数据中心HVDC与UPS电源系统对比探讨
数据中心HVDC对比UPS的优势分析杜学良
数据中心HVDC对比UPS的优势分析杜学良发布时间：2021-10-07T02:25:04.924Z 来源：《基层建设》2021年第18期作者：杜学良[导读] 本文通过对数据中心UPS(Uninterrupted Power Supply，不间断电源)和HVDC（High-voltage Direct Current，高压直流）两种供电系统的介绍和分析杭州杭钢云计算数据中心有限公司杭州 310022摘要：本文通过对数据中心UPS(Uninterrupted Power Supply，不间断电源)和HVDC（High-voltage Direct Current，高压直流）两种供电系统的介绍和分析，详细阐述了各系统的优缺点，经过对供电结构、性能、效益以及可靠性等方面的对比分析，得出HVDC在大型或特大型数据中心运行成本更低，安全性能更好，拥有更加广阔的前景的结论。
关键词：HVDC，UPS，安全，效率，前景一、现状近几年，数据中心需求增长迅速，随着5G、物联网以及人工智能等信息技术逐渐应用于社会各行业领域，流媒体、电商、视频会议、远程办公等需求快速提升，加上这两年疫情防控加速数字化进程，政府和企事业单位大量使用科技防疫、远程办公、远程教育、电商生活等措施，培育了大量新客户的数据需求，带动我国IDC行业客户需求规模量级大幅增加。
数据产业快速发展，尤其是近几年，呈井喷形式，如何建设更加节能，高效，安全的数据中心成为我们必须面对并亟待解决的问题。
现在以传统UPS为机房服务器提供电源仍然占据市场的主流，但是HVDC已经在行业内得到越来越多的重视，一些物联网厂商成了第一批吃螃蟹的人，他们率先推广HVDC模式，在行业内引起很好地反响。
浙江云计算数据中心作为省重点项目，总投资158亿元，由杭钢集团与阿里巴巴共同投资建设，采用阿里巴巴最新的设计、建设、运营标准体系，可运行20万台服务器，将建设成为未来国内最节能的数据中心和全国单元区计算能力最大的项目之一，此次采用HVDC供电模式，也是对先进技术的一次积极地探索。
再论高压直流(HVDC )在数据机房的应用
再论高压直流（HVDC ）在数据机房的应用摘要：数据中心首先应用在军事之上，随着社会科技不断发展、进步，逐渐在各个行业中使用，随着人们对数据的飞速增加的需求量，促进了通信行业在数据中心机房的建设压力，但庞大的数据市场，不可预估的数据增长趋势，也极大地刺激了通信行业、互联网行业在数据中心机房投入建设的决心，并付诸行动。
而在数据中心机房的配电系统的建设中，从最初的简单的机械化的UPS 到安全系数高的系统，再逐步发展到高压直流配电系统，仅仅几十年。
传统的UPS 电源，存在初始投资大，后期利用率低、可靠性差、运行能效低和维护困难等明显缺点。
因此，作为UPS 的替代产品—高压直流电源（HVDC）便应运而生，而且越来越受到电源、通信等行业的重视。
关键词：数据机房；UPS供电系统；高压直流供电系统；引言：在本文，从UPS配电系统产生、原理及使用与高压直流配电系统分开叙述，剖析高压直流电源与UPS 电源对比和数据中心配电不同，完全地论述高压直流的应用前景，为进入该行业或有兴趣的读者提供参考。
1、传统的UPS供电系统1.1、传统UPS供电发展不间断电源是随着电子计算机的发展而发展的，由最初纯机械机构逐渐改变成为科技含量高且电子集成的电气设备，不间断电源的历史至今也不过几十年的历史。
在不间断电源（UPS）发展经历了四代：第一代UPS电源—动态UPS：利用机械惯性储能以及电动机、发电机的能量传输机制以提供短时间的不间断供电，这种早期产品体积庞大、造价昂贵、噪声巨大，犹如一个小型电厂。
第二代UPS电源—工频UPS电源机。
工频UPS电源机目前常用于功率较大、用电环境较差的场合。
第三代UPS电源—高频UPS电源机。
高频机的出现进一步提升了功率密度，体积减小了50%，从功能模块上提升了维护性，缩短了MTTR时间，可在数小时内完成修复。
第四代UPS电源—模块化高频UPS电源。
高频机技术的发展为UPS的模块化架构提供了技术可能，结合类似通信电源的模块冗余技术的供电架构，模块化的高频UPS得以实现。
浅谈 数据中心 . 高压直流
浅谈数据中心 . 高压直流作者: @KPang 支付宝- 网络架构师编辑: @陈怀临, 弯曲评论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。
