高压直流供电在数据中心的作用及影响
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。
5、高压直流(HVDC)供电系统的发展和应用(国内)-精选文档
➢ 经测试，目前大部分服务器可直接输入高于296.2V的高压直流电， 但仍有小部分服务器不能直接输入高压直流；
➢ 由于IDC机房的服务器为各客户的托管设备，无法强制性规定服务器 输入电源的电压标准；
➢ 建议参照IDC机房等级评定办法，调整IDC机房的商业运营模式，对
高压直流供电的机房进行等级划分与倾斜，为推进高压直流的技术
d. 近年来，IDC数据中心机房业务发展迅猛，服务器托管需 求激增，而且由于IDC设备电路集成度的增加，其单位功 率密度较常规通信设备的高出很多，甚至高出普通通信 机房的8~10倍；
e. 目前，IDC机房进行供电的主要是交流UPS电源和低压48V直流电源，其中交流UPS电源是主要的供电系统。与 之相比，高压直流供电系统具有扩容方便、可靠性高、 效率高等突出特点，特别对不断增加的高功耗负载，高 压直流供电系统将是一个有发展前途的电源系统结构。
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3、高压直流供电的组成
AC200V
DC270V
DC270V
日本NTT公司的由交流200V整流变换为直流270V的系统
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4、高压直流供电方案的发展的特点及优势
4.1、可靠性：高压直流可靠性远高于目前UPS； 4.2、效率和节能：n+1的UPS系统考虑谐波的综合因素其负载率不
发展奠定基础；
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二、国内高压直流供电的准规范解析
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1、准规范的起草背景：
1.1、2009年，工业和信息化部电信研究院、中国电信集团联合国内知名 的通信电源厂商的国内知名专家起草了《通信用240V直流供电系统 技术要求》的征求意见规范稿；
1.2、该技术报告由中国通信标准化协会提出并归口； 1.3、该技术报告参与起草单位：中达电通股份有限公司、广州珠江电信
高压直流电源系统-解决方案
按照丝印接线即可。柜体内有接地铜排，安装时需要良好接地。交流配电柜内若需要单 相开关时，请按三相四线制的接法引入中线。可参考高压直流系统操作手册等。
CPHV-400-200A-S 一体化系统标准配置：
名 称型
号
1 交流配电 S4-250A
2 直流开关模 DCB40A 块
3 配电监控模 CPHV-MC400A 块
4 系统监控模 CPHV-MS400A 块
5 整流模块 CPHV-400-25A
6 电池组接入 S3-250A 空开
说
明
四极交流空开+40KA 防
的冲击； IP21
木箱包装
单个整流柜 负载 50%以上
+20% -20%
回缩点,判断输出电 压
50％负责以上 10mA,1min 无闪落
对地 带软启动 LED 10 段，+3 LED
(YD/T 983-1998)A 级 储藏：-40℃～70℃ 储藏：95%（40±2℃）
以上时降额使用 模块（MM）
承受频率为 10～55H z、振幅为 0.35mm 的
285±5V
≤30A
≥95 %
0.2%
≤3 % 2000VAC/50Hz
10 无 LED 显示输出直流电 流
≤±10%
CAN2.0A EN55022 CLASS A
-20℃～45℃ ≤90%（40±2℃）
1500M
544X88X430
高压直流电源(HVDC)的应用
哪些场合可以使用HVDC？
凡是计算机系统使用LCD显示器的地方都可以使 用HVDC
目前通信机房中交换机使用的是-48V系统，服务 器使用的是UPS
电厂或变电站中，V电源； 计算机系统使用的是UPS
银行、保险、证券公司中通信使用的是 -48V 通信电源，计算机服务器使用的是UPS。证券公 司的大显示屏使用的是24VDC，这个电源也来之 于UPS，同样可以由HVDC直接供电！
UPS的出现，是由于一些重要设备，如航天 控制、医疗仪器、金融系统、计算机、数据 管理系统等，不能断电而产生的。她的诞生， 为信息革命产生了十分重大的影响。也是电 力电子领域划时代的技术突破！
UPS（Uninterrupted Power Supply )工作原理
AC输入 输入 滤波
工频 整流
障，负载仍然停电；而HVDC的电池在输出 端，即使HVDC本身出故障，电池仍然可以 给负载供电，保障不间断供电，所以HVDC 也成为直流不间断电源；
与HVDC相比UPS系统存在的问题
UPS系统并机是交流并联，需要同频、同 相、同电位，并机复杂控制难度大，并机 失败率高，而且，一旦并机失败后会导致 系统瘫痪！ HVDC，并机是直流并联，只有同电位的 问题，控制非常的简单，而且并机失败也 没有严重问题，最多就是“贫富不均” （不均流）！
