IDC機(jī)房建設(shè)中,，動力系統(tǒng)的建設(shè)無疑是其重中之重,，各項業(yè)務(wù)的開展，各種服務(wù)器的穩(wěn)定工作,，都離不開穩(wěn)定,、可靠,、不間斷的電力供給。本文簡單探討IDC機(jī)房幾種電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本原理,、優(yōu)缺點,、實現(xiàn)的可行性等。
一,、IDC機(jī)房對供電的需求有如下幾個特點
1,、對供電要求高靠性
IDC面對的客戶一般都是企業(yè)級客戶，有的甚至為門戶網(wǎng)站,，若負(fù)載中斷,，IDC業(yè)務(wù)提供者，將會面臨巨大損失,，因此對供電的可靠性要求很高,。
2、負(fù)載容量大
IDC機(jī)房建設(shè)投入巨大,，并且會考慮到未來幾年的業(yè)務(wù)增長,，因此其要能承接足夠大的業(yè)務(wù)量。一般一個機(jī)房約放置50-100個機(jī)架,，每個機(jī)架的負(fù)載量約為幾千瓦,，因此一個機(jī)房的負(fù)載量約為幾百到上千千瓦，一個IDC中心可能建設(shè)多個機(jī)房,。
3,、相對集中的供電方式
為了分擔(dān)風(fēng)險，同時又考慮到集中供電的方便管理性,，一般按一個機(jī)房的負(fù)載容量來考慮,，負(fù)載量約在幾百到上千千瓦。
4,、對設(shè)備的諧波污染要求高
隨著國家對節(jié)能,、環(huán)保的要求越來越高，電信運(yùn)營商積極響應(yīng),，同時,，IDC機(jī)房也是用電大戶，是供電單位的重點關(guān)注對象,，對諧波關(guān)注的程度高,，這已經(jīng)是趨勢。
二,、傳統(tǒng)的UPS供電解決方案
傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信設(shè)備要求交流輸入電源,，一般是與市電電源的電壓和頻率相同的電源，即220V，50Hz的單相交流電源,。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信設(shè)備的電源系統(tǒng)是UPS系統(tǒng),， UPS系統(tǒng)一般由整流器、逆變器,、蓄電池和靜態(tài)開關(guān)等組成,，市電正常時，市電經(jīng)整流器變換為直流電供給逆變器,，同時給蓄電池充電,，逆變器將直流電變換為交流電供給負(fù)載。UPS本身故障時負(fù)載可經(jīng)靜態(tài)開關(guān)轉(zhuǎn)換為旁路市電供電,，市電長時間停電時,，由備用發(fā)電機(jī)組供電。
雖然IDC機(jī)房內(nèi)的設(shè)備是單相供電,，但功率越來越大,，單相UPS功率不能做的很大，受到限制,，解決的方法是用三相UPS供電,，功率一般平均分到三相上，同時進(jìn)行UPS并機(jī),，解決其供電的可靠性,。由于UPS最終通過逆變換流供電給數(shù)據(jù)設(shè)備，如果逆變與切換部分出現(xiàn)故障,，電池不是直接給數(shù)據(jù)設(shè)備供電,，會導(dǎo)致數(shù)據(jù)設(shè)備中斷。
幾種常見的UPS供電模式
1,、串聯(lián)熱備份
此種UPS供電方式消除了單點故障,，實現(xiàn)簡單，但是其同一時間只有一臺UPS帶載,，因此存在超載能力差,、主備機(jī)老化不均等問題，目前已經(jīng)較少采用,，系統(tǒng)圖見圖1：
2,、并聯(lián)冗余
此種UPS供電方式，最大的好處是可以負(fù)載均分,，其中任意一臺UPS故障,，其被切離，UPS系統(tǒng)不用做任何切換,，仍可工作在在線模式,?？梢愿鶕?jù)負(fù)載量，通過增加UPS的方式實現(xiàn)系統(tǒng)容量擴(kuò)充,。系統(tǒng)圖見圖2。
3,、雙總線供電方式
此種UPS供電方式,，其最大的特點是同時提供2路互不影響的供電母線，分別提供給雙電源負(fù)載,，或者通過STS再提供給單電源負(fù)載,。此方式也很好的消除了單點故障，但限于供電方案中又增加了LBS（同步控制）和STS（雙路切換）,，因此也增加了故障點,。系統(tǒng)圖見圖3。
UPS供電方案的優(yōu)點：
