高壓直流和UPS的恩怨史，誰將會笑到最后？
高壓直流和UPS在IDC行業已經爭論了很些年。每個陣營都有不少支持者和反對者。筆者最近去上海參加了Huawei Connect，和業界同行做了一些交流，決定寫一篇文章談一下這個問題。這篇文章不是為了酸某一方，或吹捧，更多闡述一下思考的技術和商業角度，行業產生不同觀點看法很正常，交給時間印證。
之前朋友說我寫的一些文章有時候觀點不夠鮮明，關于高壓直流和UPS一方。筆者年初一篇文章也提及過，只是沒有展開闡述具體論點，可以看看下面鏈接筆者之前發過的文章。
IDC技術發展預測——2019~2022年
筆者再補充一個觀點，高壓直流會成為 UPS體系一個分支作為補充，市場依然有，但壯大可能性小，市場機會在于存量博弈和目標客戶的自然增量，發展速度會慢于交流UPS， 最終走向邊緣化三大主要因素：
交流UPS不斷技術以及成本變革超越高壓直流，演變結果——大容量模塊化UPS
IT技術發展配套電源形態變化，演變結果——服務器強耦合12V/48V電源架構
業務發展要求使用交流UPS
現在高壓直流的采購主要靠BAT三大互聯網用戶背后做推手，硬靠幾大用戶的規模撐起一片天。高壓直流經過這么些年發展，可惜并沒形成行業用戶的主流技術形態。高壓直流也因此貼上 BAT數據中心的技術標簽，這其實對產業鏈發展并不好，變成利基市場 。一旦這幾大用戶出現技術路線變更，這個利基市場就變得危險。筆者看到的情況是，本來想進入高壓直流市場的廠商，選擇退出，理由很簡單，客戶就這么幾個，作為新玩家多半靠價格，沒其他供應鏈拉通和成本分攤，游戲無法持續?，F有玩家，價格戰也應付得疲于奔命，利潤不多影響長久的研發投入。互聯網公司的大型項目，基本都是今天的最低價就是明天的入圍價。行業除了幾個用戶使用，沒其他客戶產生足夠利潤，難以維持。所以這些年看到好幾個高壓直流廠商都停止研發新產品技術，這也給了UPS廠商迎頭趕上的機會。
筆者會從下面幾個角度對展開闡述
1. 技術邏輯和優劣比較
2. 優劣背后的條件和原因
3. 現有產業鏈生態的影響
廢話不多說，直接上干貨。
(一)技術邏輯和優劣
高壓直流產生大致源于2011年，下面鏈接就是IDC圈2011年底的一篇文章介紹高壓直流，印象中當時是電信IDC的技術率先試用和主導，之后被引入到BAT等互聯網公司進行試點再到規模使用。
當時年代的技術背景，UPS市場還是工頻機和高頻機打得大熱，互聯網公司才開始在數據中心市場嶄露頭角。筆者還記得10年前，大家討論兩大UPS話題，工頻機的話，5/7次LC濾波器+6脈沖 PK 11次LC濾波器+12脈沖。大容量單機高頻機才發布不久，價格不能殺太狠把自家工頻機市場逼絕路，同時高頻機和工頻機的對決，也催生了各種白皮書和技術文章，最經典莫過于說工頻機隔離變壓器是否有隔離作用，是否更安全。還有當年IBM機器引發所謂零地電壓1V的問題，總之高頻機和工頻機爭吵不可開交，為了能夠滿足企業招標流程，很多時候客戶只能拉齊到工頻機。而典型工頻機的效率就是93%滿載，而低負載率時候，效率非常難看，放在現階段對比新型模塊化UPS，這些老古董就像拿著手提收音機和iPod的差別。當時模塊化UPS，就是一個異類產品，容量做不大，有大容量產品的廠商定價也很高。那些帶電熱插拔功率模塊，USB固件升級，效率96%，輸出功率因數1.0，擺在當時來說都是超前的設計。這些差異化讓招投標上面非常有利spec in，但另外一方面，手握工頻UPS和高頻UPS，模塊化UPS多張牌的廠商，也不愿意在技術和市場策略上All in某種技術。
