您的位置: 网界网 > 数据中心 > 正文

市电+高压直流和传统UPS供电架构对比浅析

2014年04月30日 09:53:07 | 作者:腾讯计算机系统IDC平台部 李典林 朱华 | 来源:cnw.com.cn | 查看本文手机版

摘要:截止目前,在电信运营商和一些大型互联网公司的数据中心内,已经有数以十万计的IT设备跑在240V高压直流环境下可靠运行几年了,并且表现出很好的可靠性及节能效果。

标签
高压直流
传统UPS

IT设备采用240V高压直流供电,我国已经从实验室测试到进了信息行业应用5年多了。截止目前,在电信运营商和一些大型互联网公司的数据中心内,已经有数以十万计的IT设备跑在240V高压直流环境下可靠运行几年了,并且表现出很好的可靠性及节能效果。目前240V高压直流技术的可行性已经得到较好验证,相应的理论分析和实践经验也在不断研究和总结中,240V直流供电技术已经成为行业热点,并在不断改变传统数据中心供电以UPS为主的格局,也以远超380V高压直流技术的应用规模,正逐步流行中国并走向国际。

240V高压直流技术衍生于传统220V电力操作电源,并吸收了48V通信电源的各种优点,和传统的UPS技术相比起来,主要的优点表现在下面几点:1、源于最新开关电源技术,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,运维可以不用依赖于厂家的服务。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、相比较目前的高频模块化UPS技术,240V高压直流的技术成熟度、模块可靠性及并机简单、热插拔维护等方面也有很大的优势。10、最后,最重要的一点是,和380V高压直流等其他电压等级的直流技术相比, 240V高压直流可以直接使用在绝大多数的标准交流设备上,IT设备不用定制电源及设备改造,更容易推广,也更为容易被接受。

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,那这还只是标准用法。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。

对于目前大多数的双电源服务器,可以采用如上图所示的采用一路市电直供,另外一路来自240V高压直流的供电架构。服务器电源内部自动均流,市电和240V高压直流各承担一半负载。由于市电直供支路可以达到近100%的供电效率,而240V高压直流供电效率可以在全负载范围内为94%-96%,这样均分负载情况下的综合供电效率高达97%-98%,比传统的UPS供电架构效率高出很多。对于少量的单电源服务器,为保障其供电可靠性,可以直接挂接在240V高压直流支路上。最后,如果能在服务器电源上做些主从设置,或者目前部分厂家的服务器具备支持休眠一个电源的功能,那么这种主从模式下,市电主供、高压直流系统休眠后备,综合供电效率更是高达99%,实现数据中心供电系统的超高效率。

前面介绍了很多240V高压直流系统的优点,以及市电+240V高压直流240V高压直流供电架构的高效率,甚至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?下面部分我们重点来分析该供电架构的可靠性研究。

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,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,因此供电可靠性会很高。

我们知道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。且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。如果节能休眠期间,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,且可靠性仍有很好保障。

12
[责任编辑:周源 zhou_yuan@cnw.com.cn]