技術(shù)方案成熟,，目前在大量應(yīng)用,。
交流輸出，不易拉弧,。
UPS供電方案的缺點：
并機(jī)難度大,，需電壓、頻率,、相位同步,。
系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜，單點故障多
變換級數(shù)多,，效率相對低
輸入諧波大,，功率因數(shù)低
三、共用48V母線的混合系統(tǒng)解決方案
這種電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點是直流負(fù)載和交流負(fù)載的電源系統(tǒng)都采用-48V母線作為輸入電源,。在市電或整流器故障時,，由于蓄電池與輸出母排是并聯(lián)的，所以-48V母線電源是不間斷的,。直流負(fù)載由-48V母線直接供電,，交流負(fù)載經(jīng)逆變器供電，即用-48V直流電源供電的逆變器代替了UPS,。系統(tǒng)圖見圖4,。
混合系統(tǒng)解決方案優(yōu)點：
技術(shù)成熟，48V電源是真正的不間斷電源,，其輸出純凈,，所以系統(tǒng)整體穩(wěn)定性有提高。不易拉弧,，安全性高,。
混合系統(tǒng)解決方案缺點：
在交流負(fù)載的電源鏈中增加了電源變換的次數(shù),，且電壓低，電流大,，增加了損耗,，降低了系統(tǒng)效率。這種電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)僅適用于交流負(fù)載為中小功率的情況,。
四,、整流型rAC高壓供電解決方案
以INTELEC 2001年發(fā)表的《新電信網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)的最佳新型供電》和2000年發(fā)表的《電信和數(shù)據(jù)通信融合的rAC供電技術(shù)的新研究》為代表，法國電信公司試用,。rAC供電系統(tǒng),，類似傳統(tǒng)的48V直流電源系統(tǒng)中的直流母線由經(jīng)過整流的母線替代，實際上是脈動的直流,。系統(tǒng)由整流橋,、高電壓蓄電池組、蓄電池開關(guān),、充電機(jī)等組成,。這種rAC供電系統(tǒng)的輸入諧波電流抑制和功率因數(shù)需要補(bǔ)償，須在rAC母線上并聯(lián)連接諧波抑制器,。系統(tǒng)圖見圖5,。
rAC高壓供電解決方案的優(yōu)點：
在整個供電電路中只有一個變換級，損耗小,，效率高,；蓄電池充電機(jī)只用于給蓄電池離線充電，因此容量較小,，成本低,。rAC高壓供電解決方案的缺點：
采用用電壓較高， 安全標(biāo)準(zhǔn)要求高,；采用單體蓄電池數(shù)量較多,，要求進(jìn)行更嚴(yán)格蓄電池管理。
五,、高壓直流供電的可行性探討
數(shù)據(jù)設(shè)備內(nèi)部電源狀況是計算機(jī)主機(jī),、顯示器、打印機(jī)等電氣設(shè)備的內(nèi)部電源都是開關(guān)電源,，將輸入的交流220V先整流,、濾波成直流300V后，再通過電源開關(guān)管和開關(guān)變壓器降壓,、穩(wěn)壓成低壓,，為各部分提供電源。一般交流電壓在110-250V之間,，通過整流,、濾波后直流電壓為150V-340V之間,。因此，給這些設(shè)備輸入一個150V-340V直流電壓,，設(shè)備是可以正常工作的,。綜合考慮， 額定電壓在228V～280V（后備12V電池19只或20只）范圍內(nèi)直流電通過橋式整流電路,、濾波后,，仍是直流228V～280V，在150V-340V之間,，因此開關(guān)電源仍能正常工作，目前的實驗證明數(shù)據(jù)設(shè)備輸入DC270V左右時效果好,。系統(tǒng)圖見圖6,。
六、高電壓直流供電系統(tǒng)解決方案一
高電壓直流供方案一的交流輸入,、整流電路和蓄電池,、充電機(jī)與rAC供電系統(tǒng)是相同的。不同的是rAC供電系統(tǒng)將rAC直接供到集中的大功率DC/DC變換器,，再其變換為穩(wěn)定的高壓DC270V,。日本NTT公司試驗了此系統(tǒng)。如果交流輸入電源故障,，由蓄電池經(jīng)直流開關(guān)和大功率DC/DC變換器供給負(fù)載設(shè)備270V直流電,，系統(tǒng)圖見圖7。