银行、保险、证券公司的UPS略小于通信行业估 计20亿左右，而且以中小型机为主。主流厂家有 APC、伊顿、艾默生、中达
变电站(以220KV以上站为主）、电厂以中大型 UPS为主，估计市场容量10亿左右。主流厂家有 ABB、西门子、梅兰日兰、伊顿（主要是爱克赛）
与HVDC相比UPS系统存在的问题
UPS系统并联数量上受到限制，一般最多6台并 机，HVDC并机理论上可以做到“无穷大”，一 般可以做到40台并联。
数据中心高压配电系统
高压配电系统1.系统定义及组成高压交流供电系统由高压供电线路、高压配电设备及降压电力变压器(又称配电变压器)组成。
重要的通信局、长途通信枢纽大楼为获得高质量的稳定市电，满足供电规范的要求(变压器超过600kVA)，通常都从两个不同的变电站引入两路高压，其运行方式为用一、备一，并且要求两路电源开关(或母联开关)之间加装机械连锁或电气连锁装置，以避免误操作或误并联。
为控制两路高压电源，常采用成套高压开关柜。
可根据进线方案、电路容量、变压器台数和保护方式，选用合适的一次线路方案及高压开关柜组成高压供电系统。
较小容量的变电站(所)如果只有一路高压引入，为节省成本，也可以不用成套高压开关柜，采用熔断器、负荷开关等高压电器进行简单控制后直接引入变压器。
2.高压配电方式高压配电方式，是指从区域变电所将10kV高压送至企业变电站(所)及高压用电设备的接线方式。
高压配电网的基本接线方式有三种——放射式、树干式及环状式。
2.1.放射式配电方式放射式配电就是从区域变电所的10kV母线上引出一路专线，直接接至通信局(站)的变电站(所)的配电方式。
沿线不接其他负荷，各用户变电站(所)之间无联系，如图1所示。
放射式配电方式线路敷设简单，维护方便，供电可靠，不受其他用户干扰，但投资较大，适用于一级负荷。
图1 放射式配电方式2.2.树干式配电方式树干式配电方式是指由区域变电所引出的各路10kV高压干线沿市区街道敷设，各中小企业变电所都从干线上直接引入分支线供电，如图2所示。
这种高压配电方式的优点，是区域变电所10kV的高压配电装置数量减少，投资相应可以减少；缺点是供电可靠性差，只要干线线路上任一段发生故障，线路上各用户的变电站(所)都将断电。
图2 树干式配电方式2.3.环状式配电方式环状式配电方式如图3所示，其优点是运行灵活，供电可靠性较高；当线路的任何地方出现故障时，在短时间停电后，只要将故障侧开关断开，切断故障点，便可恢复供电。
高压直流供电在数据中心中的应用探讨
高压直流供电在数据中心中的应用探讨
张乐丰;欧阳述嘉;张林锋;贾涛
【期刊名称】《电力信息与通信技术》
【年(卷),期】2016(014)005
【摘要】长期以来,数据中心一直以交流UPS作为不间断电源。
随着数据中心规模和业务的不断发展,供电安全成为一个至关重要的问题,而高压直流供电系统凭借其特有优势在数据中心的发展中得到迅速广泛的应用。
文章描述了通过在国家电网公司北京灾备（数据）中心搭建高压直流供电平台,进行带载（服务器）测试,从而对高压直流供电系统的可靠性及优越性等进行试验验证。
测试结果表明,高压直流供电系统在诸多方面优于UPS系统,可以在电力系统灾备（数据）中心中大力推广应用。
【总页数】5页(P88-92)
【作者】张乐丰;欧阳述嘉;张林锋;贾涛
【作者单位】国家电网公司信息通信分公司,北京100761
【正文语种】中文
【中图分类】TM834
【相关文献】
1.高压直流供电在数据中心中的应用探讨 [J], 张乐丰;欧阳述嘉;张林锋;贾涛
2.240V高压直流供电系统在油田信息化建设中的应用探讨 [J], 李燕;欧阳欣;梁倩
3.数据中心传统UPS与高压直流供电系统的对比研究 [J], 高超
4.论数据中心项目高压直流供电方式的应用 [J], 许精巍
5.数据中心高压直流供电系统可用性分析 [J], 伍盛达;赵怡然
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特高压直流的优缺点
特高压直流输电的线路走廊较窄，能够减少土地资源的占用。同时，这种输电方 式在运行过程中产生的电磁辐射较小，对环境的影响也较小。
运行方式灵活
总结词
特高压直流输电系统具有灵活的运行方式，能够实现快速调 节和优化资源配置。
详细描述
特高压直流输电系统可以根据电力需求的变化进行快速调节 ，实现电力资源的优化配置。同时，这种输电方式还可以通 过多回线路并联运行，提高电网的稳定性和可靠性。
提高稳定性
控制系统升级
升级特高压直流的控制系统，提高其快速响应和抗干扰能力，确保输电的稳定性和可靠性。
加强运维管理
建立完善的运维管理制度和流程，加强设备的日常检查和维护，确保特高压直流输电系统的长期稳定运行。
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THANKS
城市供电
