近期，一則中國電信的集采公告讓高壓直流的最新文章">高壓直流再次成為業(yè)界的焦點：根據(jù)中國電信2012年第二批統(tǒng)談統(tǒng)簽類電源空調(diào)產(chǎn)品集采公告，本次集采，中國電信擬采購158臺高壓直流產(chǎn)品、76臺大容量不間斷電源產(chǎn)品和4臺大容量模塊化不間斷電源產(chǎn)品。

一邊是高壓直流產(chǎn)品采購量的大增，一邊是傳統(tǒng)UPS" style="color: rgb(0, 0, 0); text-decoration: none; border-bottom-color: rgb(7, 129, 199); border-bottom-width: 1px; border-bottom-style: dotted; " target="_blank" title="UPS的最新文章">UPS設(shè)備采購的銳減，這讓不少業(yè)內(nèi)人士更加地堅信，高壓直流產(chǎn)品將逐步取代傳統(tǒng)UPS成為應用主流。

星火燎原

在追溯數(shù)據(jù)中心的最新文章">數(shù)據(jù)中心高壓直流的發(fā)展歷史時，記者發(fā)現(xiàn)，這項技術(shù)在我國應用的年頭并不算長，我國是從2007年才開始進行相關(guān)的研究工作。

“最早應該是江蘇電信鹽城公司趙長煦主任等老一代技術(shù)專家開始實踐試點并小規(guī)模應用，然后逐步推廣到江蘇全省、浙江、廣東、山東等地電信公司。” 騰訊網(wǎng)絡平臺部數(shù)據(jù)中心規(guī)劃組高級工程師李典林告訴記者。

作為國內(nèi)在高壓直流技術(shù)方面首位“吃螃蟹”的用戶，中國電信在該技術(shù)上的應用步伐可謂邁得飛快。中國電信集團數(shù)據(jù)則顯示，截止2012年6月底，中國電信全網(wǎng)用直流電源（240V）系統(tǒng)數(shù)已達到450個，直流總?cè)萘砍^24萬安培，功率為70000KW，相當于交流UPS容量85000KVA的供電能力。使用直流電源（240V）的IT設(shè)備已超過80000臺，應用范圍分布于20多個?。▍^(qū)、市）74個地區(qū)。

阿里巴巴杭州東冠機房則是國內(nèi)第一個較大規(guī)模采用高壓直流（240V）及機架集中供電技術(shù)的互聯(lián)網(wǎng)公司數(shù)據(jù)中心。中國工程建設(shè)標準化協(xié)會信息通信委員會數(shù)據(jù)中心工作組專家、騰訊IDC架構(gòu)師朱華告訴記者，騰訊目前有超過萬臺服務器應用在高壓直流供電環(huán)境，在設(shè)計和即將投產(chǎn)規(guī)模預計超過10萬臺。此外，華潤集團、江蘇廣電等都已采用高壓直流供電（240V）技術(shù)。

而在記者采訪中，那些還沒有采用高壓直流技術(shù)的企業(yè)用戶，也普遍表現(xiàn)出對該技術(shù)的肯定和強烈的興趣。例如，中國石油物探技術(shù)研究院地球物理信息中心高級工程師包紅林表示：“我們在建設(shè)數(shù)據(jù)中心一期項目時，本來是計劃采用高壓直流的，但因為場地設(shè)計等原因最終沒采用，二期建設(shè)中應該會采用。”263網(wǎng)絡通信公司網(wǎng)管中心經(jīng)理李旺也表示，如果以后進行大范圍的機房改造，他們會考慮高壓直流。

據(jù)相關(guān)部門不完全統(tǒng)計，截至目前，全國已經(jīng)有近10萬臺設(shè)備運行在高壓直流供電環(huán)境下。特別在2011年和2012年出現(xiàn)了大規(guī)模增長的跡象，出現(xiàn)了一次采購好幾十套到上百套直流系統(tǒng)的大規(guī)模IDC。

