4高压直流(HVDC)供电系统的发展和应用国外课件

IDC机房高压直流供电系统

的发展和应用技术

@189.cn12023/1/6IDC机房高压直流供电系统

的发展和应用技术

@189.目录一、国外高压直流供电系统的发展和应用情况；二、附录：DCforDatacentersworkshop,

专题研讨会ppt演示文稿22023/1/6目录一、国外高压直流供电系统的发展和应用情况；220一、国外高压直流供电系统的发展和应用情况

--HVDC与ACUPS、SELVDC的比较32023/1/6一、国外高压直流供电系统的32022/12/26

主要内容国外HVDC电源系统发展应用概述HVDC电源系统的概念（略）电信和数据中心的电源系统结构

——AC配电、机架级DC配电、设备级DC配电电信设备输入端的电源接口（接口“A”）

——介绍有关接口“A”的ETSI标准（ETSIETS300132-2，ETSIETS300132-1，ETSIEN300132-3V1.2.1，重点介绍ETSIEN300132-3V1.2.1）国外HVDC试验工程举例

——HVDC设备级直流配电和常规AC配电的比较附录：DCforDatacentersworkshop专题研讨会PPT42023/1/6主要内容42022/12/26

1、

国外HVDC电源系统发展应用概述

1.1、简述目前，大型数据中心的电源系统需要已达10000KW的电源，预计将来会增加到50000KW。服务器在寿命期内的能耗超过其设备本身的购买价；数据中心电源系统的设计对于通信局的节能至关重要。传统的配电系统是400/480VAC

交流UPS电源系统（欧美）、380VAC交流UPS电源系统（我国）；在电信系统设备全世界都采用-48VDC直流电源系统（SELVDC）；目前，国内外普遍认为，高效率电源方案是采用较高电压的直流电源方案，即高压直流（HVDC）方案，这个方案在世界范围内已经讨论了10年之久。目前仍处于试验阶段。52023/1/6

1、国外HVDC电源系统发展应用概述

1.1、简述521.2、INTELEC对HVDC的特别关注1999年，在21届INTELEC99（哥本哈根）会议：法国电信首次提出了高压直流（整流的交流，rectifiedAC）是比较实际的电信设备与电源设备的接口；日本NTT发表论文《270VDC系统—用于电信和数据通信的高效率高可靠性的电源系统》，阐明270VDC电源系统比常规的48VDC系统优越，可靠性高，成本低，效率高；2003年，25届INTELEC03（横滨）会议：瑞典POWERBOX，NETPOWER，ERICSSON等公司提出互联网宽带设备采用300VDC系统供电的建议；2005年，在27届INTELEC05（柏林）会议：法国电信提出采用300-400VDC的DCUPS。

1、

国外HVDC电源系统发展应用概述

62023/1/61.2、INTELEC对HVDC的特别关注

1、国外H2007年，在29届INTELEC07（罗马）会议：美国INTEL公司提出在电信和数据中心采用400VDC

配电；瑞典NETPOWERLABSAB等介绍了9kWHVDCUPS350VDC运行一年的经验，并研究了现有数据服务器和其他计算机设备采用HVDC供电的可能性（作为过渡步骤）；日本NTT介绍了在HVDC演示工程中采用的半导体开关的特性。自2003年起，几乎每届国际电信能源会议上均安排了与高压直流电源系统有关的专题研讨会。INTELEC2007会议期间召开专题研讨会上“FutureTrendsinPowerSupplyforTelcoandDatacentres:ACorDC?”

；1、

国外HVDC电源系统发展应用概述72023/1/62007年，在29届INTELEC07（罗马）会议：1、1.3、现况由于HVDC系统的实施是一个涉及面十分广泛的工作，不是仅仅由电源一个专业就可以解决的问题，虽然讨论了10年，至今仍未能大规模成功地实施，仍处于试验研究阶段；近年来，电源研究单位和处理器/服务器厂家，网络设备厂家、IT运营商，电源厂家，以及一些大学等多次联合召开了“DCfordatacenterworkshop”的研讨会。还进行了一些试点工程。HVDC电源系统有了新的发展；上述这些DCfordatacenterworkshop会议，对于HVDC的应用和发展具有非常重要的意义。1、

国外HVDC电源系统发展应用概述82023/1/61.3、现况1、国外HVDC电源系统发展应用概述82021.4、2007年“DCforDatacentersworkshop”

研讨会概况：2007年7月12日在美国，加利福尼亚，圣克拉拉市召开，由IntelCorp主持。来自数据中心产业的有关的40个公司的80名代表参加了会议。会议分成电压等级、配电、连接器、安全接地等几个专门研讨小组进行研讨；会议基本意见：电压等级：会议讨论了不同电压等级的理由，虽然意见不尽相同，但多数倾向于350-400V电压（Sun、Intel和其它公司都坚决支持未来的数据中心采用380VDC的方案）；配电：专门研讨小组支持在电信和照明应用中采用直流（DC）电源配电方案。DC电源在与可再生能源（例如太阳能，燃料电池）连接时，具有额外的优点；接点/连接器和其他硬件（下一步工作是）：研究制定380VDC连接器的标准；进一步评价PSU的支持（HVDC）的时间；研究目前欧洲应用的DC断路器；安全和接地问题：研究现有的380VDC电路保护方案，漏电流和电击危险；UL额定380VDC连接装置；在机架内配电设备；机架工作人员的培训和认证；配电设备安装人员的培训和认证；1、