此種電源系統(tǒng)的優(yōu)點：
可靠性高,、效率高,，在負(fù)載設(shè)備的功率較大時更為突出；成本低,；
此種電源系統(tǒng)的缺點：
采用單體大功率DC/DC,，電壓高，電流大,，要求較高的安全標(biāo)準(zhǔn),；采用蓄電池數(shù)量多，要求進(jìn)行更嚴(yán)格蓄電池管理,。
七,、高壓直流供電系統(tǒng)解決方案二
此方案是目前國內(nèi)電信運(yùn)營商在IDC機(jī)房改善供電的試用電源系統(tǒng)，最早鹽城電信為代表,，現(xiàn)在一些電信分公司與移動分公司均有試用,。與傳統(tǒng)48V供電系統(tǒng)類似，是由多個并聯(lián)冗余整流器和蓄電池組成的,。在正常情況下,，整流器將市電變換為270V直流電,，供給電信設(shè)備，同時給蓄電池充電,。市電停電時,，由蓄電池放電為電信設(shè)備供電。長時間市電停電時,，由備用發(fā)電機(jī)組供電,。與傳統(tǒng)的-48V直流電源系統(tǒng)的一樣，蓄電池備用時間為1～24h,，典型的蓄電池備用時間為1～3h,。此高壓直流電源系統(tǒng)，在試用中優(yōu)勢得到較充分的體現(xiàn),，系統(tǒng)圖見圖8,。
此種供電系統(tǒng)的優(yōu)點：
可靠性：電源模塊化輸出和電池直接并聯(lián)給負(fù)載供電，電池直接并聯(lián)到輸出母線上,，母線電源是不間斷的,。采用分級分布式控制，整流模塊和CSU故障時各自獨立控制,，避免故障擴(kuò)散,。
易維護(hù)：并機(jī)容易，電源模塊化設(shè)計,，支持帶電熱插拔,，更換方便，采用分級分布式控制,，整流模塊和CSU可各自獨立控制,，便于維護(hù)。
智能化管理：此系統(tǒng)與傳統(tǒng)48V直流電源系統(tǒng)一樣,，系統(tǒng)管理采用全面的智能化管理模式,；對電池部分管理完善，有效延長了電池的使用壽命,。
無諧波干擾,、易擴(kuò)容：對于計算機(jī)和服務(wù)器來說，采用直流輸入,，不再存在相位和頻率的問題,，多機(jī)并聯(lián)變得簡單易行，無諧波干擾,。
安全性：采用標(biāo)準(zhǔn)電氣柜,，對分路輸出和母線的絕緣狀況可進(jìn)行實時監(jiān)控，安全性高,。
性價比：同樣容量的系統(tǒng),，高壓直流電源系統(tǒng)由于采用N+1模式,，投資低，性價比高,。
此種供電系統(tǒng)的缺點：
此供電系統(tǒng)要求直流專用元器件,；對器件滅弧要求高；由于電壓高,，無過零點,，對安全性要求高。
八,、高壓直流供電系統(tǒng)解決方案三
高電壓直流供電系統(tǒng)方案三與方案二供電系統(tǒng)是類似的,，所不同的是，方案三供電系統(tǒng)增加升壓電路,，將直流輸出電壓提高到400V（此種類似的供電系統(tǒng)在移動公司有實驗點,，直流電壓350V）。是針對專門的高壓服務(wù)器電源,，目前此服務(wù)器尚在研制之中，由于系統(tǒng)輸出電壓高,，對目前大量在使用的服務(wù)器有些是不可用的,，但由于某些優(yōu)點突出，可能成為未來的一種發(fā)展的趨勢,。系統(tǒng)圖見圖9,。
此方案供電系統(tǒng)的優(yōu)點：
模塊化供電，電池直接連接負(fù)載,，母線電源不間斷,；電源效率最高，最節(jié)能,；輸出為直流無率因數(shù)與諧波問題,，具備最大負(fù)載能力；供電電纜最細(xì),，節(jié)省成本與空間,。
此方案供電系統(tǒng)的缺點：
故障的安裝拆除易造成拉弧,；對安全的要求高,，器件的要求也高。
結(jié)論
電信技術(shù)的迅速發(fā)展推動了電源設(shè)備技術(shù)的進(jìn)步,，高電壓直流供電系統(tǒng)方案二與方案三因為其可靠性高,，效率高，特別適用于設(shè)備功率較大的場合的IDC機(jī)房供電,。方案二適合于目前的服務(wù)器,，也是目前IDC機(jī)房供電的改造相對最適合的方案,，方案三可能是一種IDC機(jī)房設(shè)備供電的發(fā)展趨勢。IDC機(jī)房最佳供電系統(tǒng)到底是什么,，還值得深入探討與研究,，最終總會找到一種適合的方案。<