摘要：目前,336V直流供電技術(shù)已在數(shù)據(jù)中心規(guī)模推廣應(yīng)用。實(shí)踐證明,336V直流供電技術(shù)具有UPS系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)勢(shì),無(wú)論在系統(tǒng)可靠性、可維護(hù)性、初期投入、長(zhǎng)期運(yùn)行投入以及節(jié)能環(huán)保等各方面均具有優(yōu)勢(shì)。 文中結(jié)合近幾年來(lái)中國(guó)移動(dòng)在336V直流供電技術(shù)方面的研究和應(yīng)用情況,就336V直流供電技術(shù)在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中,大家普遍關(guān)心的一些熱點(diǎn)問(wèn)題做了論述,供讀者認(rèn)識(shí)336V直流供電技術(shù)及工程應(yīng)用提供參考。

目前,336V直流供電技術(shù)已在數(shù)據(jù)中心規(guī)模推廣應(yīng)用。實(shí)踐證明,336V直流供電技術(shù)具有UPS系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)勢(shì),無(wú)論在系統(tǒng)可靠性、可維護(hù)性、初期投入、長(zhǎng)期運(yùn)行投入以及節(jié)能環(huán)保等各方面均具有優(yōu)勢(shì)。 文中結(jié)合近幾年來(lái)中國(guó)移動(dòng)在336V直流供電技術(shù)方面的研究和應(yīng)用情況,就336V直流供電技術(shù)在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中,大家普遍關(guān)心的一些熱點(diǎn)問(wèn)題做了論述,供讀者認(rèn)識(shí)336V直流供電技術(shù)及工程應(yīng)用提供參考。

高壓直流供電技術(shù)(HVDC)是近幾年正在研究的一種集中了UPS交流供電技術(shù)和-48V直流供電技術(shù)優(yōu)點(diǎn)為一體的新型供電技術(shù)。高壓直流供電技術(shù)克服了傳統(tǒng)UPS供電系統(tǒng)效率低、可擴(kuò)展性差、可靠性低、成本高等弊病,具有電路簡(jiǎn)單、變換少、可靠性高、效率高、體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

在工程建設(shè)及維護(hù)方面,336V直流供電技術(shù)具有交流UPS系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)勢(shì),無(wú)論在系統(tǒng)可靠性、可維護(hù)性、初期投入、長(zhǎng)期運(yùn)行投入以及節(jié)能等各方面均具有優(yōu)勢(shì),因此,對(duì)于建設(shè)高可靠性、高維護(hù)性、高效節(jié)能的綠色數(shù)據(jù)中心,選擇336V直流供電技術(shù)具有重要意義。

1 高壓直流供電技術(shù)應(yīng)用研究情況

(1)國(guó)外高壓直流供電技術(shù)應(yīng)用研究情況

目前國(guó)外高壓直流技術(shù)應(yīng)用研究還處于試驗(yàn)階段,有少數(shù)商用解決方案,美國(guó)、日本等國(guó)家都有一些試驗(yàn)性應(yīng)用研究。

Intel EC最早就對(duì)數(shù)據(jù)中心新型供電技術(shù)進(jìn)行了研究與應(yīng)用,法國(guó)電信和阿爾卡持公司1999年起相繼提出《供電給新的電信網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)用的供電系統(tǒng)》,《電信和數(shù)據(jù)通信融合的整流型AC供電技術(shù)的新研究》,《新電信網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)的最佳新型供電》。歐美絕大部分通信運(yùn)營(yíng)商采用300～400V直流電壓方案;法國(guó)電信公司、日本NTT電信公司試用380V高壓直流供電系統(tǒng);美國(guó)Intel、Microsoft、Facebook等公司試用400V直流供電系統(tǒng);瑞士在建第一個(gè)完全采用336V直流供電的MW級(jí)數(shù)據(jù)中心,為商用數(shù)據(jù)中心。

(2) 國(guó)內(nèi)高壓直流供電技術(shù)應(yīng)用研究情況

國(guó)內(nèi)高壓直流技術(shù)應(yīng)用已進(jìn)入規(guī)模應(yīng)用階段,中國(guó)電信主導(dǎo)的240V直流供電技術(shù)、中國(guó)移動(dòng)主導(dǎo)的336V直流供電技術(shù)正逐步擴(kuò)大使用規(guī)模。