国外HVDC电源系统发展应用概述92023/1/61.4、2007年“DCforDatacenters1.5、HVDC专题研讨会涉及和必须解决的主要问题安全问题：高压直流配电的安全等级与交流配电的安全等级是否相同？高压直流配电能否保证设备和维护人员的安全？可用性和可靠性：高压直流配电与交流配电是否同样可靠？高压直流配电是否达到和超过交流配电的可用性？效率：高压直流配电在效率和节能方面比交流配电优越吗？电源系统的模块化可以使电源系统处于最佳的使用状态。但是交流配电的双母线系统不能做到最佳的状态，主要是由于变换器之间的功率分配的原因。高压直流配电能建立一个新的最好的折中方案吗？环境影响：除了效率外，在环境方面，DC和AC之间有没有区别？一个重要的区别是：在HVDC母线上，太阳能或燃料电池更容易接入。可用性的标准：为了实现从目前的AC/DC混合配电应用向完全的DC配电转换，必须制定配电元件的标准；1、

国外HVDC电源系统发展应用概述102023/1/61.5、HVDC专题研讨会涉及和必须解决的主要问题1、国2、高压直流配电的概念实现HVDC配电的基本条件：1必须有专用的HVDC电源系统（电压等级符合标准要求）。服务器电源PSU应能接受HVDC供电。现有的交流输入PSU(PowerSupplyUnit)可以接受一定值的直流电压【如果服务器原输入为220VAC±10%，则直流母线电压约为252VDC-308VD】，直接在现有服务器PSU上加此高压直流电压，可以简单地实现HVDC供电。但不够完善，仅可作为过渡方案。

最大的挑战是服务器、路由器和备用单元等必须有HVDC输入或AC/HVDC通用输入！3相关的连接器、接地应符合相关标准安全要求。112023/1/62、高压直流配电的概念实现HVDC配电的基本条件：11202

3.电信和数据中心的配电系统结构

IDC的配电系统结构有三种：AC配电、机架DC配电、设备DC配电。3.1AC配电3.1.1美国传统480Vac的AC配电，服务器中PSU（PowerSupplyUnit

）可接受的电压90-264VAC，三相480VAC的线电压其相电压为277VAC，这超过了PSU的电压输入范围。输入和输出时常有隔离变压器。在PSU中，AC变换为DC380V-410V，再由隔离的DC/DC变换器降压为典型的为12VDC或48VDC。一般是12VDC，甚至更低电压级别元件。常规的480VAC电源系统，采用典型的元件时，电源变换的总效率大约为50%。当采用高效率元件时，效率可以达到70%。122023/1/6

3.电信和数据中心的配电系统结构

IDC的配电系统结构3.1.2欧洲的AC配电：在欧洲，不需要PDU，因为大楼进线电压是400VAC，这可以产生230VAC的相电压，此电压在PSU的输入电压范围内。在美国现已提出建议，通过采用自耦变压器实现400VAC。这比在UPS输出端采用隔离变压器，从480VAC降压至400VAC的效率高。如图2所示，还可以想象到采用480VAC输入和400VAC输出的UPS，这就可以取消自耦变压器。3.1.3我国的AC配电：我国的AC配电与欧洲的AC配电基本相同，不同的是目前我国采用380VAC交流电压。

3.电信和数据中心的配电系统结构

132023/1/63.1.2欧洲的AC配电：在欧洲，不需要PDU，因3.1.3减少UPS损耗的AC配电为了减少UPS的损耗，可以采用特殊的UPS，避免进行双变换。例如，双变换UPS一般可以通过旁路供电，仅在市电故障时才转到双变换UPS（非在线式）。另一个例子是采用delta变换UPS，如图3所示。虽然特殊UPS提供了最高的效率，还应考虑减少线路干扰和隔离的需要；特殊（delta变换）UPS：在美国PDU是480VAC输入，采用变压器；在欧洲PDU是400VAC输入，无变压器；

3.电信和数据中心的配电系统结构

142023/1/63.1.3减少UPS损耗的AC配电

3.电信和数据中3.1.4、典型的交流配电（TypicalACDistributionToday）152023/1/63.1.4、典型的交流配电（TypicalACDistr3.2机架级DC配电（Rack-LevelDCDistribution）有些厂家采用在设备机架上变换为48VDC供电的设备。在机架级配置AC/DC变换器（隔离的48VDC），如图4所示。机架级DC配电也可以在较高的DC电压等级上实现，400VDC被用于一些高端服务器系统，与48VDC相比，可以采用效率较高的非隔离变换器，因此系统效率稍微高一些；严重缺陷：机架级AC/DC变换器的数量严重制约用电效率的提高；

3.电信和数据中心的配电系统结构

162023/1/63.2机架级DC配电（Rack-LevelDCDi3.3、机架级DC配电系统结构图

3.电信和数据中心的配电系统结构

172023/1/63.3、机架级DC配电系统结构图

3.电信和数据中心的3.3设备级DC配电3.3.1-48VDC输入：设备级DC配电，由于取消了UPS中的逆变器（DC/AC变换级）、PSU中的AC/DC变换器以及PDU中变压器，给出了较高的效率。但，当配电功率超过1MW，其应用的可能性受到限制（低的电压，粗电缆）。理论上48VDC相对480VAC时电缆截面的比率超过了100倍（实际设计时这个比率接近200，低电压传输大容量时，其经济性、可行性受到严重制约，所以必须提升直流的电压等级）；