HVDC和UPS供电系统在通信行业中的应用与分析
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２ １ 年 ５月 ２ ０１ ５日第 ２ ８卷第 ３ 期
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文 号： ０ ３ ４ ０１ ３ ０１４ 章编 １ ９ ６ （ １） — ７ ０ ０ — ６ ２ ０ ０ —
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图 １ Ｕ Ｓ供 电 系统 图 Ｐ
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图 ２ Ｕ Ｓ备 用能 源 可 靠 性 模 型 Ｐ
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余 Ｕ Ｓ系统负荷率＜３ 。Ｕ Ｓ输出三相不平衡 ， Ｐ ５ Ｐ 直接 导致 Ｕ Ｓ降容使用 ， Ｐ 存在单机利用率低的缺点 。 ＵＰ Ｓ输 入配 电 除主路外 ， 它 输 入 配 电处 于空 载 其 待用 ， 使用效 率很 低 ， 房前期 建设 投入 大和 负荷规 划 机 浪费 ， 而且后 期 系统扩 容难度 大 。 ＵＰ Ｓ带来供 电系统谐 波分 量 增加 ， 致 变压 器 利 导 用 率 下降 、 油发 电机 支撑 能力 削弱 ， 响到 整个供 电 柴 影
数据中心HVDC与UPS电源系统对比分析
Telecom Power Technology电源与节能技术HVDC与UPS电源系统对比分析董伟宏（联通（广东）产业互联网有限公司，广东当前，国内电信网络的运行速度较快，通信机房的建立数量持续增加，各类通信技术的应用越来越广泛。
其中，通信电源是保持通信运行质量的重要组成部分，相应获得了技术更新。
电源系统作为数据中心项目较为关键的技术，能够维持通信设施的运行秩序，防止出现信息交流问题。
目前，数据中心的供电选择以高压直流输电（High Voltage Direct Current，HVDC）和不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）技术为主。
以数据中心为研究侧种电源的运行理念，对比了2个电源系统的运行情况，探索了高压直流输电（HVDC）；不间断电源（UPS）；供电系统Comparative Analysis of HVDC and UPS Power Supply System in Data CenterDONG Weihong(Unicom (Guangdong) industry Internet Co., Ltd., Foshanspeed of domestic telecommunicationsto increase. The application 2023年7月10日第40卷第13期· 119 ·Telecom Power TechnologyJul. 10, 2023, Vol.40 No.13董伟宏：数据中心HVDC 与 UPS 电源系统对比分析交流电，确保通信设备平稳运行。
经过对比可以发现：UPS 供电效率比HVDC 电源系统低，更适用于复杂电路的供电设计。
在数据中心项目中引入UPS 供电技术后，共经历了3个技术更新过程，分别是工频供电、塔式供电以及单元式高频持续供电。
相应的UPS 系统容量也有3个更新过程：工频阶段，100 kVA ；塔式阶段，600 kVA ；单元式阶段，1 MVA 。
HVDC效率真的高于UPS？
0 引言工业和信息化部､国家机关事务管理局､国家能源局2019年发布了关于加强绿色数据中心建设的指导意见《工信部联节〔2019〕24号》，要求到2022年，数据中心平均能耗基本达到国际先进水平，新建大型､超大型数据中心的电能使用效率值达到1.4以下。
《北京市新增产业的禁止和限制目录(2018年版)》要求,PUE值在1.4以下;上海要求存量改造数据中心PUE不高于1.4,新建数据中心PUE限制在1.3以下;深圳实施减量替代，“以高(能效)代低､以大(规模)代小､以新(技术)代旧”，PUE1.4以上的数据中心不享有支持，PUE低于1.25的数据中心可享受新增能源消费量40%以上的支持。
从政策层面看，数据中心节能设计和运行已刻不容缓，而从运维角度看，电费支出也占到了数据中心整体运维费用的一半，节能需求对于企业来说非常必要。
