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高压直流学习笔记
发表于：2012年05月04日 00:29 前言
本人只是普通的网络工程师，本文来源于日常学习积累笔记，仅供大家当成科普，文中尽可能量化数据，少用“很多”“极大”类词汇，同时由于是笔记，文字均有出处，凡是雷同全因照抄，幸运的是不涉及版权纠纷。
一、传统数据中心采用UPS供电的缺点
传统的数据中心大都是由UPS实现掉电保护， 通常所有IT负载都要经过UPS供电，假定实际运行UPS的平均效率为90%（虽然目前UPS最高效率是可以达到95%以上，但UPS的效率和负载率有关，随着负载率的提升，效率才会变提升，因此正常情况下20%-40%负载率很难会达到最优的效率点。根据在运行UPS的实际测试数据，绝大多数情况下的效率不高于90%），即每100度电，经过UPS这个环节就白白损耗掉10%。不仅如此，由于 UPS自身散也需要空调交换带走热量，按数据中心典型PUE为1.8来算，那么UPS环节带来的总能耗达18%，很不节能。交流系统一般运行在低负荷下（通常在30%），实际运行效率较低，直流系统通过模块休眠可以提高负荷率，实际运行的效率较高。
二、采用240V高压直流的特点：
从上图的对比，我们可以清晰地看到： 1、减少变化级数，整体效率更高；
2、电池直挂在输出母线上，相当于提供另外一路备份，可靠性更高；
3、兼容现有绝大多数IT设备的高频开关电源，用电设备几乎不用任何更改，推广容易； 4、拓扑非常简单，可靠性提高；
5、高压直流系统为模块化热插拔设计，运维简单方便，减低运维成本 6、易于扩容
高压直流可靠性，扩展性，管理性，以及谐波等优势明显，随着数据中心技术的发展以及降低运营成本和节能减排的需求，高压直流技术不管是在节能、投资成本、可靠性以及运维便捷性等方面较传统的UPS都有明显优势，随着高压直流供电方案在大型的互联网数据中心等场合的越来越广泛应用，将逐步成为未来数据中心供电的趋势
【注1】： 上图“酒泉新型配电设计”是服务器和交换机为12VDC Input，服务器主板和交换机电源输入都是定制的。文章后面解释标准220VAC 的IT设备可以直接接240VDC。 【注2】：酒泉是一个曾经存在二年的项目组，酒泉取自火箭发射基地之意。
三、 为什么叫高压直流
高压直流并非按我国电力高低压区分标准划分，而是相对于广泛应用于通信领域的现有直流技术来称呼的，240VDC是传统48VDC的五倍电压。
四、 直流电压选择标准
用于IT/IP机房的高压直流供电，欧洲研究机构提出并实验的为直流350~400V标准，我国专家、学者曾提出以300~350V标准，我国最后制定并执行的是并执行的是240V标准。
【注】：欧洲336V高压直流请参见附件。
五、 高压直流制定为 240V的原则依据
（1）直流技术应用于IT系统设备的供电后，设备运行可靠性应比原来的交流UPS 供电技术的可靠性大大提高
（2）直流电压标准替代原有交流UPS 供电技术，总体上对原有受电设备不作任何改造，为已建有交流UPS供电的系统升级改造成直流供电提供方便
（3）直流电压标准应满足IT设备运行及IT设备配套的相关设备的使用(如有设备配套的相关设备的使用传统直流48V或交流220V的设备），使所有设备能够统一应用一个直流供电技术标准
（4）直流电压标准应充分应用目前的整个产业链，减少现有产业链新流程
（5）直流电压标准应安全与节能兼顾（目前无论从理论还是实践上，均已证明IT设备采用高压直流供电技术，相比传统的交流UPS供电技术 ,既安全 又节能。 基于以上要求，我国最终制定了新型高压直流为240V电压标准
六、220VAC IT设备可用240VDC原理
1、 目前在网IT设备受电标准均为交流220V为标准，以L、N、PE三线制。若采用高压 240V 直流供电技术可直接应用，原有火线L和零线N转变为直流电源系统中的正、负极（其对应关系后述），原有PE保护地转变为直流电源系统中的直流保护地。
【注】：为什么我国高压直流240V验证接法与现行欧洲标准 ESTI EN300 ESTI EN300在L、N上不同，主要是我国部分设备在原220V交流供电技术上，为节约成本，设计制造时，设备内部采用的整流仅为半波整流。对于全桥整流的对于全桥整流的IT设备，直流的正负极与原有交流 设备，直流的正负极与原有交流L、N不存在对应关系。
2、 UPS交流电压的供电范围是176—264VAC，对应的整流后的最低直流电压Uab=1.25*176V=220V，最高直流电压Uab=1.4*264=369.6V,工作效率最高的电压点是220VAC，对应的直流电压是Uab=1.25*220=275V，显然如果我们直接将直流电接到计算机服务器也是完全可以工作的，只要直流电压在220V—369V之间，选取2V一节120节电池，其均充电压是2.35*120=282VDC，浮充电压是2.25*120=270VDC。
结论：由于服务器电源是将UPS提供的交流电源先要整流成直流电，然后再将直流再变换成12V、5V或3.3V等低压直流给服务使用，而全桥二极管整流电路对直流电可以直接输入，只要直流电压能够达到220V以上就可以使用！