3.电信和数据中心的配电系统结构

182023/1/63.3设备级DC配电

3.电信和数据中心的配电3.3.2、550V/48VDC配电结构的方案图6的方案是48VDC的设备级配电的效率【增加了功率变换器（PCU），此功率变换器将550VDC变换到48VDC】此变换器需要隔离，因为要求安全电压输出（SELV）；当今，直接配电到PSU的设备级DC的配电被限制到48VDC【因为仅生产通用AC输入范围的或48VDC输入的服务器】；

3.电信和数据中心的配电系统结构

192023/1/63.3.2、550V/48VDC配电结构的方案

、400VDC设备级供电现已经建议300-400VDC的电压等级输入的PSU，但需要一个世界范围内的标准，以便于实施。图7的配电电路比采用48VDC配电的效率高，因为PDU不需要隔离。图7设备级400Vdc配电

3.电信和数据中心的配电系统结构

202023/1/63.3.3、400VDC设备级供电

3.电信和数据中心3.3设备级DC配电（Facility-LevelDCDistribution）380V.DC

3.电信和数据中心的配电系统结构

212023/1/63.3设备级DC配电（Facility-Level3.4.1各种配电电路效率的比较：整个配电系统的效率定义为负载功率与UPS（含直流UPS）的输入功率的比值，各种配电电路的效率示于图9。

3.电信和数据中心的配电系统结构

222023/1/63.4.1各种配电电路效率的比较：整个配电系统的效率定义3.4.2各种配电电路效率的比较(续）——图10满载时计算效率的比较

3.电信和数据中心的配电系统结构

232023/1/63.4.2各种配电电路效率的比较(续）——图10满载3.4.3各种配电电路效率的比较（续）——不同电路在满载时的设备输入功率（含冷却功率）采用400VAC配电（假设480VAC输入/400VAC输出的UPS，因此不包括自耦变压器的损耗）或专用ACUPS，AC配电系统的效率得到很大的改善。

3.电信和数据中心的配电系统结构

采用设备级DC配电可得到最高的效率，400VDC配电的性能最好；配电的节能还会使空调系统的能耗减少。因为配电系统产生的热量较小，因此需要冷却的热量较小。242023/1/63.4.3各种配电电路效率的比较（续）——不同电路在满载3.5、400VDC配电系统的设备以上分析表明，400VDC设备级配电的效率最高，对于新建的数据中心，强烈建议采用设备级DC配电。但400VDC配电尚不能象AC和-48VDC配电那样在工业中得到广泛应用；要实现400VDC设备级配电，数据中心基础设施必须改变。为了便于新产品的研制和对本地检验人员的培训，以保证400VDC配电新设备得到认可，需要制定标准【EuropeanelecommunicationsSdandardsInstitute欧洲电信标准化协会ETSI已出版了一个规范，ETSIEE300132-3，适用于由电压高达400V的AC和DC供电的设备。其目的是通过世界市场的各方密切合作，获得一个统一的国际标准】。另一个要求是要有商用400VDCUPS和适用的服务器。不但研制生产400VDCUPS，还要求服务器能接受高压直流电源。目前，800W（23W/m3)DC输入电源的样机已研制出来，样机的效率和损耗与650W(15W/m3)高效率AC输入的PSU（工作于208VAC）的比较。参见图14。

3.电信和数据中心的配电系统结构

252023/1/63.5、400VDC配电系统的设备

3.电信和数据中心3.5、400VDC配电系统设备电路结构的比较图12，

通用的AC输入PSU；图13，400VDC输入PSU；可以看出采用400VDCPSU，设计得到简化；*因为输入二极管桥、功率因数校正（PFC）升压变换器的元件Lb、Sb、Db

均可以取消】，与升压变换器有关的损耗消除了，因此效率提高了。

3.电信和数据中心的配电系统结构

262023/1/63.5、400VDC配电系统设备

3.电信和数据中心的配3.5400VDC配电的设备在如图13，还需要额定400VDC输入的连接器和4管脚结构【包括正、负、地线管脚，和一个附加的信号管脚，用来实现使能电路（enablecircuit）以防止电路断开时产生电弧】。最近成立了cenelec（欧洲电工标准化委员会）工作组开始了DC连接器标准的制定，IEC有望接替此项工作。有些商用的400VDC连接器是可用的，这些连接器与标准的AC输入（IEC320）连接器在机械上是兼容。

3.电信和数据中心的配电系统结构

272023/1/63.5400VDC配电的设备

3.电信和数据中3.5400VDC配电的设备图14，高效AC输入PSU与400VDC输入PSU效率的比较

3.电信和数据中心的配电系统结构

282023/1/63.5400VDC配电的设备图14，

3.4.1有关接口“A”的ETSI标准【欧洲电信标准协会简称ETSI】4.1.1ETSIETS300132-2“在电信设备输入端的电源接口的标准，第二部分：工作于直流（dc）电源”，是在1996年第一次编制的。（Jan1,1996）这个标准包括下列要求：——在接口“A”的直流（dc）电源设备的输出性能——电信设备的输入通过dc连接到接口“A”；接口“A”的要求适用于：1）电信中心的电源设备输出；2）安装在电信中心的电信设备的电源输入；3）安装在用户建筑物内的电信设备，其dc接口“A”也供要求此电源的设备使用。本标准叙述在接口“A”以-48V/60Vdc的供电。注：这个标准的最后修改版是在2007年5月出版的ETSIEN300132-2V2.2.1。

