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科华蓄电池的机房建设；

当前数据机房UPS系统的工作模式为双变换在线工作模式，即通过“AC-DC和DC-AC的双变换”给IT负载提供稳定的净化电源。但是在这一模式下，UPS的效率较低，通常满载工作效率仅90~95%（视UPS结构的不同），如果对于当前数据机房普遍采用的2N电源系统架构，其正常工作的最大负载率仅为40%左右，在这一负载率下，UPS的工作效率也相应降低，通常约为85~94%左右，这导致了能源的极大浪费并降低了整个数据中心的PUE指标。

与双变换在线工作模式相反，绿色休眠在线模式的工作原理是在输入市电品质较好的情况下，将市电通过UPS旁路直接供电给数据中心的IT负载，而UPS内部的逆变器处于在线备份状态，从而使整个UPS系统的供电效率高达99%，而且这一休眠效率不受UPS负载率的影响，实现了“UPS基本不耗能”的节能降耗总目标；同时通过微秒级的快速跟踪及DSP技术，始终保持逆变器在线备份的电压、频率、相位参数完全与旁路输入同步，保证了分级切换的“不间断”。

根据输入市电的品质，市电的电压与频率波动，这一UPS系统的工作可分成下列三级：

第一级――绿色休眠在线模式。当市电的电压与频率波动较小时，UPS内部的整流器、逆变器、充电器均处于在线休眠状态，不仅基本不损耗电能，而且使主功率器件也处于电休眠状态，提高了这些UPS内部核心部件工作的可靠性并延长其使用寿命。

第二级――双变换在线模式。当市电的电压与频率波动超限时，产品咨询：010-56145869 13521226231UPS立刻转切到整流、逆变的双变换模式，此时UPS的 40%负载工作效率通常在85~94%左右,与目前数据机房UPS的工作模式完全相同。

第三级――电池放电逆变模式。当市电的电压与频率超出了UPS整流输入所允许的电压与频率范围时，UPS将关断整流器，进入电池放电工作模式，此模式下UPS的满载工作效率约为86～95%左右。

根据国内典型的数据中心实际电能质量数据统计，对于进行上述分级运行的UPS系统，其一年的95%时间将运行在休眠模式，小于5%的时间工作在双变换模式，不到1%的时间工作在电池放电模式。如果以一个负载容量为5000kW的中等规模IDC机房采用老式12脉冲相控整流UPS为例，假设其40%负载率下的效率为达到了国家能效III级UPS标准的87%为计算依据，其每年的电费节约将高达460多万元。

由于IT负载电源自身的稳压功能以及现代数据中心机房UPS供电系统通常具有的较好电能品质，在绝大部分市电品质良好的工作时间内继续让UPS工作在双变换模式不仅是能源的无端浪费，而且这一多余的重复变换还导致了UPS事故的高发和可靠性的大幅度下降，因此转变传统技术观念，在数据中心机房广泛采用UPS绿色休眠在线技术作为主要工作模式是大势所趋。