這就是當時技術和市場發展的背景。理解了這個背景，就容易明白當年高壓直流產生的比較對象和條件。高壓直流具體技術筆者不會介紹，網上很多文章介紹。當時高壓直流橫空出世，主打幾個優勢
1. 輸入功率因數高，輸入諧波低，方案成本比UPS低，特別當時工頻UPS+無源濾波器，最好配有源濾波器;
2. 模塊化設計，內置冗余，模塊可以熱插拔維護，不像工頻機和高頻機的塔機，故障需要打電話找廠商售后服務，修復時間長。高頻UPS單機并非模塊化設計，而模塊化UPS的價格較高。
3. 直流電源系統參考48V通信電源設計，更加簡單可靠
4. 效率95%左右，繼承通信電源很多技術體系，包括模塊休眠技術;效率曲線在不同負載率下比工頻UPS有絕對優勢，比高頻UPS也有1~1.5%效率領先;如果配合一路市電和一路高壓直流設計，系統效率固然更高。
簡而言之，技術性能比當期先進的模塊化UPS略低，做一路市電一路高壓直流一馬平川，價格感人。
其他說到的優勢，例如電池直掛母線更加可靠。當時主要論點是，電源故障下，電池直掛負載放電，更高可靠。筆者對此持有不同意見。
1. 如果真是發生直流電源整體不可用，電池放電也就是15-30分鐘滿載容量，然后電池放電完畢，該掉電仍然躲不開。對比UPS和高壓直流都同時發生系統故障需要整體更換，由于UPS存在靜態旁路和外置旁路，輸入和輸出都是交流，可以切換到外置旁路，可以結合市電或發電機繼續向負載供電。相反高壓直流由于輸入交流輸出直流原因，無法通過旁路做故障隔離。
2. 高壓直流的電池直掛輸出母線，對比UPS的電池需要經過雙向DC/DC變流器+逆變器，電路拓撲上當然高壓直流簡單，但是否更可靠則很難說清楚。逆變器和充放電器故障概率有多高導致不能放電，缺乏廠家數據支撐，但市面上出現UPS故障不能放電的案例據了解概率很低。即使高壓直流，筆者也碰到過華南一個IDC無法放電的情況，當然這是個例，主要是電池問題，但這也反映了一個現象，UPS有能力通過充放電器DC/DC做到更好電池管理避免這種情況，而高壓直流目前設計并不能很好支持。
(二)優劣背后的條件和原因
這個章節對上面章節進行一對一分拆和思考。
1. 論點一——輸入入功率因數高，輸入諧波低，方案成本比UPS低，特別當時工頻UPS+無源濾波器，最好配有源濾波器。
對比的條件是當年工頻機架構有優勢，而高頻機輸入特性和高壓直流類似，因為都有PFC電路。而成本方面，現在高頻UPS價格和高壓直流差不多，規模采購時候價格還可以更優。如果采用大型模塊化UPS設計，結合更簡潔供配電架構設計，可以比高壓直流系統成本更低 。高壓直流成本劣勢在于單機容量受制于240V母線電流容量做不大，目前主流用800A~1200A，1600A的高壓直流普及率仍然低。即使1600A，對應也就是400~500kVA的UPS。如果高壓直流配輸入ATS，價格也更高。
2. 論點二——模塊化設計，內置冗余，模塊可以熱插拔維護，不像工頻機和高頻機的塔機，故障需要打電話找廠商售后服務，修復時間長。
現在模塊化UPS同樣可以實現這些功能。 有些廠商的模塊化方式略有不同，雖然不能做到熱插拔，但模塊故障不影響整機運行是沒問題的。模塊出了問題，內部也有負荷開關或fuse進行隔離維護。
3. 論點三——直流電源系統參考48V通信電源設計，更加簡單可靠。