4.电信设备输入端的电源接口

接口“A”的标识（identification）292023/1/64.1有关接口“A”的ETSI标准【欧洲电信标准协会4.1.2ETSIETS300132-1“在电信设备输入端的电源接口的标准，第一部分：工作于由直流（dc）电源产生的交流（ac）电源”-是在1991年12月进行第一次出版征求意见。1996年9月此标准第一次出版。图2接口“A”的标识

4.电信设备输入端的电源接口

302023/1/64.1.2ETSIETS300132-1“在电4.1.3ETSIEN300132-3V1.2.1，电信和数据设备采用400V供电的标准，在电信设备输入端的电源接口；第3部分：由高达400V的整流电源，交流电源，或直流电源供电。此标准是在2003年8月出版的。A：接口“A3”的标识L（-）=相线或负极线，N（+）=AC中线或DC回流线，PE=保护地图3接口“A3”的标识

4.电信设备输入端的电源接口

312023/1/64.1.3ETSIEN300132-3V.3ETSIEN300132-3V1.2.1B、接口“A3”用途（标准ETSIEN300132-3V1.2.1）：标识在应用领域中规定的所有电信和数据通信设备的具有相同特性的电源系统。便于不同类型的负载单元的互通。便于电信和数据通信设备电源系统的标准化。便于同一网络设备和来自不同产地和应用的电信和数据通信系统的安装、运行和维护。

4.电信设备输入端的电源接口

322023/1/64.1.3ETSIEN300132-3V.3ETSIEN300132-3V1.2.1：C、接口“A3”极限电压额定值的计算现电源额定电压值是230V±10%，考虑谐波环境中叠加电压5%，最大整流电压是：Umax=230×1.1×1.05×√2=375V。现电源额定电压最小值是220V±10%，谐波失真可能减小5%，最小整流电压是：Umin=

220×0.9×0.95=188V。注：按照所选电源系统的结构，其电压范围可以覆盖整流电压和蓄电池电压：整流电压（即电池电压）：最大峰值375V、最小有效值188V；若有156只电池，单电池电压Umax=2.35V，则系统电压是367V<375V；单只电池电压Umin=1.75V，则系统电压为273V，经转换，可得到(相当于AC电的)有效值电压为（273/√2）=193V>188V。这表明，通用的被供电设备的输入电压范围相当于蓄电池系统的整个电压范围，能够满足系统需求。

4.电信设备输入端的电源接口

332023/1/64.1.3ETSIEN300132-3V.3ETSIEN300132-3V1.2.1D、采用其它额定电压时，接口“A3”极限电压额定值的计算欧洲以外的AC配电系统采用其它的额定电压（以上资料仅适用于375V的最大整流电压），使用其它额定电压如何计算极限电压？IEC60038规定：现网Umax=240V±10%，考虑5%的谐波叠加，则最大整流电压等于：Umax=240×1.1×1.05×√2=392V。整流的有效值（rms）等于：Urms=220×0.9×0.95=188V。

4.电信设备输入端的电源接口

342023/1/64.1.3ETSIEN300132-3V.3ETSIEN300132-3V1.2.1E.可能的电源结构（标准建议的额定电压考虑了下列因素）：需要统一电信设备和信息技术设备的电源。要求减少配电线的损耗和铜导线的横截面。需要保持电信中心的高度可靠性。相应电源的结构选择：电源连接到AC单相正弦波电源上。接口A3上的电压是230V(rms）/50Hz。当输入AC电压故障时，由UPS供出这个电压。电源连接到AC三相正弦波电源上。接口A3上的整流电压是310V（rms）[带有300Hz的纹波]或者是整流的电压典型值为230V（rms）【带有100Hz的纹波】。当AC输入电压故障时，电压由蓄电池通过适当的旁路提供。

4.电信设备输入端的电源接口

352023/1/64.1.3ETSIEN300132-3V.3ETSIEN300132-3V1.2.1F.电源电压波形：接口A3上可能的电压波形，所有的设备都应接受由这些电压供电。