240V直流供電技術(shù)是中國(guó)電信于2008年面向現(xiàn)網(wǎng)交流服務(wù)器提出的高壓直流供電技術(shù),在現(xiàn)網(wǎng)已應(yīng)用了上百套,取得了一定成果。

336V直流供電技術(shù)是中國(guó)移動(dòng)于2009年面向未來(lái)提出的全新的供電技術(shù),這與國(guó)際上發(fā)布的《ETSIEN300132-3-1(2012.4)》和《ITU-TL.1200(2012.5)》等標(biāo)準(zhǔn)定義的380V運(yùn)行電壓是一致的,具有國(guó)際先進(jìn)水平。

336V直流供電技術(shù)于2009年在廣東移動(dòng)進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用及測(cè)試,2012年在中國(guó)移動(dòng)新型數(shù)據(jù)中心哈爾濱試點(diǎn)工程中進(jìn)行首次落地應(yīng)用,2013年廣東移動(dòng)在三水?dāng)?shù)據(jù)中心進(jìn)行規(guī)模應(yīng)用,2014年開(kāi)始在中國(guó)移動(dòng)呼、哈等數(shù)據(jù)中心規(guī)模推廣應(yīng)用。

(3) 336V直流供電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定情況

① 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

·《400VDC供電系統(tǒng)接口規(guī)范》(ITU-TL.1200);

·《高達(dá)400VDC供電系統(tǒng)的架構(gòu)》(ITU-TL.1201);

·《400VDC供電系統(tǒng)性能及其環(huán)境影響評(píng)測(cè)方法》(ITU-TL.1202);

·《ICT系統(tǒng)高達(dá)400VDC配電的顏色和標(biāo)記標(biāo)識(shí)》(ITU-TL.1203)。

②中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

《通信高壓直流電源系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(報(bào)批稿)。

③ 中國(guó)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

·《通信用336V整流器》(YD/T3088-2016);

·《通信用336V直流供電系統(tǒng)》(YD/T3089-2016);

·《通信用240V/336V直流供電系統(tǒng)運(yùn)行后評(píng)估要求與方法》(YD/T3091-2016);

·《基于240V/336V直流供電的通信設(shè)備電源輸入接口技術(shù)要求與試驗(yàn)方法》(YD/T2656-2013);

·《通信用240V/336V輸入直流-直流電源模塊》(報(bào)批稿)。

④ 中國(guó)移動(dòng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

·《336V開(kāi)關(guān)型整流器》(QB-H-007-2012);

·《336V直流電源系統(tǒng)》(QB-H-008-2012);

·《336V供電服務(wù)器電源模塊技術(shù)規(guī)范》(QB-H-010-2012);

·《通信用336V直流供電系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(QB-J-015-2012)。

2 電壓等級(jí)的確定

336V直流供電電壓等級(jí)主要從系統(tǒng)效率、元器件耐壓、配電設(shè)備電壓等級(jí)、配電線路的金屬消耗和與蓄電池匹配等幾方面考慮確定的。

(1) 系統(tǒng)效率

直流母線的供電電壓越高,系統(tǒng)效率越高,節(jié)能效果越明顯。

目前,ICT設(shè)備的電源模塊(PSU)普遍配置PFC,如圖1所示。PFC一般需要將電壓提升到400V左右,如ICT設(shè)備采用接近400VDC的電壓輸入,PFC可以不需要升壓電路或者升壓電路不需要長(zhǎng)時(shí)間工作,可以提升系統(tǒng)的可靠性和效率。

　　(2) 元器件的耐壓

大部份電子元器件(Caps,MOSFET等)耐壓為450～500VDC,此耐壓范圍的元器件產(chǎn)品成熟且價(jià)格低廉。考慮故障排除和啟動(dòng)時(shí)的電壓脈沖峰值,高壓直流供電系統(tǒng)工作電壓不宜超過(guò)400V。

(3) 配電設(shè)備的電壓等級(jí)

