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2.1 DC240V or DC336V,电压等级的选择
采用高压直流供电架构遇到的第一个问题就是电压等级的选择。涉及系统效率、元器件耐压、配电设备耐压、配电线路的金属消耗、与蓄电池的匹配、对现有IT设备电源的匹配等因素,最重要的因素是对IT设备的兼容。
DC336V系统浮充电压为380V,采用单体2V电池168只,适用于有PFC电路的IT设备或专为直流电源研制的IT设备,其优点是配电线路的金属消耗量小,转换效率高。其主要缺点是对现有IT设备的兼容性不如240V直流系统。
DC240V系统浮充电压为270V,采用单体2V电池120只,对现有IT设备的兼容性最好,由于电压较低,因此对人身的安全性较好,其主要缺点是配电线路的金属消耗最大,与DC336V相比,电源转换效率较低。
DC240系统在国内从提出到实施落地已经超过7年,保守估计,目前应有数以十万计的IT设备运行在DC240V系统下,其可行性得到较好的实践检验。其效率可以通过元件的选择以及采用离线架构(后文详述)弥补,将电源与负荷就近布置也可以抵消配电线路金属的消耗。综合考虑,建议选择DC240V。
2.2 DC240V 系统的IT设备兼容性
IT设备电源模块的前端一般是一个桥式整流电路,从原理上看,输入由AC220V替换为DC240V可以工作,另外,中国电信等公司也做过一些IT设备DC240V供电兼容性的测试,有些资料宣称兼容性达98%以上。
不论原理如何,也不论其他公司兼容性测试数据有多高,当决定选用DC240V直流供电后,必须进行系统的兼容性测试,建议的测试内容至少包括:正常电压、反复上下电、极性反接、误接地、欠压保护、缓慢上电、长时间工作7项内容。
一项对34款服务器、17款交换机所做的兼容性测试中,共有8款服务器电源、1款交换机电源不支持,服务器电源不兼容率高达24%;5款IT设备不支持正负极反接,这个需要在确定接口极性时特别注意;还有1款服务器在长时间(不小于3个月)测试中出现性能不稳定,经常宕机情况。有些双电源服务器的2个电源模块分别由不同的厂家提供,会有1个兼容另1个不兼容的情况。不做相关的测试,很难发现其中的问题,当大规模上线后再遇到问题,恐怕为时已晚。
2.3 从在线(Online)到离线(Offline),节能到极致
与双变换在线式UPS应用类似,高压直流目前也以在线应用为主。所谓在线(Online),是指交流电能始终经HVDC整流后为IT设备供电,通常有6%以上的损耗;所谓离线(Offline),是指正常情况下市电直供IT设备,HVDC仅为蓄电池提供浮充,市电中断后,转由蓄电池供电,在这种架构下,正常情况为IT设备供电的电能不经过HVDC转换,此部分损耗几乎可以忽略。因此节能效果显著。图2.3.1 – 2.3.3显示了传统UPS、HVDC Online、HVDC Offline在系统效率上的差异。
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