化高频UPS架构，直流模块的并机只涉及模块均流，只需调压，非常简单；而交流UPS模块的并机需要幅度、频率和相位一致才能可靠并机。因此240V高压直流模块可以很安全的去热插拔增加或者更换故障模块。

整流模块节能休眠条件可靠性高

由于电池直接挂接在240V高压直流输出母线上，那么就给整流模块提供了一个非常可靠的节能休眠条件，电源系统可以根据实际负载的情况自动开启需要的模块数量，而关闭其他冗余的整流模块，实现全负载范围内94%以上的高效率，这对于机房初期负载率不高情况下有非常明显的节能效果，相当于市电+240V高压直流供电架构在机房的投产初期就可以实现综合效率97%以上，这比传统UPS方案在低负载率下的供电效率提升了很多。

节能休眠期间可靠性仍有很好保障

节能休眠期间，如果出现负载的波动和冲击，直挂输出母线的电池可以提供一个很好的缓冲或者吸收作用，电源系统再唤醒休眠模块，保证了供电的可靠性和高效性。因此在市电主供直流后备模式下，高压直流系统不承担负载基本可以完全休眠，采用高效率模块只需消耗很少的能耗，综合供电效率可以达到99%以上。

图4 休眠节能模式与均分负载模式对比

上一部份我们做了一些市电+高压直流供电架构可靠性的定性分析，得出接近三个供电源保障的市电+240V高压直流系统（N+X模块并机）要比N+1架构的UPS可靠性要高，那么是否可以接近2N UPS的供电可靠性呢？我们下面再继续定量分析。图4为传统UPS和高压直流供电拓扑结构的对比，明显后者要更为简单且更为清爽，相对出现故障的概率要小。

参照上图的系统可靠性数据（仅是理论数据用于推算，不代表真实可靠性数据），结果如下：2N UPS可靠性：1-（1-0.99999)*(1-0.99999) 约10个9数量级；市电直供+高压直流可靠性：1-（1-0.999)*(1-0.9999999) 约10个9数量级。

这里市电直供支路的可靠性按99.9%来计算（目前绝大多数数据中心所在的国内一线、二线城市电网的可靠性数据都高于此值），得到的结论是市电直供+240V高压直流架构的可靠性和2N UPS架构的可靠性差别不大，基本是一个数量级，因此可靠性是很有保障的。

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