簡單即可靠，這個論據本身就不是非黑即白，雙方都可以舉出很多例子證明各自立場觀點，高壓直流基本結構是PFC升壓后，再DC/DC到240~270V。UPS是PFC后到逆變器，這部分和高壓直流類似。不同點在電池通過DC/DC雙向變流器掛在直流母線上， UPS結構上還有靜態旁路和手動旁路，可以在線切換和隔離，電池放電結束如果旁路有電，也可以切換到靜態旁路，而高壓直流并不具備這個功能。
再舉例子，電池直掛輸出母線，比電池帶充放電DC/DC再到母線，還有電池內部含BMS電池管理，高壓直流電池肯定更簡單，但是否更可靠?后者多了管理的設計，某種層面只會做更加可靠，否則花這個錢就沒價值了。華為今年發布了SmartLi的鋰電池方案，筆者在上海華為Connect現場看到也做了一些交流，大致上從傳統鋰電池管理升級成3層電池管理架構。即電池包內部BMS，然后每組電池有獨立的DC/DC充電模塊集成在電池柜內，形成第二層BMS管理，也實現每組獨立充放電策略，包括新舊電池混用，最后還有UPS內部的DC/DC充電器，這三層互相通信，利用之前測試大數據固化成的策略做控制管理，控制環流。從這個案例看，做了智能管理的鋰電池肯定更加復雜，但這個設計出發點其實是讓電池系統壽命和可靠性更高，所以并非一定簡單即可靠。
生活上也有很多例子，10年前功能手機比現在智能手機簡單得多，是否更可靠?或者間諜角度傻瓜機可靠，這種被動式可靠和智能手機更加高級的安全設定主動防御對比，誰更可靠?看看市場普及智能手機的結果，現實角度，說那么多理論對比也沒啥卵用，用戶用腳投票，就是在應用層面，哪個廠商產品簡單好用，少出事就可以了，出了事廠家也有足夠人力和資源及時解決。 又不是技術極客和研發，哪來功夫研究設備內部復雜度做硬核對比，即使對比了，又能如何 ?
要玩硬核，也可以有，不喜歡理論的可以跳過這部分。理論計算用業界公認的可用性模型MTTR和MTBF去建模，但都是制造商數據，難免不夠中立。撇開計算過程，同樣N+X配置的高壓直流 PK 模塊化UPS。運行模式對比如下
運行模式高壓直流UPS
N+X模塊正常可用性為A1可用性為A2
N模塊正常，1~X模塊故障可用性為B1可用性為B2
輸入故障，電池放電電池可用性為C1電池可用性C1*UPS逆變和充放電部分可用性C2
自動/手動切換旁路無可用性為D2，需要切換到靜態旁路或手動旁路，例如固件升級或整機故障
MTBF硬核PK的結果，就是個各種運行模式的可靠性相加之和做對比。假設高壓直流和UPS模塊可靠性一樣，即A1=A2,B1=B2，那么差異存在于電池放電和切換旁路模式對比。數據理論計算難以形成感性認識，從運營角度，UPS可以在線隔離，離線電池測試也容易實現，反觀高壓直流電池測試一般靠調低輸出電壓讓電池帶真實負載放電，要么每組電池單獨隔離做離線測試，相比之下顯得繁瑣。
總而言之，簡單即可靠，這句話更多是市場營銷心理套路，也就是人們既喜歡簡單的事物，也喜歡可靠的事物，但簡單不一定推導出可靠 ，反之亦然。
4. 論點四——效率95%左右，繼承通信電源很多技術體系，包括模塊休眠技術;效率曲線在不同負載率下比UPS有優勢;如果配合一路市電和一路高壓直流設計，系統效率會更高。