“目前，這個增長勢頭更為迅速。不管是運營商還是互聯(lián)網(wǎng)公司都非常看好高壓直流供電的未來方向，因此在2013年我們將會看到更多更大規(guī)模的應用。”李典林說。
行文至此，我們必須向讀者回答，高壓直流究竟是怎樣一種技術(shù)，是什么優(yōu)點使得它能夠以星火燎原之勢，迅速從實驗室走向市場？

壓倒性優(yōu)勢

在當前數(shù)據(jù)中心里，UPS電源是主要的供電設(shè)備。但UPS存在可靠性差、轉(zhuǎn)換效率低、輸入電流諧波大等一系列缺點，經(jīng)常導致故障，其中，“UPS開關(guān)切換失靈”甚至被列入三大電源技術(shù)故障之一。

在此背景下，一個嶄新的供電技術(shù)——高壓直流供電進入人們的視野，用它來取代UPS電源的呼聲也越來越高。

所謂高壓直流供電，就是采用高壓直流電源直接對采用220V交流輸入電源的設(shè)備供電。

李典林表示，目前高壓直流技術(shù)主要有兩個電壓規(guī)格，一個是國內(nèi)主流的240V，以及國外主推的380V。其中240V高壓直流供電技術(shù)可以兼容絕大多數(shù)的現(xiàn)有交流220Vac設(shè)備，即目前絕大多數(shù)的標準交流輸入設(shè)備不用任何改造就可直接采用240V直流供電，且配套的240V直流配電系統(tǒng)接近成熟電力系統(tǒng)用的220V直流，因此推廣起來難度和阻力會小很多；而380V高壓直流需要專門定制380V輸入的直流電源（數(shù)據(jù)中心內(nèi)有幾十上百種不同廠家不同類型的設(shè)備，要完全定制所有設(shè)備對絕大多數(shù)用戶來講幾乎是不可能的），且配套的380V配電系統(tǒng)目前還不夠成熟，因此380V的生態(tài)暫未就緒，推廣難度較大，目前的使用面很窄，因此本文中的高壓直流僅指的是240V直流系統(tǒng)。

需要說明的是，高壓直流供電是針對直流48 V低壓而言的，標稱電壓基本都在400 V以下。這點與電力行業(yè)的電壓劃分是不同的，根據(jù)國內(nèi)電力行業(yè)的劃分，1000 V以下的電壓為低壓，1000 V以上的稱為高壓。因此，數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的高壓直流供電按照電力行業(yè)的劃分仍屬于低壓應用，但在數(shù)據(jù)中心行業(yè)，仍沿用高壓直流供電的說法。

就原理而言，UPS是將220Vac或者380Vac交流電預穩(wěn)壓到400VDC左右，再逆變回220Vac。而240V高壓直流其實也是三級轉(zhuǎn)換，只是從220Vac或380V ac預穩(wěn)壓到400Vdc再降壓到240VDC輸出，也就是交流轉(zhuǎn)直流后不再逆變回交流。（參見直流供電與UPS供電原理圖）
 
圖1 UPS供電與240V高壓直流供電原理

和傳統(tǒng)的UPS技術(shù)相比起來，高壓直流供電技術(shù)的優(yōu)點很多，主要表現(xiàn)在下面幾點：

1、與最新開關(guān)電源技術(shù)、采用功率MOS的高壓直流比采用晶閘管的傳統(tǒng)UPS效率更高，體積更小；
2、電池直接掛在輸出母線上，可靠性更高，且可在線擴容、不掉電割接等；
3、拓撲簡單，可靠性高；
4、模塊化設(shè)計，邊成長邊投資；
5、熱插拔維護，像更換硬盤一樣更換故障模塊，運維不用依賴于廠家的服務。
6、節(jié)能休眠技術(shù)可以大大提升輕載下的系統(tǒng)效率，減少機房運行初期低負載時的能耗；
7、高壓直流的輸入功率因數(shù)高、諧波小，且輸出負載率可以比UPS高，可降低柴發(fā)容量等；
8、高壓直流技術(shù)衍生出來的新的分布式供電架構(gòu)，如市電加高壓直流供電等技術(shù)，會顛覆傳統(tǒng)UPS的靠硬件多重冗余來保障可靠性的高投入低能效模式。
9、高壓直流比傳統(tǒng)UPS要更安全，因為輸出浮地，即便誤碰到單極母排電壓，觸電電壓只有一百多伏，比交流220Vac要低近1倍，且交流220Vac的正弦波峰值電壓高達314V，也高于高壓直流270V的電壓。
10、高壓直流和傳統(tǒng)集中式供電的UPS相比更適合分布式供電，較小容量靠近末端IT負載，線纜傳輸損失小，且故障影響面較小，電源系統(tǒng)也可以分布投資，不用按終局提前采購。

