数据中心基础设施工程师必知必会（5）-直流系统篇（下）

本篇文章是本系列的第五篇文章，上一篇文章中我们已经根基相识直流数据中心布局，以及其优弱点和将来远景，通过这篇文章您将会对直流数据中心有进一步的把握，相识到以下观念：

交直流数据中心配电方案。 电压品级在直流数据中心中的转化环节。 直流数据中心的重要特征。

1. 数据中心交换配电选项

a) 传统交换配电体系

传统的交换配电体系是将480V的交换电源转换成直流电源给蓄电池充电，再转换回交换电，在配电体系内降至208V，运送给IT装备。IT装备中的电源将电能转换回直流，并通过PSU将其降至较低电压，供处理赏罚器、内存和存储装备耗损，如下图1所示。

图1：传统交换配电体系

b) 改善UPS的配电体系

连年来，制造商进步了组件的服从，并开拓了新的操纵模式，譬喻在一些UPS体系上应用了“节能模式”，以进步服从。图2表现了AC UPS在节能模式下的运行环境。绕过逆变器的转换，进步了服从；然而，这也许会低落体系的靠得住性。临界载荷不再与电源断绝，也不受逆变器凡是提供的严酷电压调理，必要伟大的同步电路来确保靠得住的电力传输。

图2：改善UPS的交换配电体系

c) 去除中间变压器的配电体系

通过消除配电进程中的降压环节，从而向IT装备提供较高电压。如图3所示，从UPS得到277V的交换输出，并直接将其发送随处事器电源。这种要领在将来也许有潜力，但因为一些缘故起因，今朝不行行。起首，通过将负载相向中性毗连，也许会引入特另外谐波电流，抵消部门预期的服从增益。其次，因为机架电压升高，在机架事变的IT职员对电弧闪的担忧会增进。最后，在这个输入程度上没有贸易可用的电源供给。总而言之，这个架构必要进一步的开拓。

图3：去除中间变压器的配电体系

2. 数据中心直流配电选项

对付本日寻求优化靠得住性和服从的组织来说，48V直流电源也许被证明是480V/208V交换配电的最佳选择。48V直流电源在长途通讯收集中有着久长的汗青。它本质上是简朴和靠得住的。凡是来说，选择48V DC作为尺度有两个缘故起因:

i. 人们以为直流电比交换电更靠得住，由于在断电时它可以直接毗连备用电池;

ii. 48V被以为是传输间隔和人的安详之间的最佳衡量，由于它在维修和不测袒露时被以为是安详的。

a) 通例直流配电方案

在大大都配直流配电中，48V直流电力体系被陈设为三个差异的元素，如图4所示:

i.  480V交换-48V直流模块式电力体系

ii. 用于延迟运行时刻的电池组(至少8小时)

iii. 负载配电柜(BDFB/PDU)

这些元件与大型铜母线和电线毗连在装备周围，直接将电力分派给装备。在电源行使点，电源低落内部行使的直流电压至12V。当应用到数据中心时，很轻易看到这种要领的甜头。在AC/DC整流器的下流，电源完全与主电源断绝，被以为是“安详特低电压”(SELV)，进步了安详性的同时，电弧闪光也不再是一个题目。

图4：通例直流配电体系

b) 行间UPS直流配电

传统的直流配电方案必要用大型铜母线将已经转换好的直流电源分派到机架。荣幸的是，有了新的基于行的直流拓扑，这些配电进程不再是须要的，480V交换电源可以直接毗连基于行间的数据中心UPS。在这种基于行的设置中，功率在很是靠近行使点的处所由交换转换为直流，这低落了导线的尺寸和本钱(见图5)。

图5：基于行间UPS的直流配电体系

数据中心正在进入一个新的成熟阶段，重点在于以更低的本钱和更低的功耗靠得住地向组织交付更多的计较手段。基于行的直流电源为低落数据中心的伟大性、进步服从和实现增添提供了一种适用的、可遭受的办理方案。

3. 直流配电的特征说明

a) 服从

数据中心电源架构的直流要领行使的组件比当前的交换要领要少得多。更少的组件必要更少的时刻来安装和处事，镌汰隐藏的错误，进步体系的靠得住性，镌汰安装和维护本钱，这使得直流要领是一个经济有用的办理方案。按照日本电报电话公司(NTT)举办的一项研究，数据中心体系的靠得住性有望进步10倍，这仅仅是由于它不那么伟大。另外，按照ABB等公司的计较和研究，处事器到达服从（supply-to-server efficiency）进步了约10%，镌汰基本办法投资本钱约15%，同时镌汰了约莫25%的所需的空间。

b) 谐波

谐波是凡是由非线性负载撒播的正常交换波形的失真。在数据中心，交换处事器中行使的开关电源代表了可以发生谐波的非线性负载。谐波电流积累在中性线，造成配电丧失和增进热量的发生。假如谐波的累积程度(即总谐波失真)过高，就会对敏感的电子器件造成侵害并低落服从，也许必要装备降额才气降服。在伟大的交换配电体系中，这些丧失很难猜测，但也许相等大，而在直流体系中险些不存在谐波。

c) 负载变革

许大都据中心在许多时辰运行在计划负载的100%以下，及时负载常常变革。这种变革进一步使服从建模伟大化。因为处事器以差异的速率打开、封锁和行使，三相电力体系的每个阶段的负载城市产生变革，使得这三个阶段之间的同等性变得坚苦。不服衡的负载低落了整个体系的服从，发生了特另外热量。按照站点的庞洪水和善可用器材的差异，跟踪在哪个阶段的不服衡负载长短常耗时和繁琐的。负载均衡题目也只针对三相交换电源，与直流无关。

d) 冷却

（编辑：湖南网）

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