4.电信设备输入端的电源接口

362023/1/64.1.3ETSIEN300132-3V1.2.1

目前进行HVDC配电试验的国家主要有美国、瑞典、法国、日本等。

5.1美国400Vdc设备级DC配电系统

IntelCorporation与LawrenceBerkrleyNationalLabaratory密切合作，组装了小规模的高效率HVDC配电的数据中心的演示。包括常规的480VAC和400VDC设备高效率AC电路结构（右侧）和380VDC设备级配电（左侧），上方的照明工作于380VDCstrip。5试验工程举例（续）372023/1/6目前进行HVDC配电试验的国家主要有美国、5试验工程举例（续）5.1美国400Vdc设备级DC配电系统（续）图18小规模演示装置（上：AC，下：DC）382023/1/65试验工程举例（续）5.1美国400Vdc设备级演示所用的设备列在表III中5试验工程举例（续）392023/1/6演示所用的设备列在表III中5试验工程举例（续）395.1美国400Vdc设备级DC配电系统（续）AC装置采用208VACUPS，因此UPS上游采用降压变压器，以模拟PDU变压器的损耗;没有商用DCUPS，采用了光伏系统的逆变器，工作于整流器方式;没有400VDC输入PSU的服务器，采用它们标准的AC输入PSU，但进行适当的修改：关断升压开关SB；短路升压二极管DB，输入端的二极管桥和升压电感LB均不取消。为了仿真实际的运行情况，在带载约33%的UPS上进行测量。负载箱与服务器并联运行，AC和DC负载箱都整定到相同的比率上（当服务器运行在各自的负载时，输入功率与服务器电源的比率）。5试验工程举例（续）402023/1/65.1美国400Vdc设备级DC配电系统（续）5测量结果总结在表IV中，结果表明，400VDC配电与采用高效率元件的AC配电相比，节约了7.88%的输入功率。计算的输入功率的节约是6%。输入功率节约：(26.0-24.10)/24.10=0.07885试验工程举例（续）412023/1/6测量结果总结在表IV中，结果表明，400VDC配电与采用5.2瑞典9KWHVDCUPS350V配电系统系统组成3相隔离变压器，副边230V/相；整流模块1500W，230VAC,效率96%；蓄电池26*12V；电子负载；DC/DC,DC/AC,AC/DC（通用输入）特点：1)满足EN300132-3；2)因为目前专门设计由HVDC供电的服务器和数据设备很少，NETPOWER研究了现有设备在HVDC上运行的可能性；3)采用HVDC(350v)比现有的ACUPS节能30%；4)350VDCUPS的瞬态保护性能好，可靠性高，经济；5试验工程举例（续）422023/1/65.2瑞典9KWHVDCUPS350V配电系统系统5试验工程举例（续）5.3法国整流型AC(rAC)供电系统变换器的输入电压当交流输入电压为230V,+10%,-20%时，则直流输入电压为Umin=260VDC，Umax=358VDC；当交流输入电压为240V,+10%,-20%时，则直流输入电压为Umin=249VDC，Umax=373VDC；蓄电池，采用26只12V蓄电池，额定电压为12*26=312VDC，Umin=10.3*26=268V，Umax=13.75*26=358V；432023/1/65试验工程举例（续）5.3法国整流型AC(rAC

5试验工程举例（续）5.4日本270VDCHVDC供电系统270VDC电源系统结构图。市电200VAC电压由不稳压的整流器整流，并由CONVDC-DC变换器调节到270VDC；270VDC电压通过配电柜DS供给电信设备柜;如果电源故障，蓄电池通过DCSW开关和CONVDC-DC变换器供出270VDC；442023/1/65试验工程举例（续）5.4日本270VDCH二.附录：

DCforDatacentersworkshop,专题研讨会ppt演示文稿2007年7月12日在美国，加利福尼亚，圣克拉拉市召开，由IntelCorp主持概况：来自数据中心产业的40个公司的80名代表参加了会议。会议分成电压等级、配电、连接器、安全接地等四个专门研讨小组。其中包括：6.1电压等级5篇6.2配电1篇6.3连接器1篇6.5安全接地452023/1/6二.附录：

DCforDatacenterswor6.DCforDatacentersworkshop

专题研讨会PPT（6.1电压等级-1/5）462023/1/66.DCforDatacentersworksho

6.DCforDatacentersworkshop

专题研讨会PPT（6.1电压等级-1）472023/1/66.DCforDatacentersworksh6.DCforDatacentersworkshop

专题研讨会PPT（6.1电压等级-1）482023/1/66.DCforDatacentersworksho6.DCforDatacentersworkshop

专题研讨会PPT（6.1电压等级-1）492023/1/66.DCforDatacentersworksho6.DCforDatacentersworkshop

专题研讨会PPT（6.1电压等级-1）502023/1/66.DCforDatacentersworksho6.DCforDatacentersworkshop

专题研讨会PPT（6.1电压等级-1）512023/1/66.DCforDatacentersworksho6.DCforDatacentersworkshop

专题研讨会PPT（6.1电压等级-1）

522023/1/66.DCforDatacentersworksho6.DCforDatacentersworkshop

专题研讨会PPT（6.1电压等级-1）532023/1/66.DCforDatacentersworksho6.DCforDatacentersworkshop

专题研讨会PPT（6.1电压等级-1）542023/1/66.DCforDatacentersworksho6.DCforDatacentersworkshop

专题研讨会PPT（6.1电压等级-1）552023/1/66.DCforDatacentersworksho6.DCforDatacentersworkshop

专题研讨会PPT（6.1电压等级-2）562023/1/66.DCforDatacentersworksho6.DCforDatacentersworkshop

专题研讨会PPT（6.1电压等级-2）572023/1/66.DCforDatacentersworksho6.DCforDatacentersworkshop

专题研讨会PPT（6.1电压等级-2）为什么服务器输入采用380VDC？现有典型的PFC输出级电压为380VDC考虑普通的硅的元件应力过渡器件的可用度（旋转UPS）必要时与蓄电池工作的能力，放电到320VDC使用经济可靠的工业电路。582023/1/66.DCforDatacentersworksho6.DCforDatacentersworkshop

专题研讨会PPT（6.1电压等级-3）592023/1/66.DCforDatacentersworksho6.DCforDatacentersworkshop

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专题研讨会PPT（6.1电压等级-3）350VDC对元件的应力比240VAC的低！622023/1/66.DCforDatacentersworksho6.DCforDatacentersworkshop

专题研讨会PPT（6.1电压等级-3）350VDC的理由--350VDC使采用设计为370VDC的标准的不用定制的设备成为可能--350VDC可以使用与240vac设计相同的元件--有可能得到AC和DC通用的PSU--低成本的元件（电容、mos-fet等）最高电压一般为400-450VDC--在功率要求较大时，可以使用350VDC的2相“爱迪生系统”--铁路/地铁系统使用700VDC，现有的元件可以利用632023/1/66.DCforDatacentersworksho6.DCforDatacentersworkshop