在数据中心节能研究上，各种新技术纷纷涌现，其中高压直流(HVDC)技术最为受人关注，相比传统UPS系统方案，其节能效果据测算可以提高8%，因此，本文试着从产品原理及系统组成加以分析，探讨其节能效果。
1 HVDC的拓扑演绎传统的UPS(拓扑图参见图1)是由整流器进行AC/DC整流､电池组挂在中间､逆变器进行DC/AC转换三个环节来完成整个供电过程。
相对而言，HVDC常见的拓扑图(参见图2)变得简单，据生产商宣传，HVDC减少一个DC/AC转换后，可靠性提高的同时，也使得电能利用效率大大提高。
以下便从两种设备的基础电路加以分析。
无论高频UPS还是HVDC，其前级都是IGBT整流器(此处忽略工频UPS采用的SCR整流)，常见的整流电路为Boost电路(图3)，整流方式是升压整流，经过AC/DC转换后，直流母线电压为800V。
我国现行两大通信用HVDC电压标准分别是336V和240V，显而易见，800V是不能直接提供给负载使用的，必然需要经过DC/DC转换为更低的直流电压。
从电力电子学角度看，DC/DC转换是将一个直流电压转换成另一个直流电压的过程，也称为直流斩波，其工作原理是先将直流电逆变(升压或降压)成交流电，然后再整流变换成另一种直流电压。
数据中心高压直流与传统ups供电系统技术
绿色环保建材D〇l:10.16767/ki.10-1213/tu.2019.10.163数据中心高压直流与传统UPS供电系统技术郑团磊福建省邮电规划设计院有限公司摘要：随着经济的快速发展，我们国家的信息数据也得到了快速的发展，近些年来，数据中心的营业规模在不断地扩大，这就给供电技术提出了挑战，所以供电问题也越来越受到人们的关注，引起人们的广泛争论：因此本文将介绍数据中心高压直流与传统的UPS供电技术及基本原理，并且还总结归纳了高压直流系统的性能极其特点，通过各个方面进行探讨，为今后的技术应用提供一个借鉴。
关键词：数据中心；高压直流系统;应用1高压直流罕统介仝召高压直统主要是由电池组，交流配电屏，以及直流配电 屏几个方面组成。
在供电系统正常的情况下，高压直流的电流 模块会将高压电转化成为高压直流电，之后，在由直流的配电屏 传至各个显示器，在流通到各个供电的设备当中。
当供电系统 出现故障时，整个供电线路就会出现瘫痪的状况,这是就会由蓄 电池组来进行放电保持电路能够继续的运行在这项供电系统当中，在监控部分要会广利能够控制好这 个系统,要通过一些具体的信号来进行调整，并且在显示屏当中 还有一些人机的操作功能，这就需要系统维护的人员通过具体 的操作来维护好整个供电系统。
2高压直流系统的性能以及特点2.1降低运行成本，大幅提高效率高压直流系统技术与传统的UPS技术进行比较，高压支流 技术大幅度地减少了中间的环节,这样就能够大幅度地减少了 能源的损耗，会使工作的效率大幅度的提高，而且这项技术在操 作过程中，操作技术并不困难，还能够并联大量的模块，这也就 提高了其他模块的利用率。
并且,高压直流电的系统不存在静 态的旁路开关，以及一些具体的处理器，这就使主机上的器件减 少，使主机的性能大幅度的提高,降低了运行的成本。
2.2降低能耗当前我们使用的UPS主机主要为在线的双变换型，当负载 率逐渐地提高时，这一开关的转换效率就会和电源的开关达到 相似的效果，但是在具体的应用以及再操作羿中，往往会受到一 些波动，再通常情况下,UPS的单机设计的最大的负载率为百分 之三十到百分之四十，但随着后端设备的影响，系统通常到达中 期以及后期才会达到相应的负载率，如果长期再负载率极低的 情况下运行，那么转换效率就会达到百分之八十,还可能会达到 更低的水平。
HVDC和OUPS供电系统在通信行业中的应用与分析
器 利 用 率 下 降 、柴油 发 电机 支撑 能 力 削 弱 ，影 响 到整 个供 电系统 的安 全性 、利用率 。
并联 ＵＰ 之 问 不可 能消 除 的环 流 问题 ，增 加 Ｓ
１ Ｐ 供 电系统和－８ ｄ 系统存在 的缺 陷 Ｕ Ｓ ４Ｖ ｃ
１ Ｐ 供电结构逆变器可靠性低 ）Ｕ Ｓ
技 术 应用 ・ 应用案例
Ｈ Ｄ ￣Ｕ Ｓ 电系统 在通信 行业 中 Ｖ Ｃ ＯＰ 供
的应 用 与分析
孙 育 河
（ 中国联 合 网络通信有 限公 司合肥 市分公 司，安徽 合肥 ２ ０ ０） ５００
摘 要 ： 文通 过 对 传 统ｕｓｕｉｅｒｐｊｅ ｏ ｅ ｕｐ ，不 间 断 电源） 电模 式与Ｈ Ｄ （ｉ — ０ａｅ ｉｃ 本 Ｐ（ｎｔｒｕｔＩ ｗｒ ｐｌ ｎ ｂ Ｐ Ｓ ｙ 供 Ｖ ｃｈ ｈ ＶＩ ｇ ｄｅｔ ｇ ｔ ｒ
