I nte rna t io na l J o urna l o f   P o wer   E lect ro nics   a nd   Driv S y s t em s   ( I J P E DS )   Vo l.   1 2 ,   No .   3 Sep tem b er   202 1 ,   p p .   1 5 3 5 ~ 1 5 5 5   I SS N:  2088 - 8 6 9 4 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / ijp ed s . v 1 2 .i 3 . pp 1 5 3 5 - 1 5 5 5           1535       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   A comp rehe nsiv revi ew of d istribu ted  po we r sy stem  a rchitec t ure  for t elecom  and da tac enter  a ppl ica tions       Ra m esh   B .   Da rla ,   Chitr a   A   S c h o o o f   El e c tri c a En g in e e ri n g ,   Ve ll o re   In stit u te o f   Tec h n o lo g y ,   Ve ll o re ,   Tam il n a d u ,   I n d ia       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   May   7 ,   2 0 21   R ev is ed   J u n   2 3 ,   2 0 21   Acc ep ted   J u l 1 6 ,   2 0 2 1       Wi th   th e   d o m in a ti n g   u t il it y   o f   th e   in tern e t,   it   b e c o m e c rit ica to   m a n a g e   th e   e fficie n c y   a n d   re li a b il it y   o tele c o m   a n d   d a tac e n ter,  a t h e   p o we r   c o n su m p ti o n   o f   th e   i n v o lv e d   e q u ip m e n a ls o   i n c re a se s.  M u c h   p o we b e in g   wa ste d   th ro u g h   t h e   p o we c o n v e r sio n   sta g e b y   c o n v e rti n g   AC  v o lt a g e   to   DC   v o lt a g e   a n d   t h e n   ste p p i n g   d o wn   t o   l o we v o lt a g e t o   c o n n e c to   in fo rm a ti o n   a n d   c o m m u n ica ti o n   tec h n o lo g y   (I CT)  e q u ip m e n t.   4 8 / 1 2   VD is   th e   sta n d a rd   DC  b u a rc h it e c tu re   to   se rv e   t h e   e n d   u ti li ty   e q u i p m e n t.   T h is  v o lt a g e   lev e l   is  fu rth e p r o c e ss e d   to   m u lt i p le  lo we v o lt a g e to   p o we u p   th e   in tern a l   a u x il iary   c ircu it s.   P o we l o ss e a re   in v o l v e d   w h e n   it   is  c o n v e rted   fr o m   h i g h e r   v o lt a g e   to   l o we v o lt a g e s.  T h e re fo re ,   th e   e fficie n c y   o p o we c o n v e rsio n   is   lo we r.   Th e re   is  a   n e e d   t o   i n c re a se   th e   e fficie n c y   b y   m i n imiz in g   th e   p o we lo ss e wh ich   o c c u r   d u e   to   t h e   c o n v e rsio n   sta g e s.  Diffe re n t   m e th o d a re   a v a il a b le  to   in c re a se   th e   e fficie n c y   o a   sy ste m   b y   o p ti m izin g   th e   c o n v e rter   to p o lo g ies ,   se m ico n d u c to m a teria ls  a n d   c o n tr o m e th o d s.  T h e r e   is  a n o th e r   p o ss ib i li ty   o f   in c re a sin g   t h e   e fficie n c y   b y   c h a n g i n g   th e   a rc h it e c tu re   o a   sy ste m   b y   in c re a sin g   th e   DC   b u v o lt a g e   t o   h ig h e v o lt a g e to   o p ti m ize   th e   lo ss e s.  Th is  p a p e p re se n ts  a   re v iew   o f   a v a il a b le  h ig h   v o lt a g e   o p ti o n s   fo r   tele c o m   p o we d ist rib u ti o n   a n d   d e v e l o p m e n ts,  im p lem e n tatio n a n d   c h a ll e n g e s a c ro ss   th e   wo r ld .   K ey w o r d s :   Data ce n ter   p o wer   Dis tr ib u ted   p o wer   ar c h itectu r e   I n ter m ed iate  b u s   T elec o m   p o wer   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   C h itra   A   Sch o o l o f   E lectr ical  E n g in ee r in g   Vello r I n s titu te  o f   T ec h n o lo g y ,   Vello r e,   T am iln a d u ,   I n d ia   E m ail: c h itra . a@ v it.a c. in       1.   