① 現(xiàn)有斷路器產(chǎn)品在直流回路中的額定工作電壓一般為500V。

② 電力電纜的絕緣電壓為690V/1000V,電纜對(duì)地絕緣電壓為690V,電纜之間絕緣電壓1000V。

從斷路器和電力電纜耐壓情況看,高壓直流供電系統(tǒng)工作電壓不超過(guò)500V時(shí),配電設(shè)備均可以支持。

(4) 配電線路的金屬消耗

提高工作電壓可以降低系統(tǒng)的工作電流,減少線路的損耗,減少配電線路的金屬損耗。

高壓直流供電系統(tǒng)工作電壓400V與240V相比,電流降低66%,可以減少有色金屬消耗約60%,同時(shí)可以降低配電開(kāi)關(guān)容量和配電設(shè)備容量。從配電線路的金屬消耗來(lái)考慮,直流供電系統(tǒng)工作電壓越高越好。

(5) 與蓄電池的匹配

目前,普遍應(yīng)用的蓄電池為鉛酸蓄電池,單只電壓為2V、6V或12V。蓄電池作為后備電源,在高壓直流供電系統(tǒng)故障、維護(hù)或停電時(shí),為系統(tǒng)提供不間斷電源。因而,高壓直流供電系統(tǒng)的電壓應(yīng)與蓄電池組電壓相匹配,高壓直流供電系統(tǒng)的標(biāo)稱(chēng)電壓應(yīng)為2V、6V或12V的整數(shù)倍。

通過(guò)上述幾方面的分析,高壓直流供電系統(tǒng)的電壓設(shè)置越高越有利,但是工作電壓不宜超過(guò)400V。因此中國(guó)移動(dòng)于2009年選擇336V電壓等級(jí)的直流供電技術(shù)進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用,336V直流供電系統(tǒng)的電壓設(shè)置應(yīng)為:

標(biāo)稱(chēng)電壓:336V;

浮充電壓:374.64～381.36V(2.23～2.27V/cell);

最高均充電壓：386.40～394.80V(2.30～2.35V/cell);

蓄電池只數(shù):2V電池168只串聯(lián)或12V電池28只串聯(lián)。

2012年國(guó)際電信聯(lián)盟發(fā)布的《400V直流供電系統(tǒng)接口規(guī)范》(ITU-TL.1200)中明確了ICT設(shè)備高壓直流供電電壓范圍為260～400V,與中國(guó)移動(dòng)選擇的336V直流供電系統(tǒng)的運(yùn)行電壓完全匹配。

3 336V直流供電技術(shù)的特點(diǎn)

336V直流供電系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)UPS交流供電系統(tǒng)的效率低、可擴(kuò)展性差、可靠性低、成本高等弊病,具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、變換少、可靠性高、效率高、體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn),其與傳統(tǒng)UPS供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)比如圖2所示。

　　336V直流供電技術(shù)的特點(diǎn):

①電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單:336V直流系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)UPS系統(tǒng),減少了DC/AC變換環(huán)節(jié),同時(shí)由于直接輸出直流電,服務(wù)器PSU減少了AC/DC環(huán)節(jié),取消兩級(jí)變換簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)。

②可靠性高:簡(jiǎn)單的電路結(jié)構(gòu)提高了系統(tǒng)可靠性,系統(tǒng)可用度高達(dá)10個(gè)9,與2N雙總線UPS交流供電系統(tǒng)相比,系統(tǒng)可用度提高了3個(gè)9,而且由于電池直接連接在輸出母線上,提高了電池供電時(shí)的可靠性。

③運(yùn)行效率高:與48V直流電源相比,基礎(chǔ)電壓提高了7倍,減少了線路損耗;與240V直流電源相比,系統(tǒng)效率提高約6%(包含ICT設(shè)備內(nèi)部PSU效率);與傳統(tǒng)UPS交流電源相比,系統(tǒng)效率提高約10%～15%。

④擴(kuò)容便捷:由于采用了模塊化熱插拔結(jié)構(gòu),擴(kuò)容簡(jiǎn)單方便,降低后期維護(hù)成本。

4 ICT設(shè)備支持336V直流供電

(1) ICT設(shè)備336V直流供電原理

目前ICT設(shè)備主要以交流供電為主,交流電源模塊(PSU)主要有兩種,即ATX標(biāo)準(zhǔn)電源和SSI標(biāo)準(zhǔn)電源,其簡(jiǎn)化的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

交流220V輸入先經(jīng)過(guò)EMI、整流、PFC電路,變換成380V左右的直流,然后再將380V直流經(jīng)過(guò)DC/DC電路變換成12V直流,12V直流通過(guò)分壓電路獲得0.8V、3.3V、5.0V等直流電壓提供給ICT設(shè)備負(fù)載使用。