放在當年老邁的工頻機技術，還有當年第一代大容量高頻單機UPS，這個并沒有問題?，F在看來，新型UPS都能實現這些，主流廠商的UPS都可達96%效率以上，筆者看過TUV，UL以及泰爾認證報告，效率值都比主流高壓直流廠商產品略高。而一路市電一路高壓直流設計，論可用性，未必有N+1的UPS做分布式冗余高，或者沒有BR/Catcher設計高，特別在運營上。美國很早就大規模設計N+1的UPS架構，整體成本得到很大優化。反觀高壓直流，如果做N+1設計，因為直流輸出，直流母線側難以實現BR/Catcher架構，而分布式冗余，由于高壓直流容量受限，做起來比大容量UPS麻煩得多，特別是高密度機架 。
另外，針對系統效率，UPS還有ECO模式，改進型的ECO還帶有有源濾波功能，例如施耐德的E變換。如果合理開發使用ECO模式，系統效率只會比一路市電一路高壓直流高。除了改進型ECO，還有使用UPS作為儲能的套路，雖然這個還處于應用的探索期，但UPS似乎想改變行業定位，不甘于只做IDC市場，要進入儲能市場。
當年一些高壓直流的優勢，近幾年已經被UPS的發展技術追上。所以我們不妨思考一個問題，如果模塊化UPS的成本，效率，可靠性持續得到優化并被市場認可，高壓直流的市場又剩下多少？
說一些高壓直流的劣勢
以鉛酸電池設計為主，直流母線低壓較低，較難匹配主流鋰電池電壓，鋰電池很可能需要定制。
占地容量較大，高壓直流的微模塊，1個輸入配電柜+1個整流柜+2個鉛酸電池柜，即使配電柜側放也要2.1m，如果改橫放，要2.4m，提供容量一般不超過150kW。支撐1200kW就需要8套，也就是8*2.1~2.4m。對比1200kW的模塊化UPS+鋰電池方案，例如筆者在華為Connect看到的Fusion Power 1200 配套SmartLi鋰電池，橫向占地大概7-8m，占地減半。
(三)現有產業鏈生態的影響
對生態鏈，電源的定位就是給ICT產品做配套 。在此，筆者要強調一個原則，不要因為解決局部問題而對全局產生重大影響 。高壓直流是需要ICT設備的電源模塊PSU去適配的，在全局里面看就是一個局部問題。技術的標準影響了龐大的產業鏈，想象一下，如果服務器不兼容高壓直流，使用了高壓直流的數據中心用戶，總不能和IT部門說，你們必須買支持高壓直流的設備，否則我們不上電，不能用?!這種話在業務部門面前基本要被拉去咔嚓……當年BAT為了推廣高壓直流，利用自己服務器強大的采購規模，硬生生要求服務器廠家的電源必須適配高壓直流。萬幸的是，服務器電源廠家也不是五花八門，經過不斷配合，BAT最起碼做到自家服務器層面的電源支持高壓直流 ，但并非市場所有都支持，特別外資服務器公司還有網絡設備公司。服務器和網絡設備廠商，心態很簡單，用戶買我設備，量足夠大，更改成本和收益還是能夠算回來，就愿意改，收益不大而且投入成本高，就寧可放棄。所以對于普通用戶以及風險敏感型金融用戶，筆者一直建議就是從眾心理，到時候市場主流是什么，順勢而為，供應鏈成熟，成本透明，再買就是了。讓這種局部問題影響全局的早期游戲交給大用戶就行，做個吃瓜群眾不也挺好?大用戶作為大樹撐起狂風暴雨，下面小草雨露均沾，多么和諧社會。
筆者在國外也經歷了一些類似案例。某廠家推薦所謂CPS架構，實際就是去掉低壓ATS，改成直流電源+UPS混合架構。字面理解這個有點難，大家可以上網搜索CPS數據中心系統做了解。當時廠商和老外顧問認為ATS不可靠，非要用這種另類的架構。這典型就是為了解決局部問題而對全局產生重大影響。顧問和廠商宣稱這個架構的論據就是ATS不可靠，要用電源架構組合來解決。是不是要來一個黑人的問號臉?Are you serious?