• 城市供电：在城市供电领域，特高压直流输电技术有助于提 高供电的可靠性和稳定性。它能够降低因输电线路故障导致 的停电风险，保障城市居民和企业的正常用电需求。此外， 特高压直流输电还有助于优化城市电网结构，提升电网运行 效率。
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未来发展
技术创新
持续研发
特高压直流技术仍需在材料、设 备、控制等方面进行持续研发， 以提升其性能和稳定性。
03
应用场景
跨区域输电
• 跨区域输电：特高压直流输电技术适用于大容量、远距离的电 力传输，尤其在跨区域输电场景中表现出色。它能有效地将电 能从发电丰富的地区输送到需求大的地区，优化资源配置，缓 解区域间的电力供需矛盾。
分布式能源并网
• 分布式能源并网：特高压直流输电技术能够实现分布式能源的高效并网。通过特高压直流输电，各种可再生能源（如风能、 太阳能）可以方便地接入电网，提高能源利用效率和可再生能源的消纳能力。
2024年高压直流输电系统(HVDC系统)市场前景分析
2024年高压直流输电系统（HVDC系统）市场前景分析引言高压直流输电系统（HVDC系统）是一种将电能以直流形式进行长距离传输的技术，在能源领域具有广泛的应用。
随着全球能源需求的增长和可再生能源的普及，HVDC系统在电力输送领域的市场前景变得越来越重要。
本文将对HVDC系统的市场前景进行分析。
HVDC系统的优势HVDC系统相比传统的交流输电系统具有众多的优势，因此在特定场景下得到了广泛的应用。
- 长距离传输：HVDC系统能够有效地在数百至数千公里的距离上传输电能，减少了输电过程中的输电损耗。
- 灵活性：HVDC系统能够方便地实现不同输电距离和功率等级之间的适配，灵活性高。
- 可靠性：HVDC系统的电力传输更稳定，可靠性更高，可以降低输电故障的可能性。
- 少占用土地：HVDC线路相对交流输电线路而言，占用土地较少，对环境影响较小。
HVDC系统市场的发展趋势HVDC系统市场在全球范围内呈现出快速增长的趋势，并且未来几年仍有望保持较高的发展速度。
以下是HVDC系统市场的几个发展趋势： ### 1. 可再生能源的普及随着可再生能源的普及，特别是风力和太阳能等清洁能源的广泛应用，需要将这些能源从发电站输送到消费地点。
HVDC系统可以有效地支持可再生能源的输电需求，因此可以预见，在可再生能源的快速发展下，HVDC系统市场需求将持续增长。
2. 电网互联随着全球电力需求的增长，不同地区之间的电网互联成为了一个重要的趋势。
HVDC系统能够通过长距离的、低损耗的电能传输，实现区域之间的电力交换。
因此，HVDC系统在电网互联方面具有巨大的潜力，并且有望在全球范围内持续发展。
3. 港口供电需求随着港口货运业的不断发展，港口供电需求也在增加。
HVDC系统由于其长距离输电能力和可靠性，可以极好地满足港口供电的需求。
因此，HVDC系统在港口供电领域的应用前景非常广阔。
4. 电力交易随着电力市场的改革和电力交易的开展，HVDC系统作为一种高效、可靠的电能传输技术，有望在电力交易中发挥重要作用。
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高压直流供电在数据中心的作用及影响
随着信息技术的快速发展，数据中心已成为一个不可或缺的组成部分。
数据中心的重要任务是存储、处理和传输大量的数据，因此对电能的需求量也非常高。
在传统的交流供电系统中，电能需要经过多次转换才能为数据中心所用，这会导致能量损失、设备故障和供电不稳定等问题。
相比之下，高压直流（HVDC）供电系统能够提供更高效、更可靠的电力供应，对于数据中心具有独特的作用和影响。
高压直流供电可以提高能源利用效率。
由于数据中心的电能供应需求量大，如果采用传统的交流供电系统，就需要通过多次电能转换，包括交流-直流-交流转换，这样就会产生大量的能量损失。
而HVDC供电系统将电能直接输送给数据中心，不需要多次转换，能够有效减少能量损失，提高能源利用效率，降低运营成本。
高压直流供电有助于提升数据中心的可持续发展。
随着全球对环境保护和能源消耗的关注度不断提高，数据中心也承担着减少能源消耗和碳排放的责任。
HVDC供电系统能够高效利用电能并减少能量损失，提高能源利用效率。
HVDC还能够与可再生能源（如太阳能和风能）相结合，实现清洁能源的分配和利用，促进数据中心的可持续发展，减少对传统能源的依赖。
值得注意的是，高压直流供电系统在应用于数据中心时也面临一些挑战。
HVDC供电系统的建设、运行和维护成本较高，需要投入相应的资金和技术支持。
与传统的交流供电系统相比，HVDC供电系统对设备和组件的要求更高，需要进行更复杂的设计和优化。
在HVDC 供电系统与数据中心设备的连接方面，也需要考虑到相应的技术和设备兼容性。
高压直流供电在数据中心具有重要的作用和影响。
它能够提高能源利用效率、增强数据中心的可靠性和稳定性，促进可持续发展。
虽然面临一些挑战，但随着技术的不断进步和应用经验的积累，相信HVDC供电系统将会在数据中心领域发挥更大的作用。