I NT RO D UCT I O N   I n   th is   d ig ital  wo r ld ,   th q u ick   u p g r a d atio n   o f   n etwo r k   in f r astru ctu r lik telec o m m u n ica tio n s   an d   n etwo r k   s er v ices,  o p tical  f ib e r s   in   s u b s cr ib er   n etwo r k s ,   an d   m o b ile  telec o m m u n icatio n s   s er v ices  n etwo r k s   h as  b ec o m e   m an d ato r y   to   s ati s f y   th g r o win g   d ata   n ee d s .   Su b s eq u en tly ,   p o wer   co n s u m ed   b y   th in f o r m ati o n   an d   co m m u n icatio n   tech n o lo g y   ( I C T )   eq u ip m en d e p lo y e d   in   th ese  n etwo r k   s y s tem s   also   in cr ea s es  ev er y   y ea r .   T o tal  g lo b al  I C T   p o we r   co n s u m p tio n   in   2 0 1 5   is   ar o u n d   1 7 0 0 T W h   a n d   is   ex p e cted   to   b 2 7 8 8   t o   5 8 6 0 T W h   b y   2 0 2 5   [ 1 ] .   I n   o r d er   to   s u p p o r th co m p u tin g   i n f r astru ctu r e,   ea c h   d ata  ce n ter   r eq u ir es  f ew  MW   o f   p o wer ,   v er y   lar g e   d ata   ce n ter   r e q u ir es  1 0   MW  o f   p o we r .   I t   is   an ticip ated   to   g r o in   t h f u tu r e   to   5 0   MW  [ 2 ] [ 3 ] .     Fifty   p er ce n t o f   th p o w er   is   s u p p lied   to   th I C T   lo ad   in   d ata  ce n ter ,   in clu d in g   p r o ce s s o r s ,   m em o r y   an d   o th er   au x iliar y   d e v ices.  T h r em ai n in g   p o wer   is   wasted   in   p o wer   co n v er s io n ,   p o wer   d is tr ib u tio n   an d   co o lin g   [ 4 ] - [ 8 ] ,   Fro m   Fig u r 1 ,   it  is   u n d e r s to o d   th at  f o r   ea c h   wattag o f   p o wer   c o n s u m ed   b y   d ata   p r o ce s s in g ,   o n eq u iv alen watt  o f   p o wer   is   b ein g   wasted   in   p o wer   co n v er s io n   p lu s   co o lin g .   T h er e f o r e,   I C T   eq u ip m en t   an d   its   co o lin g   s y s tem   co n s u m es  ap p r ec iab le  p o r tio n   o f   p o wer   in   d atac en ter .   I n   d ata   ce n ter ,   th co o lin g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   I n t J  Po E lec  &   Dr i   Sy s t ,   Vo l.  12 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 2 1   :   1 5 3 7     1 5 5 7   1536   r eq u ir em e n d ep e n d s   o n   t h e n er g y   d en s ity   o f   th I C T   lo ad .   T h er ef o r e,   e n er g y   s av in g s   w ith in   th I C T   lo ad   wo u ld   d ir ec tly   af f ec th e   lo a d in g   o f   m o s s u p p o r s y s tem s ,   s u ch   as  co o lin g   s y s tem ,   UPS  ( Un in ter r u p tib le   Po wer   Su p p ly ) ,   an d   p o wer   d is tr ib u tio n .   As  r esu lt  o f   th g r o win g   en er g y   co s o n   th to tal  co s o f   o wn er s h ip ,   ef f icien cy   c o n s id er atio n s   b e g a n   to   in f lu en ce   t h d ec is io n s   to   p u r ch ase  eq u ip m e n s ig n if ican tly .   T h er ef o r e,   th p o wer   s u p p l y   s y s tem   th at  f ee d s   I C T   eq u ip m en t sh o u ld   b h i g h ly   r eliab le  a n d   ef f icien t [ 9 ] - [ 1 1 ] .     As  th n u m b e r   o f   p o wer   s tag es  is   m o r with   tr ad itio n al  d i s tr ib u tio n   s y s tem ,   th r esear c h   h as  b ee n   p r o g r ess in g   f o r   an   alter n ativ e   s o lu tio n   to   r ed u ce   th e   p o wer   co n v er s io n   s tag es.  I h elp s   to   in cr ea s th s y s tem   ef f icien cy   a n d   r eliab ilit y   b y   u s in g   th alter n ate  d is tr ib u tio n   v o ltag [ 1 2 ] .   T r a d itio n ally ,   th p o wer   d is tr ib u tio n   f o r   th e   d ata   ce n ter s   is   AC   v o lt ag an d   f o r   th e   telec o m m u n ic atio n   f ac ilit ies  th p o wer   d is tr ib u tio n   is   4 8 DC   [ 1 3 ] .   