那是不是大量海內外現存的數據中心ATS都被技術鄙視?!這技術邏輯也是神了。碰上筆者這種耿直Boy也算廠商銷售和無賴顧問的運氣。那時筆者找了ATS的可用性數據和直流電源比較，前者可用性數據更好，老外瞬間被吊打……即使ATS真有問題，需要動用ATS的概率有多少，一個ATS故障也不會影響整個系統。為了去掉ATS把系統改得非常奇怪，發電機模式下效率還更低，收益和投入值得?面對這類技術問題，空談誤國，還是實干興邦更合適。后來筆者找來幾個廠商用ATS的架構投標來PK所謂CPS架構，結果下來CPS架構廠家慘敗。到下一次項目的時候，CPS廠商銷售突然畫風變了，說其實我們架構也可以改ATS架構……這些廠商嘴臉也變化得夠快，秀肌肉不成還不是最后被市場教做人，忽悠小白可以風光一時。這類技術架構問題，除非有極大創新和利益空間推動產業鏈進步，大家愿意陪著玩，背后就是利益足夠大撬動產業鏈整體發展，這樣才能教育市場誰才是牛X，否則要么耍流氓騙小白，最終逃不過被市場教育。
當年高壓直流主流廠家，幸虧臺達還有早年雅達(艾默生)也是服務器PSU主要供應商，不然這個供應鏈匹配進程會艱辛更多。即使BAT，面對不能兼容高壓直流的設備，也要進行設計的異構，也就是配置交流UPS。除了國內BAT，國外Facebook，谷歌的Spec里面，也規定網絡設備是UPS，通常還是2N配置。
講到這，回過頭看，花了這幾年功夫去影響產業鏈，高壓直流對比模塊化UPS在成本和技術上一旦不占優了，那當年折騰的價值在哪，搞其他事會不會收益更高呢?即使高壓直流目前仍然有優勢，這個收益有多大，和投入的資源相比是否值得?換個說法，如果當年真的是那么有技術和成本優勢，按道理應該成為一個普遍市場趨勢，受到市場用戶廣泛認可，但為何目前仍然靠BAT在支撐，其他互聯網公司為什么不考慮呢?如果高壓直流眾望所歸，應該不少廠家涌進來，每年來總有新品發布了。產業鏈上下技術方案選擇都是利益驅動，有技術的理想主義很好，在技術路線上要多考慮商業化和生態鏈問題。筆者提到變革驅動因素最后一點，就是業務的需求。BAT用戶都有在云計算上發力，而國內私有云的發展和市場機會很大。私有云或者混合云的客戶，多數不接受高壓直流設計，特別一路市電一路高壓直流。 如果BAT大舉進入私有云市場，現有高壓直流技術架構面臨業務部門挑戰?，F階段看，高壓直流要成為國內普遍技術架構的時間窗越來越小，機會也越小。
說回另外一個問題，筆者看到數據中心對計算資源的服務要求更高，讓數據產生更多價值是所有公司追逐的方向。這次在上海看到華為Connect發布的Atlas AI平臺，單機架功率高達50kW，使用全液冷方案。后續高密機架可能做成分布式12V/48V電源并且帶BBU，類似OCP和天蝎架構，重構服務器的電源和制冷方式，谷歌的AI服務器就是類似設計。AI服務看樣子會在后面幾年大展拳腳，看看英偉達的GPU業績，各大公司在AI上面追逐的情況，筆者聞到變革的氣息。相信高密度會成為一個態勢，高壓直流容量受限面對高密度機架會受挑戰。與此同時，液冷對傳統制冷系統也形成挑戰，現在大紅大紫宣傳的間接蒸發，也許沒幾年就明日黃花。
有變化，就有機會，小日子還能折騰下幾年，Game On!Are you ready?
原創： 萊奧Leo 大話IDC以上就是100唯爾(100vr.com)小編為您介紹的關于高壓直流的知識技巧了，學習以上的高壓直流和UPS的恩怨史，誰將會笑到最后？知識，對于高壓直流的幫助都是非常大的，這也是新手學習電子專業所需要注意的地方。如果使用100唯爾還有什么問題可以點擊右側人工服務，我們會有專業的人士來為您解答。
本站在轉載文章時均注明來源出處，轉載目的在于傳遞更多信息，未用于商業用途。如因本站的文章、圖片等在內容、版權或其它方面存在問題或異議，請與本站聯系(電話：0592-5551325，郵箱：help@onesoft.com.cn)，本站將作妥善處理。
向客服提問高壓直流課程推薦
電子專業技術文檔
推薦閱讀
