通信用IDC机房供电电源系统的研究

摘要：21世纪是信息化的大时代，人们生活中充满了大量的数据信息，大数据、云计算的极速发展带来数据机房膨胀式增长。数据机房的供电质量关系到用户信息的安全。目前，IDC（Internet Data Center）机房的供电方式是市电经过UPS的整流、逆变环节向负载供电的。该供电方式不仅结构复杂，而且需要经过多次电能转换，不仅造成了能量损失，也大大增加了供电系统的故障率。本文首先阐述了当前供电方式的结构特点，针对当前采用UPS冗余供电的IDC机房供电方式，分析当前供电方式在供电可靠性、对电网谐波影响、扩容等方面的缺陷。其次，论述IDC机房服务器等负载采用直流供电的可行性。再次，提出采用高压直流供电（HVDC）的IDC机房新型供电方式，该供电方式应用了光伏发电作为市电直接供电的补充供电能源。最后，简要概括了最近两年IDC机房供电方式的发展趋势。 关键词：IDC机房供电；高压直流；绝缘检查 前言

近年来，随着IDC业务的不断发展，通信企业都将其作为重点业务之一，并加大了投入力度建设IDC机房，以满足未来几年加速发展的业务需求。而随着IDC业务和机房规模的不断扩大，其投入与产出对通信企业的业务发展也举足轻重。为了进一步提高IDC业务的效益，未来更需关注绿色节能技术，细化和落实先进节能技术在IDC建设中的应用和普及。 一、IDC机房整体供电系统概述

1.互联网数据中心机房简称IDC机房，IDC机房是一种电信级机房，IDC机房主要由两部分构成，一部分是集中存放通信设备、存储设备、服务器等设备的大型机房，另一部分是空调、供电系统消防等运行维护设施。IDC主要向用户提供专业化的信息处理、数据存放托管等业务和相关服务。人们的生活已经全面进入数据主导未来的新时代，很多国家或国际组织将大数据视作战略资源，并将大数据提升为国家战略。如何保障IDC机房安全可靠的供电是目前数据中心供电系统面临的巨大挑战，而且随着数据交换得更加频繁和更加庞大的信息量，IDC机房供电系统的扩容问题逐步提上日程。

2.目前，IDC机房的供电系统主要是市电经过UPS的整流、逆变向负载供电。该供电方式经过多次能量变换，造成能量损失，特别是大型DC机房，当负载耗电量巨大时，能量变换造成的电能损失不可忽视。UPS结构的复杂大大增加了供电系统故障频率。为避免单台UPS故障造成供电中断，UPS常常采用并联冗余结构，这样复杂的结构非常不利于供电系统的扩容。为保障市电断电时UPS的不间断供电，蓄电池经UPS的逆变与负载连接，然而当逆变环节出现问题时，蓄电池不能直接向负载供电，并不能做到真正意义上的不间断供电。UPS电源系统包括UPS设备、转换开关、输入输出配电设备及线路甲。这种模式的供电系统包含多个部件，整个系统的故障概率远大于任何部件的故障率。目前，UPS的可靠性已经可以达到99.99%，但对于整个系统来说仍存在许多单点故障，UPS运行时出现的问题比原来预计的要严重多（据统计平均每套UPS系统3~5年内就会出现一次大的电源事故）。因此，供电系统的供电可靠性不仅取决于UPS设备的供电可靠性，还取决于包括UPS在内的前后各节点的所有系统的供电可靠性。当前IDC机房的大多数网络设备所允许的供电瞬间中断时间仅为15~20ms左右，当以UPS为主设备的供电系统在运行时出现超过0.02s以上的供电中断时，就可能发生网络瘫痪事故，就可能给数据使用者带来巨大的经济损失和信誉伤害。

二、IDC机房供电存在的问题

由于IDC机房现有UPS系统大多采用并联冗余系统，即UPS直接并联向负载进行供电，这就不可避免存在以下问题。 1.系统电路复杂

现有UPS系统的内部并机控制非常复杂，包括控制、转换、变换等各个环节，需要控制并机的各台UPS输出相同的相位、频率、幅值，复杂的电路造成其可能出现的故障点增多。 2.能耗高