专题研讨会PPT（6.1电压等级-3）642023/1/66.DCforDatacentersworksho6.DCforDatacentersworkshop

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专题研讨会PPT（6.2配电-1）

802023/1/66.DCforDatacentersworksho6.DCforDatacentersworkshop

专题研讨会PPT（6.2配电-1）812023/1/66.DCforDatacentersworksho6.DCforDatacentersworkshop

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专题研讨会PPT（6.3安全和接地-1）842023/1/66.DCforDatacentersworksho

6.DCforDatacentersworkshop

专题研讨会PPT（6.3安全和接地-1）852023/1/66.DCforDatacentersworksh6.DCforDatacentersworkshop

专题研讨会PPT（6.3安全和接地-1）862023/1/66.DCforDatacentersworksho6.DCforDatacentersworkshop

专题研讨会PPT（6.3安全和接地-1）

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专题研讨会PPT（6.3安全和接地-1）922023/1/66.DCforDatacentersworksho6.DCforDatacentersworkshop

专题研讨会PPT（6.4连接器）

932023/1/66.DCforDatacentersworksho写在最后成功的基础在于好的学习习惯Thefoundationofsuccessliesingoodhabits94写在最后成功的基础在于好的学习习惯94结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。WhenYouDoYourBest,FailureIsGreat,SoDon'TGiveUp,StickToTheEnd演讲人：XXXXXX时间：XX年XX月XX日

95结束语95IDC机房高压直流供电系统

的发展和应用技术

@189.cn962023/1/6IDC机房高压直流供电系统

的发展和应用技术

@189.目录一、国外高压直流供电系统的发展和应用情况；二、附录：DCforDatacentersworkshop,

专题研讨会ppt演示文稿972023/1/6目录一、国外高压直流供电系统的发展和应用情况；220一、国外高压直流供电系统的发展和应用情况

--HVDC与ACUPS、SELVDC的比较982023/1/6一、国外高压直流供电系统的32022/12/26

主要内容国外HVDC电源系统发展应用概述HVDC电源系统的概念（略）电信和数据中心的电源系统结构

——AC配电、机架级DC配电、设备级DC配电电信设备输入端的电源接口（接口“A”）

——介绍有关接口“A”的ETSI标准（ETSIETS300132-2，ETSIETS300132-1，ETSIEN300132-3V1.2.1，重点介绍ETSIEN300132-3V1.2.1）国外HVDC试验工程举例

——HVDC设备级直流配电和常规AC配电的比较附录：DCforDatacentersworkshop专题研讨会PPT992023/1/6主要内容42022/12/26

1、

国外HVDC电源系统发展应用概述

1.1、简述目前，大型数据中心的电源系统需要已达10000KW的电源，预计将来会增加到50000KW。服务器在寿命期内的能耗超过其设备本身的购买价；数据中心电源系统的设计对于通信局的节能至关重要。传统的配电系统是400/480VAC

交流UPS电源系统（欧美）、380VAC交流UPS电源系统（我国）；在电信系统设备全世界都采用-48VDC直流电源系统（SELVDC）；目前，国内外普遍认为，高效率电源方案是采用较高电压的直流电源方案，即高压直流（HVDC）方案，这个方案在世界范围内已经讨论了10年之久。目前仍处于试验阶段。1002023/1/6

1、国外HVDC电源系统发展应用概述

1.1、简述521.2、INTELEC对HVDC的特别关注1999年，在21届INTELEC99（哥本哈根）会议：法国电信首次提出了高压直流（整流的交流，rectifiedAC）是比较实际的电信设备与电源设备的接口；日本NTT发表论文《270VDC系统—用于电信和数据通信的高效率高可靠性的电源系统》，阐明270VDC电源系统比常规的48VDC系统优越，可靠性高，成本低，效率高；2003年，25届INTELEC03（横滨）会议：瑞典POWERBOX，NETPOWER，ERICSSON等公司提出互联网宽带设备采用300VDC系统供电的建议；2005年，在27届INTELEC05（柏林）会议：法国电信提出采用300-400VDC的DCUPS。

1、

国外HVDC电源系统发展应用概述

1012023/1/61.2、INTELEC对HVDC的特别关注

1、国外H2007年，在29届INTELEC07（罗马）会议：美国INTEL公司提出在电信和数据中心采用400VDC

配电；瑞典NETPOWERLABSAB等介绍了9kWHVDCUPS350VDC运行一年的经验，并研究了现有数据服务器和其他计算机设备采用HVDC供电的可能性（作为过渡步骤）；日本NTT介绍了在HVDC演示工程中采用的半导体开关的特性。自2003年起，几乎每届国际电信能源会议上均安排了与高压直流电源系统有关的专题研讨会。INTELEC2007会议期间召开专题研讨会上“FutureTrendsinPowerSupplyforTelcoandDatacentres:ACorDC?”

