随着大数据和云计算时代的到来，业务呈现规模化和爆发式增长，传统UPS电源系统在能耗、扩展性、可靠性等方面迎来挑战，HVDC等新型不间断电源系统开始在数据中心应用。本文从UPS、HVDC、分布式电源等设备自身特点，以及冗余、在线、离线等系统架构的角度进行梳理，提出数据中心不间断供电系统架构正在呈现从在线到离线，从集中到分布的发展趋势。三、分布式不间断电源系统
UPS或HVDC通常采用集中式供电方案，集中式系统的优点是可以实现资源共享，降低成本，其缺点是系统故障范围大，影响面广。
UPS也有小型机分布式供电方案，但是多套分布式小型机系统与1套集中式大型UPS系统相比，小型机的数量多，故障点多，成本高，因此大中型数据中心不会采用分布式UPS系统。
尽管有如上问题，但是对于分布式不间断电源系统的探索，从来没有停止过。
3.1 DC12V 分布式系统
谷歌是最早进行服务器自研定制的互联网公司，同时也最早放弃了集中式UPS电源方案，转将蓄电池分布到每台服务器电源直流12V输出端。详见图3.1。
图3.1 谷歌DC12V分布式供电架构
市电正常时，进入服务器电源转换成DC12V为服务器主板供电，同时为蓄电池提供浮充电源，市电停电后，由DC12V母线并联的蓄电池继续给主板供电，直到柴油发电机启动后回复交流供电。谷歌早期采用铅酸电池供电，因服务器内部高温导致铅酸电池故障率高，后改为锂电池方案。蓄电池的后备时间为分钟级(通常为1-3分钟)。
此方案的优点是大大简化了IT设备前端供电系统，缺点是服务器电源需要深度定制。
3.2 DC48V 分布式系统
Facebook于2011年公开了其自建数据中心的资料，供电系统采用DC48V离线备用系统。详见图3.2。
图3.2 Facebook DC48V分布式供电架构
Facebook为每6个9kW的机柜配置1个铅酸蓄电池柜，输出为DC48V，服务器电源采用AC277V和DC48V双输入，市电正常时作为主用，市电中断后由蓄电池输出DC48V为服务器供电。蓄电池后备时间为45秒。此方案的系统效率与240V HVDC Offline方案及DC12V分布式系统相当。
3.3 DC240V 分布式系统
随着业内对数据中心能耗关注日益增强，国内近几年出现了一种新型的分布式DC240V电源设备，同样采用离线方案，市电正常时，直接输出市电电源，市电停电后，由内部锂电池提供DC240V输出。
这种方案的优势是IT设备无需定制，只要兼容DC240V供电即可。其缺点是电源内部存在AC220V和DC240V的切换，系统可靠性降低;锂电池串联数量多，单只电池故障会影响系统的可靠性。
从实际应用效果看，某互联网公司租用的数据中心一年中发生十几起电源故障，证明此架构还需完善。
四、总结和展望
根据以上讨论，可以看出数据中心不间断电源系统架构呈现如下两种趋势：
第一，从在线到离线。UPS ECO模式、DC48V电池备用、DC12V电池备用、DC240V电池备用等本质上都是将电源离线，从而降低电源成本和运行损耗。
第二，从集中到分布。随着锂电池等新型储能设备的发展以及大数据时代服务器快速部署、灵活扩展的需要，不间断电源设备正在从集中到分布。
供电架构只有更好，没有最好，选择与业务匹配的技术才是最佳选择。对于追求稳定可靠的银行客户，UPS双总线架构可能是稳妥的选择;对于追求低成本、快速发展的互联网企业，将更青睐于分布式锂电池方案。
另一种格式的总结和展望：
过去，计算机作为一种非常娇贵的设备，双转换在线式UPS消除了市电电能质量问题，但带来了6-10%的电能损失以及其自身可靠性低的问题。
通过冗余可以提高系统可靠性，UPS发展出主备供电、N+1冗余并机、双总线、分布冗余等方案，相应带来的是成本和能耗的进一步增加。
为了避免UPS设备故障率高的问题，国内提出并已规模部署了直流240V电源系统，大部分IT设备可以直接兼容直流供电。
UPS ECO模式是一种离线供电方案，虽然效率较高，但是解决不了UPS设备故障率高和不便于维护的问题。
Facebook提出了48V直流电源设备离线运行的方案，降低了电源设备投资和损耗。48V系统的缺点是电压低，电流大，配电设备容量大，配电距离近，不仅投资高，而且蓄电池需靠近服务器机柜布置。
国内蓄电池的品质差，易产生漏液、着火等故障，因此这种方案直接应用于国内风险非常大。百度提出了240V高压直流离线应用的技术方案，蓄电池安装在专门的电池室，有效控制了安全风险，同时电源设备成本节省70%，电源效率提高到99.5%。
DC12V分布式锂电池方案可以简化前端供配电系统，加快部署速度，但是国内动辄15分钟以上的后备时间与谷歌分钟级(据估计3分钟左右)的后备时间相比，锂电池的配置增加3-5倍，相应成本和安全风险都成比例增加。
随着国内数据中心前端配电系统及发电机自动控制系统的完善以及运营水平的提升，蓄电池的后备时间一定会缩短，分布式锂电池供电系统将在互联网等行业数据中心迎来春天。
原标题：数据中心不间断电源系统架构演进（3）
