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高压直流机房解决方案

随着信息技术的飞速发展,通信设备对电源安全供电的要求也越来越高,电信网络的变革必然影响到电源系统,如何能高可靠性、高效率的满足用户要求一直是威斯登追求的目标,在20世纪初以来,威斯登已开始注意和研究适应数据通信设备融合的电源系统结构,并提出了针对240HVDC高压直流的一些新颖解决方案。 由于IEC、国标、国内等权威机构尚未就高压直流PDU作出业界普遍遵循的条文,因此,要了解高压直流PDU,必须对
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产品描述
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随着信息技术的飞速发展,通信设备对电源安全供电的要求也越来越高,电信网络的变革必然影响到电源系统,如何能高可靠性、高效率的满足用户要求一直是威斯登追求的目标,在20世纪初以来,威斯登已开始注意和研究适应数据通信设备融合的电源系统结构,并提出了针对240HVDC高压直流的一些新颖解决方案。

 

 

由于IEC、国标、国内等权威机构尚未就高压直流PDU作出业界普遍遵循的条文,因此,要了解高压直流PDU,必须对目前国内外高压直流机房作一个了解,同时,高压直流PDU的设计要求、功能及测试都是参照这些数据来研发的,具体如下:

UPS系统特点:

 

在市电输入正常时,交流电源经整流器变换为直流电供给逆变器,同时给蓄电池充电,逆变器将直流电变换为50Hz交流电供给负载。


在停电时(或故障),蓄电池放出电能,通过逆变器变换为交流电,供给负载。
为了提高设备供电的可靠性,通常采取了多台UPS冗余并机的方式,如1+1系统;
随着市电的不断变化,以及电子元器件的老化,往往就会在切换时造成中断,这种中断在以往的案例中屡见不鲜,给数据中心的设备运行带来了巨大的影响。
1、成本问题:双倍投入
2、效率问题:冗余造成负载率很低
3、维护问题:备电时间不足以维持维护综述:节点多、安全性低、维护复杂、效率低;

高压直流系统特点:

 

采用直流供电,蓄电池可以作为电源直接并联在负载端,当停电时,蓄电池的电能可以直接供给负载,确保供电的不间断。直流供电只有电压幅值一个参数,各个直流模块之间不存在相位、相序、频率需同步的问题,系统结构简单很多,可靠性大大提高,而交流UPS系统虽然可以提高冗余度来提高安全系数,还是存在并机的单点故障问题。而直流模块没有这些问题,即使脱离控制模块,只要保持输出电压稳定,也能并联输出电能。
综述:节点少、安全性高、维护简单、效率高、寿命长、无谐波干扰

 

国际高压直流电源情况:

自上世纪 80 年代以后,很多国家都在研究和实施 300~400V 高压直流供电系统。国际电信能源会议的组织者很关心这项工作,经常发布各国的论文,如:1999年日本代表提出的《290V 直流供电系统是电信和数据高效和可靠的供电系统》;1999年法国电信和阿尔卡持公司相继提出《供电给新电信网络用的新供电系统》,2000年又发表了《用于电信和数据融合的整流型AC供电新方法》;2007年美国发表了《在电信和数据中心改进能源效率的 400V 直流供电系统的评估》和瑞典《在Gnesta市数据中心运行一年的9kW高压直流UPS供电系统》等论文。

 

标准情况:

2003年颁布高压直流接口A3标准;
200年欧盟通信标准“ETSIEN3001323V1.2.1”(2003-08)的环境工程——通信设备输入端的电源接口;第3部分:“整流供电、交流供电、高达400V直流供电”中,对这类电源的范围、定义、接口、电压范围、过压过流保护、接地、安全要求、EMC等有较为全面的规定。

 

技术现状

2006年,美国伯克利国家实验室组织380VDC与UPS供电效率比较分析测试,节能效果7%;
日本NTT公司和富士通开发出240VDC系统和直流插座等相关电气元器件,并在仙台示范局电源工程中试验高压直流供电技术;韩国电信启动高压直流实验局项目;

高压直流机房解决方案

高压直流PDU的特点


1、输出制式:
高压直流PDU有接线端子和插座两种方式可为设备连接电源线,
推荐标准为:插座式,
直流输出“正”极对应于设备输入电源线的“N”端,
直流输出“负”极对应于设备输入电源线的“L”端,
设备输入电源线的“地”端与系统保护地可靠连接,如图:

