論向IT設備供電技術應用研究

原 錕 楊世忠

（中國電信集團公司）

1 全世界向IT設備供電技術研究簡況

近年來，我們聽了很多專家的關于全世界向IT設備供電技術應用研究的情況介紹，了解到眾多國家的研究信息。各標準化團體、企業(yè)提倡HVDC的供電電壓分布如圖1所示。

2 困惑與思考

具有創(chuàng)新意識的人，意向創(chuàng)建一套全新的供電技術。當人們打開IT設備電源模塊的黑匣子后，看到某一點電源為310 V時，即提出了300 V直流的應用方案，當看到某一點電源為380 V時，即提出了380 V直流的應用方案……，于 是 乎240 V、270 V、288 V、300 V、336 V、380 V等不同電壓應用方案蜂擁而至，很多應用研究數年之久仍在研究之中，終難推廣。就連呼聲很高的“380 V應用”，使用也是寥寥無幾。

眾多專家提出了這么多電壓等級的應用方案，我們不禁思索，為什么有那么多的不同應用方案？各自的出發(fā)點是什么？要達到何等目標？應用方案的最終目的都是向IT設備提供一個安全穩(wěn)定的供電技術，那么多的應用方案都可以實現，這種現象又說明什么問題？眾多方案中，誰最具優(yōu)勢？誰最安全？誰最節(jié)能？

如此多的問題答案眾說紛紜，令人難分伯仲。那么多人各自推崇某一種技術方案，形成了很多技術應用流派，原因何在？其實我們都陷入了類似于“盲人摸象”的魔咒之中。

各路專家在研究向IT設備供電技術問題時，應當注意到兩個重要因素：

（1）國家供電體制中市電交流電壓堅如磐石，不可變動。中國是這樣，類似的其它國家供電體制同樣不可變動。因此，中國IT設備將大量、長時間使用交流電源220 V。

（2）IT設備的基本電源是12 V、5 V、3 V，也是根基堅實，無法撼動。

在中國，一批專家提出了標稱電壓為240 V直流的供電方案。此方案的提出引起了國外專家的詫異，更讓人意想不到是在中國通信行業(yè)內不到5年時間里，基本完成了創(chuàng)意—實驗—試用的快速推進，到2011年度末，已取得了優(yōu)異成績。

圖1 各標準化團體、企業(yè)提倡HVDC的供電電壓

眾多方案都能做到向IT設備供電的同一目標，能夠實現的方案就是好方案。國際性的高電壓直流應用應當是一個寬范圍的，而不應是窄范圍的，取200 V－400 V為好。

眾多應用技術向我們揭示了一條鐵定定律：能量取自市電，IT工作基本電壓為12 V、5 V、3 V。任何應用方案都無法回避這兩個必要條件。只要保證必要條件，向IT設備供電技術方案將會有無數種，足夠人們去遐想與實踐。

在兩個基本要素不變的前提下，怎樣確定向IT設備供電應用技術方案？我們遐想有這樣一個命題：從甲地前往乙地，有步行、騎馬、騎自行車、乘汽車、坐火車、乘飛機等多種行徑方案，還可能有組合式行徑方案，縱觀各種方案各有優(yōu)缺點，關鍵看你側重的是哪一個方面。

盲人摸象的寓言給了我們啟示：看問題要全面，不要片面。堅持自己的觀點很重要，但要學會聽別人的觀點，學會把事情了解得更清晰、更全面、更準確。

3 在浩瀚的技術海洋中選擇適合中國國情的供電技術

我們很佩服220 V交流UPS的供電技術意圖，它源自于市電，經技術處理后又還原于市電，但此市電已不是彼市電。交流UPS輸出的電源已具有抗外部沖擊、純凈、相對穩(wěn)定等很多優(yōu)點。它的使用具有通用性，所以其應用范圍是寬廣的。