如果簡單地概括高壓直流供電的主要優(yōu)勢，那就是更可靠、更安全、更低投入。

關(guān)于直流供電在可靠性方面的體驗，李典林表示：“目前國內(nèi)有近10萬臺交流設(shè)備都運行在高壓直流環(huán)境下，很少聽說因此帶來了事故。”

節(jié)能則是吸引用戶采納直流供電的重要原因之一。表1清晰體現(xiàn)了高壓直流在節(jié)能方面的顯著優(yōu)勢。根據(jù)中國電信集團截止2012年6月底的數(shù)據(jù)，按照一個240V 1000A直流系統(tǒng)與“1+1”300KVA系統(tǒng)比較，中國電信因為實施高壓直流已經(jīng)累計節(jié)省建設(shè)投資5300萬元。

此外，高壓直流技術(shù)更利于用戶采納太陽能、風能等綠色新能源技術(shù)，李典林解釋說：“因為高壓直流沒有復雜的交流并網(wǎng)技術(shù)，只需將變化的轉(zhuǎn)子發(fā)電用簡單整流穩(wěn)壓并儲能，利用兩者直流電壓差調(diào)節(jié)就可以實現(xiàn)風電和其他供電路由的無縫切換或者同時供電，達到部分離網(wǎng)免費供電的目的。所以，高壓直流會讓未來的數(shù)據(jù)中心和綠色能源會結(jié)合得更為緊密。”

表1：數(shù)據(jù)中心高壓直流電源與傳統(tǒng)UPS投資比較
 

資料來源：中電達通

阻力點分析

雖然高壓直流供電技術(shù)具有許多優(yōu)點，但是它同樣存在一些內(nèi)在或外在的不足制約著它的發(fā)展。

首要的問題就是高壓直流的國家級標準還暫未出臺，國家級標準的缺失影響該技術(shù)在部分行業(yè)的推廣使用。不過，朱華帶來了好消息，他說：“目前國標已經(jīng)在制定，預計2013年底能夠發(fā)布。”

實際上國內(nèi)相關(guān)機構(gòu)一直在推動相關(guān)標準的發(fā)展：2009年，《通信用240V直流供電系統(tǒng)技術(shù)要求》（YDB 037-2009）發(fā)布；2010年，中國電信《通信用240V 直流供電系統(tǒng)節(jié)能試點技術(shù)指導意見》發(fā)布；2011年中國通信標準化協(xié)會行標《240V直流電源系統(tǒng)》（YD/T2378—2011）發(fā)布；中國電信集團在2012年底還發(fā)布了兩項通信用240V直流供電系統(tǒng)企業(yè)標準。此外，工業(yè)和信息化部電信研究院泰爾實驗室齊曙光在《通信用直流供電技術(shù)與標準國內(nèi)外研究應用情況》一文中透露，工信部的工作人員也參與了國際ITU聯(lián)盟的一些高壓直流標準的討論，并且積極推動把240V高壓直流作為全球高壓直流一個重要標準寫進相關(guān)規(guī)范。

其次， IT設(shè)備廠家普遍對高壓直流處于觀望態(tài)度，暫時不愿意承諾提供設(shè)備的維保等服務。這意味著一旦用戶在高壓直流環(huán)境下的IT設(shè)備發(fā)生故障，其售后服務以及損失賠償上得不到保障，容易引起法律問題。