 

2、控制及保护:
高压直流PDU 的输入应采用双极断路器,由于直流电不存在过零点,灭弧相对困难。因此配电所需的开关性能要求更高;
高压直流PDU的输出应采用双极断路器,全程正负极各级都安装有过流保护器件进行保护,直流断路器根据设备额定电流大小选取,一般选择10A 或16A 的双极直流断路器;

 

3、内部连接:
采用专利注塑主、支路结构,节点少、绝缘好、安全性高;
采用专利一体化无断点连接方式,导通性能好,效率高、寿命长、无谐波干扰;


高压直流PDU连接设备后的故障处理:
当IT 设备按顺序检查测试后,均不能正常启动或者能正常启动但不能在192~285V 电压范围内正常工作的,说明该IT 设备不满足高压直流供电,因此建议采用以下方法进行处理:
(1)更换处理:对于不能采用直流供电的IT 设备,优先考虑将整机更换,采用可以用直流供电的设备进行替代。如果电源模块是独立的,也可以不更换主机,只更换电源模块。
(2)采用逆变器供电:如果极个别设备不能更换,又必须在该机房使用,可以采用加装240V直流—220V交流的逆变器进行供电。

数据机房的过渡建议:

1、新建IDC、IT 主机类机房以及数据设备机房应优先考虑采用高压直流供电系统。如原有机房通信设备采用UPS 系统供电的,仍可继续使用,原UPS 系统原则上不再考虑扩容。如通信系统扩容或设备更新,对新扩容或更新的设备应优先考虑采用高压直流供电。
2、对核心网络、企业信息化平台、重要客IT设备等仍采用UPS 系统供电的,如现有UPS 系统存在使用年限长、负荷重、故障率高、供电可靠性差等问题,从保障通信安全、兼顾设备利旧的角度考虑,应采用高压直流系统建立可靠的备份供电系统。
3、对于UPS供电系统负荷白昼变化较大的场所,如号百中心、10000号、城市营业厅等,从节能的角度应优先考虑由高压直流供电取代UPS 供电。在取得经验后,再逐步推广到其它使用场景。
4、通信设备不断电割接,由UPS 供电过渡到高压直流供电时,通信设备的各个电源模块均须断电进行割接。当通信设备为单电源模块供电时,该设备需断电割接;当通信设备为双(多)电源模块供电时,可采取电源模块逐个断电,以实现通信设备不断电割接。

高压直流电源应注意的问题

1、高压直流PDU上或连接的IT设备电源回路上不得有船型开关或纽子开关,否则在高压直流电源电压工作时开关不能安全灭弧;
2、高压直流PDU上或连接的IT 设备电源回路上不得并联电感或串联电容,否则在直流电源电压工作时,容易产生正负极之间短路或切断电源;
3、高压直流PDU上或连接的IT 设备上不得有对交流频率检测的装置,否则在直流电源电压工作时,会发出检测不到工频频率的告警;
4、高压直流PDU上或连接的IT 设备上不得有必须使用交流电的装置,比如不得含有变压器、交流马达、交流风扇等,否则在直流电源电压工作时,会出现电源短路事故;
5、直接以纯电阻作为负载的设备也不宜采用高压直流供电;
6、虽然采用直流供电有很多好处,但是由于目前的服务器电源设计对电压的要求,无论是采用何种电压模式,都存在一定的缺陷。如低压模式必须加升压装置,中压模式有些服务器可能不能使用等。从理论上讲,服务器电源使用直流电压输入是没有问题的,但还不能保证实际使用中会发生一些意外,比如可能存在某些服务器电源的特别设计而不能使用直流电,或者长时间使用会不会增加服务器的故障率等,这些都要经过实际使用的检验。再就是如果使用直流电源,当服务器设备损坏时,服务器厂家对该故障的认可度问题,有可能会因我们使用直流电源供电不符合其设计要求而推卸责任。

 

 

DPDU家族中的重要成员——
卡扣插座式直流PDU—DPDU1
端子式直流PDU—DPDU2
铜排式直流PDU—DPDU3
智能监测型直流PDU—DPDU4

 

 

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