；1、

国外HVDC电源系统发展应用概述1022023/1/62007年，在29届INTELEC07（罗马）会议：1、1.3、现况由于HVDC系统的实施是一个涉及面十分广泛的工作，不是仅仅由电源一个专业就可以解决的问题，虽然讨论了10年，至今仍未能大规模成功地实施，仍处于试验研究阶段；近年来，电源研究单位和处理器/服务器厂家，网络设备厂家、IT运营商，电源厂家，以及一些大学等多次联合召开了“DCfordatacenterworkshop”的研讨会。还进行了一些试点工程。HVDC电源系统有了新的发展；上述这些DCfordatacenterworkshop会议，对于HVDC的应用和发展具有非常重要的意义。1、

国外HVDC电源系统发展应用概述1032023/1/61.3、现况1、国外HVDC电源系统发展应用概述82021.4、2007年“DCforDatacentersworkshop”

研讨会概况：2007年7月12日在美国，加利福尼亚，圣克拉拉市召开，由IntelCorp主持。来自数据中心产业的有关的40个公司的80名代表参加了会议。会议分成电压等级、配电、连接器、安全接地等几个专门研讨小组进行研讨；会议基本意见：电压等级：会议讨论了不同电压等级的理由，虽然意见不尽相同，但多数倾向于350-400V电压（Sun、Intel和其它公司都坚决支持未来的数据中心采用380VDC的方案）；配电：专门研讨小组支持在电信和照明应用中采用直流（DC）电源配电方案。DC电源在与可再生能源（例如太阳能，燃料电池）连接时，具有额外的优点；接点/连接器和其他硬件（下一步工作是）：研究制定380VDC连接器的标准；进一步评价PSU的支持（HVDC）的时间；研究目前欧洲应用的DC断路器；安全和接地问题：研究现有的380VDC电路保护方案，漏电流和电击危险；UL额定380VDC连接装置；在机架内配电设备；机架工作人员的培训和认证；配电设备安装人员的培训和认证；1、

国外HVDC电源系统发展应用概述1042023/1/61.4、2007年“DCforDatacenters1.5、HVDC专题研讨会涉及和必须解决的主要问题安全问题：高压直流配电的安全等级与交流配电的安全等级是否相同？高压直流配电能否保证设备和维护人员的安全？可用性和可靠性：高压直流配电与交流配电是否同样可靠？高压直流配电是否达到和超过交流配电的可用性？效率：高压直流配电在效率和节能方面比交流配电优越吗？电源系统的模块化可以使电源系统处于最佳的使用状态。但是交流配电的双母线系统不能做到最佳的状态，主要是由于变换器之间的功率分配的原因。高压直流配电能建立一个新的最好的折中方案吗？环境影响：除了效率外，在环境方面，DC和AC之间有没有区别？一个重要的区别是：在HVDC母线上，太阳能或燃料电池更容易接入。可用性的标准：为了实现从目前的AC/DC混合配电应用向完全的DC配电转换，必须制定配电元件的标准；1、

国外HVDC电源系统发展应用概述1052023/1/61.5、HVDC专题研讨会涉及和必须解决的主要问题1、国2、高压直流配电的概念实现HVDC配电的基本条件：1必须有专用的HVDC电源系统（电压等级符合标准要求）。服务器电源PSU应能接受HVDC供电。现有的交流输入PSU(PowerSupplyUnit)可以接受一定值的直流电压【如果服务器原输入为220VAC±10%，则直流母线电压约为252VDC-308VD】，直接在现有服务器PSU上加此高压直流电压，可以简单地实现HVDC供电。但不够完善，仅可作为过渡方案。

最大的挑战是服务器、路由器和备用单元等必须有HVDC输入或AC/HVDC通用输入！3相关的连接器、接地应符合相关标准安全要求。1062023/1/62、高压直流配电的概念实现HVDC配电的基本条件：11202

3.电信和数据中心的配电系统结构

IDC的配电系统结构有三种：AC配电、机架DC配电、设备DC配电。3.1AC配电3.1.1美国传统480Vac的AC配电，服务器中PSU（PowerSupplyUnit

）可接受的电压90-264VAC，三相480VAC的线电压其相电压为277VAC，这超过了PSU的电压输入范围。输入和输出时常有隔离变压器。在PSU中，AC变换为DC380V-410V，再由隔离的DC/DC变换器降压为典型的为12VDC或48VDC。一般是12VDC，甚至更低电压级别元件。常规的480VAC电源系统，采用典型的元件时，电源变换的总效率大约为50%。当采用高效率元件时，效率可以达到70%。1072023/1/6

3.电信和数据中心的配电系统结构

IDC的配电系统结构3.1.2欧洲的AC配电：在欧洲，不需要PDU，因为大楼进线电压是400VAC，这可以产生230VAC的相电压，此电压在PSU的输入电压范围内。在美国现已提出建议，通过采用自耦变压器实现400VAC。这比在UPS输出端采用隔离变压器，从480VAC降压至400VAC的效率高。如图2所示，还可以想象到采用480VAC输入和400VAC输出的UPS，这就可以取消自耦变压器。3.1.3我国的AC配电：我国的AC配电与欧洲的AC配电基本相同，不同的是目前我国采用380VAC交流电压。

3.电信和数据中心的配电系统结构

1082023/1/63.1.2欧洲的AC配电：在欧洲，不需要PDU，因3.1.3减少UPS损耗的AC配电为了减少UPS的损耗，可以采用特殊的UPS，避免进行双变换。例如，双变换UPS一般可以通过旁路供电，仅在市电故障时才转到双变换UPS（非在线式）。另一个例子是采用delta变换UPS，如图3所示。虽然特殊UPS提供了最高的效率，还应考虑减少线路干扰和隔离的需要；特殊（delta变换）UPS：在美国PDU是480VAC输入，采用变压器；在欧洲PDU是400VAC输入，无变压器；