目前市場上唯一公開宣稱支持高壓直流的服務器設(shè)備廠商是中興。該公司如此介紹其服務器新品CoCore E9000：“CoCore E9000在電源設(shè)計方面提供了獨創(chuàng)的設(shè)計，首創(chuàng)支持高壓直流，而且是同時支持交流的110伏、220伏和直流的240伏和336伏四種電源規(guī)格。”

不過，一木獨秀不是春，戴爾（中國）公司服務器高級市場經(jīng)理李毅表示：“高壓直流主要是電信運營商在主導推動，但在IT數(shù)據(jù)機房里，設(shè)備復雜，包括UPS、精密空調(diào)、服務器、網(wǎng)絡和存儲等設(shè)備，多數(shù)服務器、存儲廠家也還都沒有直接宣稱支持直流電，只有在網(wǎng)絡設(shè)備上有48V直流支持，整個直流機房建立需要整個設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈的支持，而不僅僅是電信運營商推動。”

李毅亦坦承目前該公司的主要服務器也沒有對240V高壓直流進行正式認證過，但戴爾將“密切注視市場的需求并會做出相應的解決方案。”高壓直流國標如果今年年底能出臺，無疑會加速IT設(shè)備廠商對直流供電的支持。

此外，極少部分設(shè)備采用了交流頻率檢測、輔助電源單極供電等，會出現(xiàn)設(shè)備雖不損壞但不能正常開機等小概率事件。還有，部分交流電機驅(qū)動類設(shè)備暫時不支持高壓直流，需要配逆變器等。

根據(jù)中國電信實際應用統(tǒng)計，可用240V直流電源的IT設(shè)備占IT總數(shù)量大于98%，不可用數(shù)量小于2%。這2%的概率雖小，還是需要用戶在切換到高壓直流系統(tǒng)之前做大量細致的設(shè)備適應性測試工作。

公云網(wǎng)彭勇在其博客《機房高壓直流供電帶來的問題》中分享了該公司實際使用高壓直流的經(jīng)驗心得。他們發(fā)現(xiàn)，越高端、越新的設(shè)備容易有電源問題，因為越是高端設(shè)備或者新的設(shè)備，電壓規(guī)范越是細致，電壓保護也更加嚴格，而兼容機的電源一般都沒有問題。因此，彭勇建議說：“對于核心交換機等重要設(shè)備，一定需要和廠商確認是否能夠正常工作，當然廠商的普通技術(shù)支持可能都沒有聽說過高壓直流，你要有耐心和他詳細解釋，并且保證對方已經(jīng)清楚理解，不要理解成48V的低壓直流。”

傳統(tǒng)UPS廠商何去何從？

高壓直流技術(shù)的興起無疑對傳統(tǒng)UPS設(shè)備廠商帶來了巨大的沖擊。李典林認為高壓直流會逐步侵蝕UPS的市場空間，甚至48V通信電源的市場空間，而且這個趨勢會比想象中的要來得更快。朱華則告訴記者：“因為高壓直流的技術(shù)門檻低，已經(jīng)初步形成生產(chǎn)鏈，目前高壓直流的生產(chǎn)廠商很多，代表廠商有愛默生、中恒、動力源、奧特訓、中達、英可耐、伊頓等等。”

一些傳統(tǒng)UPS設(shè)備的主流廠商實際上也在積極應對這個趨勢，施耐德數(shù)據(jù)中心解決方案部門產(chǎn)品經(jīng)理劉海峰告訴記者，近一兩年，他的主要工作之一，就是收集國內(nèi)國外不同用戶對高壓直流的理解和態(tài)度，以及他們在采用高壓直流時究竟怎么做的。而做市場調(diào)研的目的，則是為了進行產(chǎn)品規(guī)劃和研究，“我們更多地從整體解決方案考慮，不同高壓直流解決方案相互差異在哪里。為了滿足用戶的需要，施耐德也不排除考慮推出壓直流產(chǎn)品。”劉海峰說。