對(duì)于采用220V交流電源模塊供電的ICT設(shè)備,可以將其交流電源模塊替換為336V直流電源模塊,完成直流供電升級(jí),336V直流電源模塊的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。

相比交流PSU,直流PSU省去了AC/DC整流電路,直接將336V直流經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓、DC/DC電路變換成12V直流,12V直流通過(guò)分壓電路獲得0.8V、3.3V、5.0V等直流電壓提供給ICT設(shè)備負(fù)載使用。因變換環(huán)節(jié)減少和電路簡(jiǎn)化,336V直流PSU比交流PSU的可靠性、效率更高、成本更低。

對(duì)ICT設(shè)備負(fù)載來(lái)說(shuō),220V交流PSU和336V直流PSU輸出12V直流電源要求相同,在不改變ICT設(shè)備結(jié)構(gòu)的情況下,將220V交流PSU更換為336V直流PSU后,ICT設(shè)備完全支持336V直流供電。

(2)現(xiàn)有ICT設(shè)備336V直流供電支持情況數(shù)據(jù)中心ICT設(shè)備主要有路由器、交換機(jī)(盒式交換機(jī)、框式交換機(jī))、服務(wù)器(機(jī)架式服務(wù)器、刀片式服務(wù)器)、存儲(chǔ)磁陣、防火墻設(shè)備等。大多數(shù)ICT設(shè)備是采用交流PSU供電,而PSU模塊部分是可插拔的獨(dú)立模塊,部分是固定安裝在設(shè)備內(nèi)部的獨(dú)立模塊。大多數(shù)ICT設(shè)備都可以通過(guò)將交流PSU更換為直流PSU的方式支持336V直流供電應(yīng)用,如圖5所示。

但目前的路由器、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一般沒(méi)有內(nèi)置交流電源模塊,主板一般直接采用48V直流供電,不能通過(guò)更換電源模塊的方式支持336V直流。設(shè)備內(nèi)部的業(yè)務(wù)單板、控制單板等部件,也不能支持336V直流直接供電。因此,路由器、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要通過(guò)外置336V/48V直流電源框的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)336V直流供電,如圖6所示。

未來(lái),隨著路由器、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供電架構(gòu)的演進(jìn),也會(huì)出現(xiàn)內(nèi)置336V直流電源模塊的供電架構(gòu),直接支持336V直流供電。

5 ICT設(shè)備336V直流供電方案

根據(jù)服務(wù)器輸入電壓類(lèi)型的不同,ICT設(shè)備采用336V直流供電方案主要有以下兩種:

方案一:選用輸入電壓為12V的直流ICT設(shè)備,通過(guò)在ICT設(shè)備機(jī)架內(nèi)配置336V/12V嵌入式電源,集中為12V直流ICT設(shè)備供電。其供電結(jié)構(gòu)圖如圖7所示。

12V直流服務(wù)器應(yīng)用已非常成熟,目前中國(guó)移動(dòng)、阿里巴巴、谷歌、FACEBOOK等數(shù)據(jù)中心均有12V直流服務(wù)器的應(yīng)用案例。

方案二:選用輸入電壓為336V的直流服務(wù)器,直接采用336V直流電源供電,其供電結(jié)構(gòu)圖如圖8所示。

采用方案二時(shí),部分網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(如路由器、防火墻等)需選擇48V直流供電設(shè)備,通過(guò)在機(jī)架內(nèi)配置336V/48V直流電源的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)336V直流供電。目前中國(guó)移動(dòng)呼、哈數(shù)據(jù)基地和廣東移動(dòng)三水?dāng)?shù)據(jù)中心ICT設(shè)備供電選擇了此方案。

6 ICT設(shè)備電源輸入接口裝置的選擇

336V直流供電與普通交流供電接口裝置的耐壓等級(jí)、滅弧等技術(shù)要求不同,因此不能直接將交流供電接口裝置用于336V直流供電系統(tǒng)中。

336V直流供電的ICT設(shè)備電源輸入接口裝置可采用接線端子或400V直流專(zhuān)用插頭/插座兩種方式,如圖9所示。

采用接線端子方式時(shí),端子上應(yīng)當(dāng)有標(biāo)記標(biāo)明極性,標(biāo)記不得標(biāo)在螺釘上或在接線時(shí)可能要拆除的其他零部件上。

采用400V直流專(zhuān)用插頭/插座方式時(shí),插頭/插座應(yīng)具備以下功能:

①插頭上應(yīng)當(dāng)有標(biāo)記標(biāo)明極性,插頭/插座的設(shè)計(jì)應(yīng)能防止反極性插入;

②插頭/插座應(yīng)具有滅弧功能,避免熱插拔時(shí)電弧外泄產(chǎn)生危害;

③插頭/插座之間應(yīng)具有鎖定裝置,防止松動(dòng)脫落和帶電插拔。

ICT設(shè)備電源輸入接口裝置具體技術(shù)參數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足《基于240V/336V直流供電的通信設(shè)備電源輸入接口技術(shù)要求與試驗(yàn)方法》(YD/T2656-2013)相關(guān)要求。

ICT設(shè)備機(jī)架內(nèi)配電單元(PDU)選擇斷路器類(lèi)型,在機(jī)架后面兩側(cè)分別安裝1條PDU,每臺(tái)ICT設(shè)備輸入(A、B路)分別對(duì)應(yīng)1路斷路器開(kāi)關(guān),輸入電纜與斷路器直接固定連接。圖10為ICT設(shè)備機(jī)架內(nèi)PDU示意圖

　　7 336V直流電源與市電如何實(shí)現(xiàn)混供?

為了進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)效率,降低數(shù)據(jù)中心PUE值,中國(guó)移動(dòng)設(shè)計(jì)院2013年在《中國(guó)移動(dòng)通信電源發(fā)展規(guī)劃研究》中首次提出了數(shù)據(jù)中心基于336V直流供電的交直流混合供電技術(shù)方案;2014年與相關(guān)電源廠家共同完成了技術(shù)論證、產(chǎn)品研發(fā)測(cè)試。混合供電系統(tǒng)可以通過(guò)設(shè)置交、直流模塊輸出功率比例來(lái)提升系統(tǒng)效率,系統(tǒng)效率比全直流供電提高2%～4%。

根據(jù)現(xiàn)有電源技術(shù)發(fā)展,結(jié)合技術(shù)研究情況,市電直供技術(shù)可以分為兩種方案實(shí)施:336V直流ICT設(shè)備交直流混供方案和12V直流ICT設(shè)備交直流混供方案。

(1) 336V直流ICT設(shè)備交直流混供方案ICT設(shè)備內(nèi)置電源模塊(PSU)按“1+1”配置,其中1個(gè)配置220VAC/12VDC模塊,采用220V交流市電電源供電。另外1個(gè)配置336V DC/12VDC模塊,采用336V直流電源供電。兩個(gè)模塊互為主備,在12V直流輸出端并聯(lián)給ICT設(shè)備供電,供電架構(gòu)示意圖如圖11所示:

ICT設(shè)備通過(guò)對(duì)兩個(gè)PSU的管理,可以實(shí)現(xiàn)市電直供回路100%供電,336V直流供電回路備份使用,市電側(cè)供電效率達(dá)98%,直流側(cè)供電效率達(dá)到94%。

(2)12V直流ICT設(shè)備交直流混供技術(shù)方案

在ICT設(shè)備機(jī)架內(nèi)配置1套12V直流輸出嵌入式電源,通過(guò)機(jī)柜后側(cè)12V配電母排為直流12V直流ICT設(shè)備供電。

嵌入式電源主要由轉(zhuǎn)換模塊、監(jiān)控模塊和輸入、輸出接口組成,轉(zhuǎn)換模塊按“N+N”配置,其中N個(gè)轉(zhuǎn)換模塊為220VAC/12VDC模塊,采用220V交流市電電源供電,另外N個(gè)轉(zhuǎn)換模塊為336VDC/12VDC模塊,采用336V直流電源供電。供電架構(gòu)示意圖如圖12所示。

監(jiān)控模塊可以調(diào)整220VAC/12VDC模塊和336VDC/12VDC模塊的輸出功率比例,使系統(tǒng)運(yùn)行效率達(dá)到最佳。

8 336V直流供電系統(tǒng)如何配置?

