高壓直流供電在數(shù)據(jù)中心的作用及影響

陳碧寒 楊勝廣

【摘要】? ? 高壓直流（HVDC）電源可對直流電能持續(xù)實(shí)現(xiàn)供應(yīng)，與交流UPS相比，它在技術(shù)、投資建設(shè)和應(yīng)用前景上都具有較大優(yōu)勢，并且和高壓直流供電相關(guān)的許多研究都證明HVDV供電比交流UPS顯著較優(yōu)。所以人們對在數(shù)據(jù)中心能否有效的應(yīng)用高壓直流供電技術(shù)投入了較大的關(guān)注，本文簡單分析了高壓直流供電的原理、優(yōu)勢，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】? ? 高壓直流供電? ? 工作原理? ? 優(yōu)勢

一、HVDC供電系統(tǒng)平臺的工作原理

如圖1所示，HVDC供電系統(tǒng)主要組成部分包括整流模塊、監(jiān)控單元、電池單元和直交流配電單元等。

當(dāng)兩路交流正常輸入，交流切換裝置在交流配單單元輸入一路交流，交流被整流模塊轉(zhuǎn)換為HVDC，通過直流配電單元HVDC為設(shè)備供電，并對蓄電池承擔(dān)充電的任務(wù)。系統(tǒng)的監(jiān)控負(fù)責(zé)管理和控制系統(tǒng)，通過分散采集和處理信號后，統(tǒng)一由監(jiān)控單元進(jìn)行管理，人機(jī)操作界面以顯示屏的形式顯示，為運(yùn)維人員管理和監(jiān)控HVDC供電設(shè)備提供方便。當(dāng)交流出現(xiàn)輸入故障，設(shè)備則由蓄電池提供電源。相比較于UPS系統(tǒng)，整流逆變的中間環(huán)節(jié)更加簡化，由此帶來的損耗也相應(yīng)減少，促使系統(tǒng)的運(yùn)行效率得到了較大程度的提升。

二、HVDC供電系統(tǒng)的優(yōu)勢

HVDC供電系統(tǒng)在輸出端連接電池，該電池在HVDC供電系統(tǒng)有故障出現(xiàn)的情況下仍能負(fù)載供電，持續(xù)為系統(tǒng)供電;HVDC供電系統(tǒng)是直流并聯(lián)并機(jī)，同電位是僅存問題，便于控制;HVDC供電系統(tǒng)并機(jī)不受數(shù)量限制，每個子監(jiān)控單元都有可獨(dú)立運(yùn)作自行進(jìn)行控制的微機(jī)處理器，保證系統(tǒng)更加安全可靠;HVDC供電系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計的各子監(jiān)控單元為系統(tǒng)提供了靈活的組成方式;理論上HVDC供電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)包括低能耗與投資、高可靠性、良好的維護(hù)性、占地較小等。

三、高壓直流系統(tǒng)的作用

1、促使成本降低，效益提升。相比較于傳統(tǒng)的UPS 系統(tǒng)，高壓直流系統(tǒng)減少了整流逆變環(huán)節(jié)，既使其損耗降低，還促使其工作效率得到較大程度的提升，因?yàn)樵撓到y(tǒng)并機(jī)技術(shù)比較簡單，可同時對大量的模塊實(shí)現(xiàn)并聯(lián)，使每個模塊的利用效率提升了約七成，并且沒有DC/AC 逆變器、濾波設(shè)備和靜態(tài)旁路開關(guān)等的高壓直流系統(tǒng)主機(jī)上的器件數(shù)量顯著較少，也使設(shè)備成本有效節(jié)約的重要保障。

2、起節(jié)能降耗的目的。當(dāng)前供電過程中使用的都是在線雙變換型的UPS主機(jī)，在其負(fù)載率超過1/2時，其轉(zhuǎn)換效率接近開關(guān)電源。但在具體的工程中，后端負(fù)載輸入的諧波和波峰因數(shù)對其會造成一定的制約，一般情況下UPS單機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行設(shè)計的負(fù)載率最大為 35-45%，但系統(tǒng)會因受后端發(fā)展的設(shè)備業(yè)務(wù)的影響，其設(shè)計負(fù)載率在壽命后期才能達(dá)到，導(dǎo)致其長期在較低的負(fù)載率的情況下運(yùn)行，一般只能達(dá)到80%的轉(zhuǎn)換效率，甚至還低。而高壓直流系統(tǒng)采用的結(jié)構(gòu)為模塊化的，可按照后端設(shè)備的裝機(jī)率對整流模塊的開機(jī)運(yùn)行數(shù)量進(jìn)行合理的配置和控制，促使模塊負(fù)載率和轉(zhuǎn)換率保持一致水平。

3、使帶載能力得到提升。UPS系統(tǒng)帶載能力的制約因素主要有：（1）負(fù)載的功率因數(shù)，如國內(nèi)某大型UPS廠商某類型的主機(jī)，在其輸出功率因數(shù)是0.5的情況下，其允許的負(fù)載率最大只達(dá)50%;（2）負(fù)載的電流峰值系數(shù)，一般UPS主機(jī)的波峰因數(shù)設(shè)計為3，假如負(fù)載的電流峰值系統(tǒng)超過3，則需陣容使用UPS主機(jī)。而直流系統(tǒng)對于這種功率因數(shù)的問題的不存在的，主要是因?yàn)槠浜蛢?nèi)阻較低的容量較大的蓄電池組并聯(lián)，加上整流器模塊關(guān)于充電和備用的富余較多，其具有較強(qiáng)的對高電流峰值系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)載的能力，無需對安全富余的容量專門進(jìn)行考慮。

4、保證供電更加可靠。UPS供電系統(tǒng)的架構(gòu)整體系統(tǒng)的可靠性比單個組間的可靠性相對較低，為使其可靠性較低的問題得到妥善解決，需要采用并聯(lián)多機(jī)成雙總線冗余的模式進(jìn)行供電，不僅增加了系統(tǒng)的成本，還導(dǎo)致存在逆變無效、不能直接把蓄電池組能向負(fù)載供給等問題。而高壓直流供電系統(tǒng)和蓄電池組、整流模塊并聯(lián)構(gòu)成了冗余關(guān)系，總體可靠性比單個組間的可靠性相對較高。在交流電停電的情況下，蓄電池組可直接供給負(fù)載使用的能量，為供電系統(tǒng)的可靠性和安全性的提升提供了技術(shù)保障。

結(jié)語：綜上所述，當(dāng)前高壓直流供電系統(tǒng)以其極大的優(yōu)勢逐漸被各大互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)商、運(yùn)營商、百度、 騰訊、阿里巴巴等電子商務(wù)服務(wù)商在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行了廣泛的應(yīng)用，并且高壓直流系統(tǒng)的構(gòu)建還與我國節(jié)能減排理念相適應(yīng)，對數(shù)據(jù)中心高效、節(jié)能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)起到較大的促進(jìn)作用，保證為國家電網(wǎng)建設(shè)提供的服務(wù)更加優(yōu)質(zhì)，所以高壓直流系統(tǒng)具有良好的發(fā)展前景。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]張樂豐.歐陽述嘉等.高壓直流供電在數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用探討[J].電力信息與通信技術(shù)，2016（05）：88-92.

[2]吳建軍.數(shù)據(jù)中心高壓直流UPS供電系統(tǒng)的應(yīng)用探討[J].自動化應(yīng)用，2018（01）：44.