隨著IT業務的快速發展，數據中心的用電成為企業的沉重負擔，讓市電直接給設備供電是個可選方案，能夠大大減少數據中心電力系統的能耗。
傳統的數據中心大都通過UPS來實現掉電保護，通常所有IT負載都要經過UPS，我們假定實際運行UPS的平均效率為91%，以及考慮UPS散熱的空調能耗，按數據中心典型PUE為1.7來算，那么UPS環節帶來的總能耗達15%；假定年電費為1個億，那么如果省掉UPS，光運營成本降低1500萬，暫且還沒算UPS以及配電設備的投資減少。
目前國內數據中心基本都建設在經濟較發達地區，電網環境相對較好。隨著現代城市電網的建設和發展，一線城市年均停電在2小時內，某電信公司近年投資了2個億在柴發上，但幾乎沒用過一次，而且每個月一次的日常運營維護成本很高！
當然UPS的作用不僅僅是實現了掉電保護，而且還能濾除電網的電壓抖動、脈沖和浪涌等。那么設備是否一定需要UPS提供純凈的正弦波才能可靠工作呢？常識告訴我們身邊就有幾十億的家電在市電下正常工作著，且不論性能和質量要好得多的IT設備電源。再者每一個服務器電源出廠需要在各種極限情況下做各種測試，規范和標準要求了IT設備電源需要滿足各種惡劣電網下的適應性、防雷、浪涌、閃斷等測試，從技術上保證了正常情況下市電供電沒有問題。
我們知道電路越簡單越可靠，串接在供電路徑上的UPS自身也是個故障點，有太多的案例發生在市電正常時候因UPS自身的故障而導致機房設備停電，因為UPS電容只有5年壽命，漏液短路或者大電流下會爆炸燃燒，加上需要相同頻率、相位、幅度等復雜的并機也經常出問題。若采用2N甚至2（N+1）的冗余配置，那么系統效率很低，投資成本太高，又很不劃算。假如我們能夠提出一種新的供電結構，做好市電供電下的掉電保護，那么就可以省掉UPS環節。
任何種類的UPS，不管是傳統的在線雙變換交流UPS，還是是谷歌的12V掛電池，以及facebook開放平臺的48V定制電源等方案，原理都是利用電池做好市電掉電下的掉電保護，差別只是實現方式上的不同。甚至包括目前電信在推的240V高壓直流方案，也是通過電池的備份來達到掉電保護的目的。關于240V高壓直流，這里插一句，業界已經通過理論分析和實際測試表明，IT設備在240V電池下供電不但風險很小，而且可靠性還比在220Vac交流下更高。
1.市電直供一些案例
下面簡要介紹一下業界市電直供的一些案例，所有資料來自互聯網以及廠商公開資料，僅供參考。
1.1.Facebook市電直供方案
下圖是facebook俄勒岡開放數據中心的電力拓撲圖，從圖上我們可以看到去掉UPS后在此環節幾乎零損耗，整個供電路經上只有變壓器和配電的很少損耗，效率非常高。
從Facebook的公開資料上看采用了分布式服務器電源加集中48V電池的方案，每臺服務器配一個277Vac和48Vdc雙輸入、單輸出為12.5V的定制電源。輸入電壓范圍為180V-305Vac，掉電保持時間最少20ms，輸出過壓保護15V，風扇隨環溫調壓控制。電池備份采用另外一個450W DC/DC電源，當5ms內發現AC掉電，最大10ms內開始DC供電，過渡期間兩者同時供。
由于服務器電源在滿負載下有10到20ms的輸出保持時間，那么在輕載下輸出保持可以到30ms以上，假定10ms內檢測到市電停電，喚醒休眠的48V電源并建立輸出電壓需要10ms內，再預留10ms的buffer，那么可以在市電停電的時候喚醒模塊2并平滑過渡，facebook就是利用這個特點把UPS給省掉。
缺點是需要定制兩款服務器電源來分別支持277Vac和48Vdc，而且把電池放在IT機柜旁，機房高溫對電池壽命影響很大，以及電池放機房中對樓板的承重有額外需求。加上48V低壓由于線纜壓降的原因不能長距離傳輸，因此備份系統容量做不大，單位成本高，這些不足限制了在國內機房的應用。
1.2.google市電直供方案
Google的12V掛電池方案采用分布式電源加分布式電池作備份，原理是每個服務器帶一個電源并配一個鉛酸電池，市電正常時候市電直接給設備供電并給電池充滿電，市電中斷時候電池放電備份幾分鐘，直至柴發起來繼續供電。
從網絡上摘抄的一些簡單資料如下（原文摘抄，不代表作者觀點，僅供參考）：