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高压直流

供电的可行性分析　　　　随着电源技术的发展，高压直流供电模式由于其拓扑简单、扩容方便等特点引

起了人们的关注。高压直流供电方式逐步从实验室走向市场，虽然它的技术和应用还需和实际设备进一步

磨合，但高压直流供电代表了技术发展的一种趋势。　　　　1、为什么直流电源可以替代交流电源？　　

　　首先看负载设备内部，一般来说，设备的电源部分为独立的电源模块。从图一中可以看出，虽然设备

的输入电源是交流的，但是设备电源的最终输出还是直流，其核心部分还是DC/DC变换，只要我们输入一个

合适的直流电压给变换部分，设备就可以正常工作。　　　　2、直流电源如何替代交流电源？　　　　图

二和图三分别是负载设备在交流供电和直流供电时的整流原理。图二中，电源部分在交流输入的时候，正

半周时电流的走向是从A→D2→C→D→D4→B，在负半周时电流的走向是从B→D3→C→D→D1→A，整流管D1

、D3和D2、D4轮流导通。这样，交流电压从AB端直接传到CD端，输出端CD保持直流输出。图三中，电源部

分在采用直流电压直接输入时，由于电压相位不变，整流管D2、D4长期导通。这样，电压从AB端直接传到

CD端,输出端CD保持直流输出。联系到图一，从上面的分析可以看出，不论在输入端输入交流电压，还是直

流电压，在输出端均可以输出直流电压，直流电压再经过DC/DC变换，给设备供电。　　　　三、高压直流

供电的优点　　　　交流UPS供电原理如图四所示：　　　　我们可以发现高压直流供电有以下各个方面的

优点：　　　　1、可靠性高。主要有两个方面：一是直流供电蓄电池的输出和电源整流模块的输出并联在

负载端，当外电停电时，蓄电池的电能可以直接供给负载，母线电源是不间断的，确保供电的连续性。二

是采用直流输出，无谐波*。　　　　2、效率高，能耗低。和交流UPS系统相比，直流供电省掉了逆变环节

，而一般逆变的损耗在5％左右，同时又没有谐波损耗，因此电源的效率得以提高。据实验证明，直流电源

的效率比同规格的冗余备份的交流UPS电源相比，能够节能10%-15%。其次，由于直流电源采用了模块化的

设计，并联输出，使每个模块的使用率可达到70?～80?，比起交流UPS系统提高了很多。　　　　3、扩容

便捷。首先由于直流供电采用模块化结构，单机扩容容易实现，只要增加相应的模块即可。其次，由于是

直流输出，不存在相位和频率的问题，多机并联变得简单易行，电源并机容易实现。　　　　4、不存在“

零地”电压等不明问题的*。因为是直流输入没有零线，因此，也就不存在“零地”电压，避免了一些不明

的故障。　　　　四、高压直流供电面临的问题　　　　高压直流供电虽然有以上列举的种种优点，但也

存在着缺点和面临的问题：　　　　1、虽然直流电压与交流电压的峰值相比差别不太大，但是由于直流电

压没有过零的存在，其危险性远远大于交流电压。　　　　2、配电开关性能要求高，对于交流电，电流在

周期内会有过零点，当短路时，过零点的存在使开关断开时产生的电弧容易灭弧。而如果是直流电，不存

在过零点，灭弧相对困难。　　　　3、现在市场上选用的开关器件大都按照220Vac/380Vac来设计，但直

流开关器件和交流开关器件在要求上是不同的，所以在直流供电系统中，必须采用符合安全要求的直流配

电器件，这会相应增加建设成本。　　　　4、高压直流供电大规模市场运用有着一定的困难。我们广电机

房设备种类繁多，虽然机房大部分使用开关电源的设备都可以用直流电源供电，但也有很多设备不能直接

使用。如：　　　　（1）少数设备的电源输入端有工频变压器，输入直流会产生短路。　　　　（2）具

有输入端频率检测启动的设备不能直接进行使用。　　　　（3）具有启动过压保护功能的设备，不能直接

进行使用。　　　　（4）部分电源对地设计有电感滤波，虽然不影响使用，但会造成正极接地。　　　　

（5）风扇类设备要区别对待，交流输入的风扇使用直流电源会产生短路。　　　　（6）显示器设备区别

对待，CRT（阴极射线管）显示器，内部有交流交流激励回路的，不能使用直流供电。　　　　机房各种设

备开关电源部分的设计思路基本相同，但是详细的设计却又是千差万别，所以高压直流供电在实际的运用

