高压直流UPS应用在数据中心中常出现的问题

数据中心的可靠性要求非常严格，然而问题也是层出不穷的。UPS系统本身也随着客户需要和技术进步飞速发展，其"需求"和"功能"是共同的驱动力量。"需求驱动"是从IT负载的供电需求角度讲的，永远会追求更高的可靠性，更低的建设成本、运行成本和更好的可适应性。
   
当前USP已经不单单是为了改善IT负载供电的可靠性而产生的供电设备，还为了持续不断地追求可靠性，已经完成了从产品到系统备份的演变，在目前的架构下，进一步追求可靠性显得步履艰难。
 
此外，从产品到系统的演变在某种程度上是以高昂的建设成本和运行成本为代价的，对于数据中心使用者来讲，很难接受越来越高昂的成本。从建设的角度说，系统的冗余就以为这投资的倍增;从运营商的角度来讲，数据中心近年来最为火热的话题就是"绿色和节能"，归根到底就是数据中心使用者希望通过合理的方案降低数据中心的运行成本，主要指的是电费开支。
   
由于业务发展的阶段性必然导致分阶段的建设，而当前的UPS分期建设远不如IT设备的投资灵活，并且UPS的建设步幅远大于IT设备建设。这样就必然会导致资源浪费或者利用不充分的情况。如何能够使UPS的建设和IT设备的扩容更加匹配和适应，在当前的UPS产品和方案的条件下是一个巨大的瓶颈。
   
"功能驱动"，从UPS本身来讲，就是确保负载供电的连续性、对市电电网的净化及设备本身的易管理。
   
由于需求驱动和功能驱动，各种技术风起云涌。
   
高压直流UPS
   
高压直流(HVDC)UPS很有可能是UPS发展的下一个阶段，不仅是因为高压直流UPS几乎能够合理传承当前所有UPS的热点和技术前沿技术，也不仅是它能够兼收传统UPS和-48VDC通信电源之间所长而摒弃其短，更重要的是它能够在实现传统UPS所有功能的基础上更好地满足负载供电的可靠性、经济性和适应性。但是目前高压直流UPS还面临一系列问题有待解决。
   
1、直流输出电压
   
对于目前标准的服务器电源，其输入电压范围是100~240±0.1VAC，可做以下简要计算。
   
(1) 无PFC的服务器电源：
   
最高电压为240+240×0.1=264VAC，峰值电压为264×1.41=373V
   
最低电压为100-100×0.1=90VAC，谷值电压为90成义1.41=127V
   
(2) 如果是带有源功率因素校政的电源，其直流输出大致为400V。业界目前针对这个电压的范围，有240V、350V和380V多种方案。
   
①380V方案。28节12V电池配置：浮充电压为2.25/2V单体，总电压为378V;终止电压为1.70/2V单体，总电压为286V。
   
理由：当前IT设备基本都带PFC功能，整流之后大致为400VDC。对服务器电源的其他器件没有修改压力，可以考虑放电到最低电压286VDC。

②350V方案。26节12V电池配置：浮充电压为2.25/2V单体，总电压为351V;终止电压为1.70/2V单体，总电压为265V。
   
理由：兼顾IT设备电源(有/无PFC)，对服务器电源的其他期间没有修改压力等。
   
③240V方案。20节12V电池配置：浮充电压为2.25/2V单体，总电压为270V;终止电压为1.70/2V单体，总电压为204V。
   
理由：满足当前300V内相关安规标准，并且和传统电力操作电源工作电压范围重合，配电系统相对成熟。
   
2、高压电流断路器
   
在电源系统中，断路器(空气开关)、保险(熔断器)、接触器(继电器)被广泛使用。这种披肩大度按照220/380VAC来设计，对于大容量的低压塑壳断路器，可以有限地用于直流环境。对于微型断路器，工作电压达到250VAC和60VDC比较困难。也有很多供应商能提供125VDC/1P直流空开，2P串联能达到250VDC，这是因为电力系统、直流电源、轨道交通和电力机车、舰船等需求约220VDC。但是，300-400VDC的直流微型断路器，目前很难找到，只有采用3P和4P串联得到。同时125VDC/1P微型断路器的报价也比普通型断路器高近1倍，并且在市面上不易采购。
 
3、安全问题
   
-48VDC系统输出的高压值低于电气安全标准中要求的安全低电压阀值60VDC对人体比较安全。300VDC属于高压直流，必将对人体安全造成威胁，处了有基本绝缘和工作绝缘外，还需要保护绝缘乃至加强绝缘。对产品的绝缘、防护以及操作将提出严格的要求。
   
4、模块带点热插拔问题
   
模块化冗余设计能大大提高系统能够的可靠性。冗余的依据是新模块能顺利地加入和模块出现故障时能顺利及时退出系统。模块的带点热插拔由于存在直流高压，面临与断路器一样的拉弧问题。
   
5、标准缺位
   
在欧盟通信标准"ETSIEN3001323V1.2.1"(2003-08)的环境工程：通信设备输入端的电源接口;第3部分："整流供电、交流供电、高达400V直流供电"中，对这类电源的范围、定义、接口、电压范围、过压过流保护、接地、安全要求、EMC等有较为全面的规定。但是，IEC、国标等权威机构尚未就高压直流UPS作出业界普遍遵循的条文。
   
6、产业整合
   
其实，上述高压直流UPS面临的技术问题都有解决的方案，最大的问题还在于产业链的整合。由于高压直流UPS的演进不仅涉及UPS行业，而且也涉及低压配电产业、服务器等产业，各方面的利益不尽一致，这也需要时间进行整合。