1、電源產自中國，output:13.65V 20.5A，這個服務器的功耗大家可以估算了，不會超過250w。有趣的是這個電池接入開關電源，那么開關電源當成一個UPS看也不為過，就是一個13.65v輸出的ups，不會比市面上幾百塊錢最低檔次的UPS更貴。
2、關于電池，免維護鉛酸蓄電池無疑，從公開的資料上其容量只有3.2ah，充其量只能夠維持5、6分鐘以內的服務器掉電保護時間。
3、是一臺兼容機主板+大路貨硬盤+低端UPS+摩托車電池，粘在一塊爛鐵皮上。
該方案的核心技術是電池管理及切換控制，原理如下圖所示，實現供電效率達到99.99%。
1.3.微軟ITPAC市電直供方案
微軟在2010年推出ITPAC的機柜服務器方案，從概念圖上看機柜采用集中電源供電，并在12V母排集中掛鋰電池備份方案。分為上半區和下半區單獨供電，單機柜達到18.6KW功率給96臺服務器供電。市電正常時候直接給設備供電，市電停電后靠鋰電池過渡，直至柴發起來。
選用的4.5KW服務器電源也是高效率的電源模塊，通過12V集中母排給服務器子機單元供電。
1.4.intel IDF2010年市電直供方案
在2010年的IDF上，芯片巨頭intel展出了其市電直供加12V輸出分布式掛鋰電池方案，其原理是采用電源集中供電（左圖紅圈部分），通過12V銅母排給服務器子單元供電，并在服務器子機內部的12V輸入上分布式掛鋰電池作掉電保護。該方案采用了類似谷歌的分布式電池到服務器子單元中，又采用了類微軟的集中服務器電源供電的方案，總體效率非常高。
1.5.國內某互聯網公司的市電直供方案
2011年某互聯網公司大會上，該公司介紹了其市電直供的一些實踐，比如采用市電主供+UPS備份的方案。雙電源服務器分別由一路市電以及另外一路在線式UPS同時供電，這種模式下可以減少一半UPS的投資，以及減少一半UPS的運行損耗。如果能夠采取一定措施，讓市電供電電源承擔100%負載，UPS供電服務器電源處于空載備份方式，那么運行效率還會更高。
2.市電直供下服務器電源的可靠性要求
2.1.典型的服務器電源規格：
下圖是intel公司給的一個典型服務器電源的SPEC，通常經過認證的服務器電源都需要滿足下面的這些電網波動適應性測試，實際根據之前電源開發的經驗，服務器電源出廠前需要做各種極限環境下的測試，比如雷擊測試，動態跳變，打靜電耐壓測試等等，以適應山頂基站等高溫暴雨雷擊以及遠郊惡劣氣候的考驗，這也是facebook等公司敢直接用市電供電的原因。
2.2.電源的極限諧波測試
由于模塊的實際應用中，電網中存在各種各樣的諧波，特別是在軋鋼廠的旁邊，電網中存在的各種各樣的諧波的幅值是相當大的，為了模擬模塊在實際的使用情況，必須進行諧波極限試驗。
判定標準：
模塊能夠正常工作，合格；否則，不合格！
2.3.防雷要求
（1）測試指標
L-PE，N-PE，L-N：8/20?s沖擊電流波形，3kA，±5次
（2）測試波形定義
模擬沖擊電流波是一種非周期瞬態電流波，短時間內（？s級）上升到峰值，然后緩慢地下降到零，一般記作T1/T2 ?s，T1為視在波前時間，T2為視在半峰值時間，8/20?s表示：T1＝8?s，T2＝20?s。
（3）測試波形誤差范圍
8/20μs沖擊電流波形參數誤差：
峰值電流（peak value）Ip ±10%
波頭時間（front time） T1 ±10%
波尾時間（time to half value）T2 ±10%
3.中國電網可靠性數據（2010年）
2010年上半年各電網公司、?。▍^、市）電力公司供電可靠性指標如下。報告顯示，上半年，上海市電力公司、北京市電力公司、天津市電力公司的用戶平均停電時間均低于1個小時，供電可靠率分別為99.9869%、99.9841%和99.9514%。山東、江蘇、浙江、湖南、河南的城市用戶平均停電時間均低于2個小時。
數據來源：中電聯
4.結語
隨著數據中心技術的發展以及降低運營成本和節能減排的需求，加上現代電網可靠性越來越高，通過一定的技術方案改進并做好市電掉電下的可靠保護，市電直供方案將在大型的互聯網數據中心等場合的應用會越來越廣泛，成為未來趨勢。
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