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靠性 、低运 营成 本等优 势逐 步成 为运 营 商机房 一种 新 的供 电模 式 。
关键 词 ：Ｐ ；ＨＤ ；供 电系统 ；高可 靠性 ；节能 ＵＳ ＶＣ
众 所 周 知 ，ＤＣ／ 是 ＵＰ ＡＣ Ｓ中成 本 最 高 、 可 靠 性 最 低 的环 节 。根 据 当前 设 备 可 靠 性 水 平 ， 电 池 的 可靠 性Ｒ ０ ９ ，而 ＵＰ 中ＤＣ／ ＝ ．９ Ｓ ＡＣ的可 靠 性 Ｒ Ｏ ９ ，静 态 开 关Ｓ Ｓ ＝ ．０ Ｔ 的可 靠 性Ｒ。 ．９ ＝０ ９ ，根 据 图 １ 示 的供 电系 统 图 ，推导 出 图２ 示 的 ＵＰ 备 所 所 Ｓ 用能 源 可靠 性 模 型 ，由 图２ 可计 算 出ＵＰ 备 用 能源 Ｓ 供 电可靠 性 ：
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数据中心HVDC与UPS电源系统对比探讨近年来，随着云计算、大数据和物联网等技术的高速发展，数据中心的需求日益增加。
数据中心的稳定供电是其正常运转的关键，而HVDC（高压直流）和UPS（不间断电源）电源系统是目前比较常见的供电解决方案。
本文将对这两种电源系统进行对比探讨，以帮助读者更好地了解它们的特点和优缺点。
一、 HVDC电源系统
HVDC电源系统是利用高压直流技术来进行电能传输和供电的解决方案。
它由HVDC变流器站、输电线路和HVDC变电站三部分组成。
HVDC系统的特点如下：
1. 高效性：相比传统的交流电输送方式，HVDC电源系统的能效更高。
在长距离输电过程中，HVDC系统的电能损耗更少，能够提供更稳定的供电。
2. 长距离输电：HVDC系统能够有效地进行长距离的电能输送，特别适用于跨国、跨境的电力传输。
3. 可靠性：HVDC系统采用双回路设计，一旦发生故障，系统可以自动切换到备用回路，确保持续供电。
二、 UPS电源系统
UPS电源系统是一种为了保障持续供电而设计的电源系统，它可以在停电或供电过程中提供电力支持。
UPS系统主要包括蓄电池组、逆变器和电池充电器等组成部分。
UPS系统的特点如下：
1. 快速切换：UPS系统能够在电网停电或者电压异常时迅速切换到备用电源，确保数据中心的连续供电。
这种自动切换的速度通常可以在几毫秒内完成，对于对供电中断容忍度低的应用十分重要。
2. 稳定性：UPS系统能够提供稳定的电流，并且具备无功功率的调整能力，保证数据中心设备的正常运转。
它能够过滤电压波动、电流噪声等问题，提供干净的电能。
3. 可扩展性：UPS系统的容量可以根据实际需求进行扩展。
对于不断增长的数据中心需求，UPS系统能够灵活满足电力供应的要求。
三、 HVDC与UPS的比较
HVDC电源系统和UPS电源系统在保障数据中心供电方面具有一定的差异。
下面将对这两种电源系统进行一些比较：
1. 成本：从成本角度来看，UPS电源系统的初期投资相对较低，但长期运营成本较高。
而HVDC电源系统的初期投资较高，但长期运营成本较低。
2. 能效：HVDC电源系统在长距离输电方面能效更高；而UPS电源系统则在数据中心需要快速切换以保障连续供电方面表现更为出色。
3. 稳定性：UPS电源系统在提供稳定电压方面有优势，而HVDC电源系统则在长距离输电和大容量供电方面表现更为可靠。
4. 可扩展性：UPS电源系统的容量可根据需要进行灵活扩展，而HVDC电源系统则需要在初期规划中考虑到未来可能的需求，在建设时进行相应设计。
五、结论
综上所述，HVDC电源系统和UPS电源系统各具优势，在不同的应用场景下有不同的适用性。
对于长距离输电和大容量供电需求较高的数据中心，HVDC电源系统是更好的选择，可提供更高的能效和稳定性；而对于需要连续供电和快速切换的关键应用，UPS电源系统则更加适合，能够确保数据中心的正常运行。
在实际应用中，根据具体的数据中心需求和经济可行性，可以选择合适的电源系统来满足需求。
总之，HVDC电源系统和UPS电源系统在数据中心供电方面各具优缺点。
正确选择合适的电源系统对于数据中心的稳定运行至关重要，需要综合考虑供电需求、经济成本和可靠性等因素，以制定出最佳的供电方案。
随着技术的进步和创新，未来的数据中心供电系统也会不断演化，为数据中心提供更加可靠和高效的供电解决方案。