3.电信和数据中心的配电系统结构

1092023/1/63.1.3减少UPS损耗的AC配电

3.电信和数据中3.1.4、典型的交流配电（TypicalACDistributionToday）1102023/1/63.1.4、典型的交流配电（TypicalACDistr3.2机架级DC配电（Rack-LevelDCDistribution）有些厂家采用在设备机架上变换为48VDC供电的设备。在机架级配置AC/DC变换器（隔离的48VDC），如图4所示。机架级DC配电也可以在较高的DC电压等级上实现，400VDC被用于一些高端服务器系统，与48VDC相比，可以采用效率较高的非隔离变换器，因此系统效率稍微高一些；严重缺陷：机架级AC/DC变换器的数量严重制约用电效率的提高；

3.电信和数据中心的配电系统结构

1112023/1/63.2机架级DC配电（Rack-LevelDCDi3.3、机架级DC配电系统结构图

3.电信和数据中心的配电系统结构

1122023/1/63.3、机架级DC配电系统结构图

3.电信和数据中心的3.3设备级DC配电3.3.1-48VDC输入：设备级DC配电，由于取消了UPS中的逆变器（DC/AC变换级）、PSU中的AC/DC变换器以及PDU中变压器，给出了较高的效率。但，当配电功率超过1MW，其应用的可能性受到限制（低的电压，粗电缆）。理论上48VDC相对480VAC时电缆截面的比率超过了100倍（实际设计时这个比率接近200，低电压传输大容量时，其经济性、可行性受到严重制约，所以必须提升直流的电压等级）；

3.电信和数据中心的配电系统结构

1132023/1/63.3设备级DC配电

3.电信和数据中心的配电3.3.2、550V/48VDC配电结构的方案图6的方案是48VDC的设备级配电的效率【增加了功率变换器（PCU），此功率变换器将550VDC变换到48VDC】此变换器需要隔离，因为要求安全电压输出（SELV）；当今，直接配电到PSU的设备级DC的配电被限制到48VDC【因为仅生产通用AC输入范围的或48VDC输入的服务器】；

3.电信和数据中心的配电系统结构

1142023/1/63.3.2、550V/48VDC配电结构的方案

、400VDC设备级供电现已经建议300-400VDC的电压等级输入的PSU，但需要一个世界范围内的标准，以便于实施。图7的配电电路比采用48VDC配电的效率高，因为PDU不需要隔离。图7设备级400Vdc配电

3.电信和数据中心的配电系统结构

1152023/1/63.3.3、400VDC设备级供电

3.电信和数据中心3.3设备级DC配电（Facility-LevelDCDistribution）380V.DC

3.电信和数据中心的配电系统结构

1162023/1/63.3设备级DC配电（Facility-Level3.4.1各种配电电路效率的比较：整个配电系统的效率定义为负载功率与UPS（含直流UPS）的输入功率的比值，各种配电电路的效率示于图9。

3.电信和数据中心的配电系统结构

1172023/1/63.4.1各种配电电路效率的比较：整个配电系统的效率定义3.4.2各种配电电路效率的比较(续）——图10满载时计算效率的比较

3.电信和数据中心的配电系统结构

1182023/1/63.4.2各种配电电路效率的比较(续）——图10满载3.4.3各种配电电路效率的比较（续）——不同电路在满载时的设备输入功率（含冷却功率）采用400VAC配电（假设480VAC输入/400VAC输出的UPS，因此不包括自耦变压器的损耗）或专用ACUPS，AC配电系统的效率得到很大的改善。

3.电信和数据中心的配电系统结构

采用设备级DC配电可得到最高的效率，400VDC配电的性能最好；配电的节能还会使空调系统的能耗减少。因为配电系统产生的热量较小，因此需要冷却的热量较小。1192023/1/63.4.3各种配电电路效率的比较（续）——不同电路在满载3.5、400VDC配电系统的设备以上分析表明，400VDC设备级配电的效率最高，对于新建的数据中心，强烈建议采用设备级DC配电。但400VDC配电尚不能象AC和-48VDC配电那样在工业中得到广泛应用；要实现400VDC设备级配电，数据中心基础设施必须改变。为了便于新产品的研制和对本地检验人员的培训，以保证400VDC配电新设备得到认可，需要制定标准【EuropeanelecommunicationsSdandardsInstitute欧洲电信标准化协会ETSI已出版了一个规范，ETSIEE300132-3，适用于由电压高达400V的AC和DC供电的设备。其目的是通过世界市场的各方密切合作，获得一个统一的国际标准】。另一个要求是要有商用400VDCUPS和适用的服务器。不但研制生产400VDCUPS，还要求服务器能接受高压直流电源。目前，800W（23W/m3)DC输入电源的样机已研制出来，样机的效率和损耗与650W(15W/m3)高效率AC输入的PSU（工作于208VAC）的比较。参见图14。

3.电信和数据中心的配电系统结构

1202023/1/63.5、400VDC配电系统的设备

3.电信和数据中心3.5、400VDC配电系统设备电路结构的比较图12，

通用的AC输入PSU；图13，400VDC输入PSU；可以看出采用400VDCPSU，设计得到简化；*因为输入二极管桥、功率因数校正（PFC）升压变换器的元件Lb、Sb、Db

均可以取消】，与升压变换器有关的损耗消除了，因此效率提高了。

3.电信和数据中心的配电系统结构

1212023/1/63.5、400VDC配电系统设备

3.电信和数据中心的配3.5400VDC配电的设备在如图13，还需要额定400VDC输入的连接器和4管脚结构【包括正、负、地线管脚，和一个附加的信号管脚，用来实现使能电路（enablecircuit