(1) 336V直流供電系統(tǒng)組成與配置336V直流供電系統(tǒng)主要由交流配電柜(單元)、整流柜(單元)、直流配電柜(單元)以及蓄電池組組成,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖13所示。

　　336V直流供電系統(tǒng)主要配置要求如下:

① 交流輸入兩路市電,配置手動(dòng)(或自動(dòng))切換裝置;

②整流模塊容量選擇10kW及以上,整流模塊數(shù)量按N+1冗余配置,單系統(tǒng)容量不超過(guò)400kW;

③電池開(kāi)關(guān)選擇雙極直流熔斷器組合開(kāi)關(guān)或者雙極直流塑殼斷路器,輸出開(kāi)關(guān)選擇雙極直流塑殼斷路器,系統(tǒng)中的總母排和輸出分路應(yīng)配置絕緣監(jiān)察功能;

④列頭柜中的輸入開(kāi)關(guān)選擇雙極直流塑殼斷路器,輸出開(kāi)關(guān)選擇雙極直流微型斷路器,絕緣監(jiān)察功能根據(jù)實(shí)際情況選配。

(2) 336V直流供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的選擇

結(jié)合通信行業(yè)48V直流系統(tǒng)應(yīng)用的現(xiàn)狀以及ICT設(shè)備對(duì)供電可靠性的要求,336V直流供電系統(tǒng)選擇單系統(tǒng)雙回路供電結(jié)構(gòu)。

單系統(tǒng)雙回路供電結(jié)構(gòu)是指由1套336V直流電源系統(tǒng)輸出2個(gè)回路為ICT設(shè)備A、B路供電,供電結(jié)構(gòu)如圖14所示。

336V直流供電單系統(tǒng)雙回路供電結(jié)構(gòu)與48V直流供電系統(tǒng)相同,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可用性高達(dá)10個(gè)9,比傳統(tǒng)2N雙總線UPS交流供電系統(tǒng)可用性高出3個(gè)9(2N雙總線UPS交流供電系統(tǒng)一般為7個(gè)9)。

(3) 336V直流供電方式的選擇

根據(jù)電源設(shè)備安裝位置和設(shè)備選型,336V直流供電方式可分為兩種:集中供電方式和全分散供電方式。

集中供電方式是指通信機(jī)樓的每一層均設(shè)置電力電池室,集中安裝若干套中、大容量電源和蓄電池組,通過(guò)電纜將電能輸送到ICT設(shè)備機(jī)房?jī)?nèi)的列頭柜為ICT設(shè)備供電,設(shè)備布置示意如圖15所示。

全分散供電方式是指將336V直流供電系統(tǒng)(包括電池)分散安裝在ICT設(shè)備機(jī)房?jī)?nèi)用電設(shè)備的列頭,就近為ICT設(shè)備供電,設(shè)備布置示意如圖16所示。

　　集中供電方式和全分散供電方式技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比情況如表1所示:

通過(guò)表1可以看出,兩種供電方式各有優(yōu)缺點(diǎn),在現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心中均有應(yīng)用,具體選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)ICT設(shè)備近遠(yuǎn)期裝機(jī)情況確定。

當(dāng)近期ICT設(shè)備裝機(jī)率大于60%時(shí),選擇集中供電方式;當(dāng)近期ICT設(shè)備裝機(jī)率小于60%或近遠(yuǎn)期無(wú)法確定ICT設(shè)備裝機(jī)時(shí),選擇全分散供電方式,實(shí)現(xiàn)邊成長(zhǎng)邊投資的建設(shè)模式、提高電源系統(tǒng)運(yùn)行效率。

9 336V直流供電技術(shù)應(yīng)用案例

近幾年來(lái),中國(guó)移動(dòng)一直在積極研究、推廣336V直流供電技術(shù)的應(yīng)用和技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展,成為了國(guó)際上第一個(gè)規(guī)模應(yīng)用336V直流供電技術(shù)的運(yùn)營(yíng)商,為建設(shè)高可靠性、高維護(hù)性、高效節(jié)能的數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)做出了貢獻(xiàn)。

(1) 研究、測(cè)試情況

①2008年,中國(guó)移動(dòng)設(shè)計(jì)院提出336V直流供電系統(tǒng)替代傳統(tǒng)UPS的技術(shù)方向;

②2009年3月,中國(guó)移動(dòng)集團(tuán)公司336V直流供電技術(shù)試點(diǎn)研究項(xiàng)目立項(xiàng);

③2009年9月～2011年12月,在深圳進(jìn)行336V直流供電技術(shù)應(yīng)用試點(diǎn)測(cè)試;

④2012年10月,中國(guó)移動(dòng)發(fā)布336V直流供電技術(shù)相關(guān)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