过程中，需要对各种设备进行测试，甚至需要对设备的电源部分进行改造，这些都是高压直流供电应用中

所遇到的困难。高压直流供电目前还在试验探索阶段，据真正的大规模市场化应用还有待时日，但是从机

房节能增效的角度来说，高压直流供电是技术发展的方向。相信以后随着高压直流标准的制定，以上的缺

点和面临的困难都会得以解决，高压直流供电技术会得到更广泛的应用。步入云时代，随着移动互联网、

电子商务等迅速扩张，ISP行业对IDC机房建设提出了更高要求。大型互联网企业的用户数再创新高，数据

量爆发式增长，腾讯、百度等对IDC资源需求越来越大，将IDC建设列入企业发展战略目标。金融、电信、

能源等信息化程度较高的行业数据中心业务外包服务，物联网、生物、动漫等新兴行业数据中心的IDC需求

以及云计算带来的巨大市场机遇，将推动我国IDC市场不断扩大。　　　　在这样的大趋势下，ISP行业也

在逐渐发生变化，提供业务和内容服务的OTT与提供宽带业务的传统通信运营商正在转型提供面向多用户数

据中心业务(MTDC)。随着市场不断扩大，竞争也异常激烈，ISP行业要求IDC机房具备以下条件：　　　　

数据中心建设思路和需求趋向大型化、集约化、高密度化、高可用性;　　　　数据中心大型化，面向多租

户、多业务，统一规划、弹性架构设计，多期建设、快速部署，满足业务增长;　　　　低PUE、高效运维

，有效降低运营成本成为了MTDC的核心竞争力，最大程度的降低TCO是ISP行业重点关注的问题。　　　　

然而众所周知，建设一个大型数据中心，从前期的规划设计到验收并交付运营，整个建设周期需要花费大

约2年的时间，而2年的时间对于ISP行业来说太长。业务在快速地增长，IT设备也在不断更新换代，等到数

据中心建设完毕，可能原先的设计已经完全不能承载现有的业务需求，这样的结果是ISP运营商所不能接受

的。因此国内运营商和百度、阿里、腾讯等互联网企业在新建数据中心时，都期望能在建设周期、能耗及

全生命周期成本方面有更高效率和收益，模块化数据中心恰好满足了此需求。　　　　快速部署，模块化

设计，标准化接口：在数据中心建设过程中，将主机房区域设备的部分安装工作剥离出来放在工厂去预制

完成。这样可以同步其他基础设施建设，一旦设备进场，只需简单的组装，就能完成部署，快速上线。而

且模块化的设计在二期、三期的建设中，省去再次设计规划的时间，所发挥的快速部署特点更为显著，匹

配ISP业务快速增长的需求;　　　　弹性扩容，按微模块为单位，每个模块都是一个独立的小型数据中心

：这使得数据中心的架构是弹性的，不同模块间的功率设计可以是不同的，以精细匹配不同IT业务的需求

，充分利用资源，避免制冷量和供电单元过配而导致能耗的浪费。并且供电模块及制冷模块都是统一与机

柜采取同样规格。所以，一旦IT设备更新换代，需要对模块内部进行扩容，只需简单的调整相应的供配电

及制冷模块数量，就可以满足新IT设备的运载。　　　　高效节能，采用行级空调和密闭冷/热通道技术：

一方面行级空调与机柜并排安装，近端制冷，有效的解决机房局部热点问题，并且更加精确的制冷，减少

能耗;另一方面，让冷热空气隔离，有效的提高了空调的制冷效率，从而降低PUE，大大降低运营成本。　

　　　根据ICTresearch研究调查显示，2014年，中国模块化数据中心市场规模达到33.31亿元，同比增长

8.2%，高于整体数据中心市场的增长率。其中，华为、艾默生、施耐德等设备供应商占据了大部分的市场

。华为凭借其行业的客户积累和总集成的整合能力，其IDS系列模块化数据中心产品获得多行业的认可，市

场表现尤为突出，成为2014年中国模块化数据中心市场份额第一的供应商。同时，在此不得不提到模块化

UPS。模块化UPS具备功率模块热插拔、易扩容、易维护等优势，是模块化数据中心最佳选择。近年来，随

着国内模块化数据中心建设的崛起，模块化UPS也在ISP行业中被广泛应用。近期，在赛迪发布的相关报告

中披露，华为模块化UPS在国内市场的占有率已经超越众多国外厂家，位列第一。　　　　互联网企业越来

越看重数据中心建设和集成能力，融资能力等软实力，在信息安全国产化的趋势下，我们有理由相信模块

化数据中心的建设模式成为ISP行业IDC建设的主流。