我們力推240 V直流系統(tǒng)是這樣看問題的。交流UPS存在能耗高，可靠性低，維護、擴容難度大，建設成本高等問題。但交流UPS的存在已有相當長的時期，相當多數量的設備在現網上運行使用，如何扭轉不利因素，是我們關注及思考的重點。UPS供電與高壓直流供電區(qū)別如圖2所示。

出路在于采用創(chuàng)新應用技術，選擇一種可以替代交流UPS的新的供電技術，但必須具有可替換之優(yōu)點。恰在此時有專家發(fā)現符合TIX、SSI兩個標準的IT設備電源模塊具有兼容240 V直流電源的能力，于是，圍繞240 V直流供電技術應用研究展開了。

圖2 UPS供電與高壓直流供電（HVDC）區(qū)別

在2007年至2011年期間，中國通信行業(yè)提出IT設備用電兼容，可使用交流電源也可使用直流電源，并得到驗證可行。短短5年，中國通信行業(yè)“240 V直流供電應用”高速度和廣范圍的推廣推動了世界IT設備用電格局的創(chuàng)新研究。

240 V的應用旨在不對現有IT設備進行改造或只做少量改動，就能部分替換交流UPS的使用，極具廣泛的復制性。直流240 V的技術應用倡導兼容極具生命力，該系統(tǒng)既可在專用環(huán)境下使用，也可在通用環(huán)境下應用。240 V的應用，發(fā)掘出了符合“ATX”和“SSI”標準的IT設備具有兼容交直流雙電源的工作潛能，促進了IT設備用電潛能的提升與完善，使IT設備具有增強適應多環(huán)境、多種供電方式的真實能力。

4 240 V直流電源技術的應用回顧

2007年，中國電信江蘇鹽城分公司趙長煦開始了關于IT設備能否使用直流供電的研究。2007年10月，他開始將部門辦公用的38臺電腦和其他通信設備使用270 V直流電壓取代交流220 V電壓供電。此舉，為電信行業(yè)應用240 V直流技術開創(chuàng)了先例。中國電信提出高電壓直流的設想，得到了中國通信標準化協(xié)會（CCSA）通信電源與通信局站工作環(huán)境技術工作委員會（TC4）的認可與支持。此后有關IT設備使用高電壓直流的研究及應用在通信行業(yè)迅速展開。

4.1 240 V標準正在循序漸進的建立與完善

2008年江蘇電信制定《通信設備高壓直流供電安裝設計規(guī)范（試行）》，江蘇電信已明確全省推廣使用，省級標準出臺；

2009年，《通信用240 V直流供電系統(tǒng)技術要求》（YDB 037－2009）發(fā)布；

2010年，中國電信《通信用240 V直流供電系統(tǒng)節(jié)能試點技術指導意見》發(fā)布；

2011年，通信行業(yè)標準《240 V直流電源系統(tǒng)》（YD／T2378—2011）發(fā)布；

2012年中國電信《通信用240 V直流供電系統(tǒng)》發(fā)布執(zhí)行。

4.2 240 V設備性能及技術水平快速提升

中國電信從2008年開始高度關注240 V設備及配電的質量和應用安全問題。集團電源維護技術支撐中心對IT服務器電源模塊進行了廣泛測試，找出了部分不適用240 V直流的IT設備型號的解決對策。

中國電信連續(xù)數年與電源設備生產廠家進行不間斷的技術溝通與交流，快速推進設備及應用的整體質量。2011年集團公司決定，由集團電源維護技術支撐中心操作，完成了國內外17家240 V直流電源產品測試摸底工作，為中國電信240 V集采工作順利進行打下堅實基礎。

4.3 IT設備明確兼容240 V

中國電信從2009年至今，與IT設備供應商及設備制造商建立了240 V兼容應用溝通機制，在2011年度IT設備集采中明確提出了IT設備兼容240 V應用的要求。

4.4 IT設備供電、環(huán)境及安裝要求

設備電源模塊必須符合SSI和ATX規(guī)范，并可做到回路上無并聯(lián)對直流電壓呈現短路狀態(tài)的感性電子元器件，電源回路上無串聯(lián)對直流電壓呈現開路狀態(tài)的容性電子元器件，無對交流頻率監(jiān)測的要求。電源模塊宜配置具備滅弧功能的空氣開關。