⑤2013年,中國(guó)移動(dòng)設(shè)計(jì)院提出數(shù)據(jù)中心基于336V直流供電的交直流混合供電技術(shù)方案,并與相關(guān)電源廠家完成了產(chǎn)品研發(fā)與測(cè)試驗(yàn)證等工作。

(2) 應(yīng)用情況

①2012年,新型數(shù)據(jù)中心哈爾濱試點(diǎn)工程中進(jìn)行了首次落地應(yīng)用(100kW×4套);

②2013年,廣東移動(dòng)在三水?dāng)?shù)據(jù)中心進(jìn)行了規(guī)模應(yīng)用(300kW×12套);

③2014年,中國(guó)移動(dòng)呼、哈數(shù)據(jù)中心全面推廣應(yīng)用(360kW×174套);

④2014年11月,中國(guó)移動(dòng)發(fā)布的《中國(guó)移動(dòng)數(shù)據(jù)中心機(jī)電配套工程建設(shè)指導(dǎo)意見(jiàn)》中明確:自用機(jī)房應(yīng)積極推廣應(yīng)用336V直流供電技術(shù),目前全國(guó)各省在建的30多個(gè)數(shù)據(jù)中心中均規(guī)劃應(yīng)用了336V直流供電技術(shù)。

10 336V直流供電技術(shù)的應(yīng)用前景

336V直流供電系統(tǒng)的效率和可靠性均要大大高于傳統(tǒng)UPS交流供電系統(tǒng),這一點(diǎn)已經(jīng)得到了業(yè)內(nèi)人士的公認(rèn),336V直流供電技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景。

根據(jù)2015年11月中國(guó)數(shù)據(jù)中心工作組和中國(guó)電源工業(yè)協(xié)會(huì)主辦的模塊化UPS技術(shù)研討會(huì)上關(guān)于“未來(lái)10年,數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)”的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況,有62%的專(zhuān)家(300多位行業(yè)用戶(hù)、專(zhuān)家和學(xué)者)認(rèn)為高壓直流供電是未來(lái)數(shù)據(jù)中心主要的供電技術(shù),見(jiàn)圖17。

這幾年來(lái),336V直流供電技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的推廣應(yīng)用相對(duì)緩慢,其主要原因是ICT設(shè)備廠家的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)力度不夠(雖然從技術(shù)角度來(lái)看,ICT設(shè)備采用336V直流供電沒(méi)有任何問(wèn)題,但I(xiàn)CT設(shè)備廠家沒(méi)看到客戶(hù)的明確需求)。為了解決這個(gè)問(wèn)題,中國(guó)移動(dòng)2016年定制化服務(wù)器集采中明確要求服務(wù)器設(shè)備支持336V直流供電(目前已在中國(guó)移動(dòng)呼、哈數(shù)據(jù)中心私有云資源池項(xiàng)目中部署約6000臺(tái)336V直流供電服務(wù)器),全面推廣336V直流供電技術(shù)在數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用。

另外,中國(guó)移動(dòng)設(shè)計(jì)院在2016年開(kāi)展了市電/336V直流混合供電技術(shù)應(yīng)用試點(diǎn),積極推動(dòng)市電/336V直流混合供電技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用,全面提高數(shù)據(jù)中心供電效率。

在傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面,已廣泛應(yīng)用100G的PTN、OTN等傳輸設(shè)備,將來(lái)還會(huì)出現(xiàn)200G、400G的傳輸設(shè)備。與傳統(tǒng)傳輸設(shè)備相比,設(shè)備功耗由原來(lái)的2～3kW/機(jī)柜增加為15～20kW/機(jī)柜,現(xiàn)有的-48V直流供電面臨容量受限、電纜損耗大等問(wèn)題。我們正積極研究傳輸設(shè)備采用336V直流供電,引導(dǎo)傳輸設(shè)備廠家研發(fā)400V直流供電的傳輸設(shè)備,直接采用336V直流系統(tǒng)供電。

隨著ICT設(shè)備廠家的支持力度加大,以及數(shù)據(jù)中心機(jī)房規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)和維護(hù)人員觀念的革新,我們相信數(shù)據(jù)中心ICT設(shè)備供電電壓等級(jí)將逐步規(guī)范化、合理化,將來(lái)數(shù)據(jù)中心ICT設(shè)備主要以220V交流市電和336V直流供電為主。