现有并联冗余UPS系统经过2次整流、1次逆变、1次变换，多级变换势必造成UPS系统运行效率的降低，导致多台UPS运行负载率很低，整个UPS系统的负载率一般为30%～50%，较低的负载率使得UPS设备资源大量浪费，同时也使得UPS自身的效率不高，一般较优质的UPS主机，在40%负载率下，效率也仅为88%。

3.可靠性低

对UPS系统单机而言，有很多不可备份的系统单点、故障点如同步并机板、静态开关、输出切换开关等，这些单点故障点，都可能导致整个通信系统掉电。尤其是瞬间过载的容错能力差，一旦主机过载保护切换到备机，备机由于瞬间浪涌也同时过载保护自动切换到旁路，对通信设备而言，采用直接毫无安全保证的低质量普通市电电源供电，对通信设备安全运行带来严重故障隐患。 三、IDC机房供电系统的运用

IDC机房负载设备不同对供电的需求也不同，有些负载两路电源各自单独承担各自的负载、不具备互为备用的关系。因此，就需要有各种供电种类与模式满足负载的需求。

1.两路高压直流供电系统

对于IDC机房非常重要的负载，也可以建立由两路高压直流供电组成的双总线供电系统。这种供电系统的蓄电池直接并接在直流系统的输出端，无需逆变器进行转换，系统可靠性更高，没有单点故障，维护人员自行更换故障整流模块，可维护性好，两路电源互为备用，系统扩容简单方便，只要负载能够使用高压直流供电，无论负载自身的电源配置如何，都可灵活应用这种供电系统供电。其缺点是初期投资高，占地面积大，供电系统的带载率略低，运行成本较高。 2.一路市电一路UPS

为了提高电源系统的供电效率，降低投资成本，采用一路市电直供、另一路为UPS组成的两路供电系统为负载供电。这种供电系统效率高，供电结构简单，负载的适用性好。在市电正常时负载使用市电供电，也可以一半负载使用UPS供电；市电停电时全部负载均由UPS供电。其缺点是这种供电系统适合于负载本身的电源必须具备两路电源引入，且两路电源互为备用，否则当市电停电后，就会有一半的负载供电中断。当然，如果负载的电源端不具备互为备用的功能，将这样的负载直接接在UPS的输出配电上可实现不间断供电∶另外在UPS输出端增加与市电进行自动转换的STS完成能源的自动转换，也可以实现全部负载的不间断供电。

3.一路市电一路高压直流供电系统

为了提高电源系统的供电效率，降低投资成本，采用一路市电直供另一路为高压直流系统组成的两路供电系统为负载供电。这种供电系统效率高，供电结构简单，蓄电池组直接并联在直流输出端，供电系统可靠性高，可自行更换整流模

块，可维护性好，供电系统扩容简单方便。负载在市电正常时，使用市电交流供电，也可以一半负载用市电直供，另一半负载使用高压直流供电；当市电停电时，全部负载由高压直流供电系统供电。 结束语

当前，IDC机房供电系统大多是以UPS为核心的，这种供电系统存在注入系统单点故障多、不易扩充容量、系统复杂、结构臃肿，成本高等问题，而直流供电系统作为通信行业普遍认可的可靠供电系统，将其用到IDC机房供电是可行的，也可以有效解决交流供电系统的相应问题。同时，未来期望通信企业乃至整个社会，积极响应及贯彻国家节能减排的号召，不仅是移动通信的机房，能落实并持续关注节能减排技术；而且全社会的各行各业，也能牢牢建立节能减排的思想，为中国的持续发展及我们子孙后代做出贡献。 参考文献：

[1]罗承、刘亮，云计算对IDC发展的影响分析，《电信工程技术与标准化》2010年第12期

[2]乔栋，数据中心机房节能减排技术研究与实践，《电信工程技术与标准化》2011年第6期，2011.06