那么，高壓直流會徹底取代傳統(tǒng)UPS供電嗎？

劉海峰和李典林均表示應該不會徹底取代。“從供電結(jié)構(gòu)上來說，直流傳輸?shù)膿p耗較大，因此傳輸范圍有限，在遠距離的供電環(huán)境，如園區(qū)環(huán)境，直流不可能取代交流。而且，UPS市場比較成熟，產(chǎn)品也比較完善。”劉海峰解釋說。

對于現(xiàn)有UPS設(shè)備廠商如何應對高壓直流供電趨勢，李典林則給出了如下幾點建議：

首先，UPS廠商應積極應對高壓直流供電的變化趨勢，從成本和可靠性等方面去不斷提升UPS產(chǎn)品的性價比，雖然已經(jīng)不能阻止高壓直流的步伐，但仍可從成熟性方面獲得部分市場。

其次，雖然UPS設(shè)備廠商也看到了傳統(tǒng)UPS的一些不足，也推出了一些類似高壓直流技術(shù)的解決方案，如模塊化高頻UPS等技術(shù)，部分解決了傳統(tǒng)UPS負載率低、分期建設(shè)難、可擴展性差等問題，但由于多模塊的交流高頻UPS涉及復雜的交流并機、異常轉(zhuǎn)旁路、故障自動安全退出等技術(shù)，且并機板的單點、電池掛接在逆變器前逆變損壞風險、難以實現(xiàn)節(jié)能休眠等，包括價格等和高壓直流技術(shù)都難以媲美，因此這些技術(shù)都難以取代高壓直流技術(shù)，但在過渡的階段內(nèi)仍有一定應用。

第三，傳統(tǒng)UPS設(shè)備廠商可開發(fā)高壓直流逆變器設(shè)備，或者開發(fā)支持高壓直流輸入的電機類設(shè)備，如空調(diào)壓縮機、電機馬達等，填補部分高壓直流供電的短板。

第四，朝著新能源的方向轉(zhuǎn)型，例如太陽能、風能、電池等混合能源控制器等。

總體來說，這是一個由客戶推動的市場變化，產(chǎn)業(yè)鏈的每個玩家都不得不遵從順勢而為這個亙古不變的道理，一輪新的勢力格局正在各種明爭暗斗中悄然滋生，這個領(lǐng)域未來會上演多少“新王立、舊王死”的故事？讓我們拭目以待。

【鏈接】現(xiàn)有交流設(shè)備直接用240V高壓直流供電的注意事項：

1. 把船型開關(guān)或者紐子開關(guān)固定在ON位置無法動作，防止大電流情況下出現(xiàn)波動導致拉弧。

2. 采用萬用表歐姆檔測量設(shè)備輸入L、N兩極的電阻，檢查是否存在短路或者是電源內(nèi)部存在繞組變壓器。當測量值大于100KΩ等時，可以進行直流加電。

3. 通常IT設(shè)備交流電源的輸入范圍都很寬，大大超過高壓直流設(shè)備的供電電壓范圍，但為了避免出現(xiàn)極少量的過欠壓保護等異常，建議分別做高、低電壓啟動等。

4. 大功率電源設(shè)備避免直接帶電熱插拔，比如新增單個電源功率達2500W以上設(shè)備，最好能軟件關(guān)機后再下電，應急時候可以先分斷斷路器再操作。

5. 對極少數(shù)功率很小的通信設(shè)備，內(nèi)部電源模塊有可能采用的是半波整流，如輸入直流電源后不能開機，可能是設(shè)備制造廠安裝時將設(shè)備內(nèi)部“L”和“N”接反，可將測試的直流電源正、負極對調(diào)，再嘗試啟動，如能正常啟動，說明該設(shè)備采用的是半波整流方式。對于此種設(shè)備，可將該設(shè)備電源線正、負極或?qū)遄?、負極對調(diào)，并作不同顏色的明顯標識。