使用交流220 V的IT設備必須能夠兼容使用直流240 V電源（192 V～288 V），保證在零地電位差為2 V的情況下設備能夠穩(wěn)定運行。中標廠家明確表態(tài)產品支持兼容240 V電源應用。

中國電信已完成IT設備使用240 V電源的情況匯集工作。收集有幾十個品牌500余個型號設備，其中可用240 V電源的型號設備，占總數的93%，只有少數型號設備不適宜240 V電源，占總數的7%。

中國電信實際應用后統(tǒng)計發(fā)現，可用240 V直流電源的IT設備在IT設備總數中占比大于98%，不可用數量小于2%，這是因為不可用產品多為早期IT型號，在網使用數量已經很少。

5 240 V推廣應用現狀

5.1 中國電信應用總況

自2007年始至2011年11月底，中國電信全網用240 V直流電源系統(tǒng)數已達到252個，直流總容量超過10萬安培，功率為24 000 k W，相當于交流UPS 30 000 k VA的供電能力，其分布情況如圖3。

使用240 V直流電源的IT設備已超過46 000臺，分布于20個?。▍^(qū)、市）74個地區(qū)如圖4。其中：江蘇126套、湖北22套、浙江16套、上海14套、廣東13套、貴州13套、江西11套、四川10套、河北5套、廣西4套、北京3套、吉林2套。江蘇電信、湖北電信、浙江電信在2011年度240 V應用中保持領先地位。

圖3 2011年度中國電信240 V直流系統(tǒng)應用分布情況

圖4 中國電信IT設備使用240 V逐年應用情況

表1 中國通信行業(yè)240 V直流系統(tǒng)數概況

表2 中國通信行業(yè)240 V應用總容量概況

5.2 中國通信行業(yè)應用概況（數據來源于部分設備供應商的供貨記錄）

截止到2011年底，中國通信行業(yè)240 V直流系統(tǒng)應用已達到332個（見表1），總供電容量達到153 610 A（見表2），功率為36 720 k W。相當于交流UPS 46 000 k VA的供電能力。

5.3 應用所產生的作用及節(jié)能減排效果

（1）供電品質提升：可用度由“六個9”向“十個9”逼近；

（2）按照系統(tǒng)節(jié)電率12%計算：中國電信年度節(jié)電達2 500萬度，通信行業(yè)年度節(jié)電可達3 800萬度。

（3）節(jié)約建設投資估算：按照一個240 V 1 000 A直流系統(tǒng)與“1＋1”300 k VA交流UPS系統(tǒng)比較，中國電信已節(jié)省建設投資5 300萬元，全行業(yè)已節(jié)省建設投資達8 200萬元。

6 結 語

任何一種應用技術要想得以推廣應用，必須整個產業(yè)鏈上下聯(lián)動、互相配合。在中國240 V的供電技術應用獲得了良好開局，它已在技術應用研究的深度和試用廣度方面，躍居IT設備使用高電壓直流供電應用的世界第一。

從中國電信240 V直流電源企標的發(fā)布，到通信行業(yè)標準《240 V直流電源系統(tǒng)》YD／T 2378—2011的發(fā)布，同時相應的國家工程建設標準也正在制定中，這標志著240 V直流電源的技術標準已基本完善，正在全面應用中。

眾人拾柴火焰高，中國通信行業(yè)牽頭，各行業(yè)、各方面都積極為240 V直流供電技術獻力獻策，具有中國特色的240 V直流供電技術應用將會取得更大成效，將會以更快的速度推廣應用。

240 V直流供電技術是中國的，也是世界的。