C o m p ar ed   with   l o v o ltag DC   d is tr ib u tio n ,   th u s o f   h ig h   v o ltag e   DC   i s   an   en er g y - ef f icie n d is tr ib u tio n   m et h o d   f o r   b o th   d ata  ce n tr es  an d   telec o m m u n ic atio n   f ac ilit ies.  Hig h   v o ltag e   DC   d is tr ib u tio n   h as   b ee n   in   d is cu s s io n   f o r   m o r t h an   d ec a d e.   Var io u s   test s   [ 1 4 ]   h av also   h ig h lig h ted   th a b i lity   o f   h ig h   v o ltag DC   to   in cr ea s th ef f icien cy   o f   d is tr ib u ted   r en ewa b le  e n er g y   g e n er atio n   an d   its   lo w er   co m p o n e n co s ts .   Ad v an tag es  an d   b en ef its   o f   a lter n ate  h ig h   v o ltag d is tr ib u t io n   h av b ee n   s u m m ar ized   as   h ig h er   r eliab ilit y ,   b etter   o p er atio n   an d   m ain ten an ce ,   in tellig en m an a g em en t ,   r ed u ce d   h ar m o n ic  in ter f ac e ,   h ig h   s ec u r ity ,   l o co s an d   h ig h e r   ef f icien cy   [ 1 4 ] .   Var io u s   test   r esu lts   s h o th at  th p er f o r m an ce ,   r eliab ilit y   an d   co s r e d u ctio n   ar en h an ce d   b y   im p le m en ti n g   a   h ig h   v o ltag e   DC   d is tr ib u tio n   r ath er   th an   a   4 8 V   D C   d is tr ib u tio n   [ 1 4 ] .   Ho wev er ,   s o m ch allen g es  f o r   im p lem en tin g   th h ig h   v o ltag DC   d is tr ib u tio n   lik s af ety   [ 1 5 ] [ 1 6 ] ,   r eq u ir em e n t o f   n ew  co m p o n en ts   to   s u it h ig h   v o ltag e   an d   im p lem en tatio n   s tan d ar d s   [ 1 6 ] .   T h is   p ap er   f o cu s s es  o n   th p o wer   d is tr ib u tio n   ar c h itectu r o f   th I C T   eq u ip m e n d e p lo y ed   in   d atac en ter   a n d   telec o m m u n icatio n   ce n ter .   An   ex h a u s tiv co m p r eh en s iv e   r ev iew   o f   th a v ailab le  h ig h   v o ltag e   ar ch itectu r es  is   p r esen ted   in   t h is   p ap er .   Sectio n   2   e x p lai n s   th ty p es  o f   p o wer   d is tr ib u tio n   u s ed   f o r   telec o m   an d   d atac en ter   a p p licatio n s .   S o m d is tr ib u tio n   s y s tem s   ar e   also   u s ed   f o r   o th er   ap p licatio n s   lik au t o m o tiv e,   r esid en tial  h o m es  an d   elec tr i v eh icles.  As  it  is   s h o wn   th at  to   m an ag e   th p o wer   d is tr ib u tio n   s o u r ce s   th at  s u p p ly   I C T   e q u ip m e n t,  it  is   n ec ess ar y   to   u n d er s tan d   th in t er n al  p o wer   ar c h itectu r h o w   th DC   v o ltag e   is   d is tr ib u ted   to   d if f er en t lo a d s .           Fig u r 1 .   Data   ce n te r   p o wer   c o n s u m p tio n   b r ea k d o wn       2.   T YP E S O F   P O WE DI ST R I B U T I O N   T h I C T   eq u ip m e n d em an d s   d if f er en lev els  o f   DC   v o ltag e s   d u to   th v ar iety   o f   elec tr o n ic  cir cu its   in v o lv ed .   Fu r t h er ,   th ese  elec t r o n ic  d ev ices  u tili ze   h ig h ly   e f f icien s witch in g   d ev ices  th a n ee d   lo v o ltag e   an d   h i g h   cu r r en DC   in p u t.  T h er ef o r e ,   p r o p er   p o wer   d is tr ib u tio n   m ec h an is m   is   cr itical  to   ef f ec tiv ely   m ak e   th v o ltag d is tr ib u tio n   at  v ar i o u s   lev els  to   m ee d if f er en l o ad   r eq u ir em en ts   [ 1 7 ] .   Fig u r 2   s h o ws  th v ar i o u s   p o wer   d is tr ib u tio n   s y s tem s .   A s   d is cu s s ed   in   S ec tio n   1 ,   ea ch   p o wer   d is tr ib u tio n   h as  its   o wn   p o wer   d is tr ib u tio n   ar ch itectu r wh ich   a r d is cu s s ed   in   d etail.     2 . 1 .   Cent ra lized  po wer   dis t ri bu t i o n   T h n am im p lies   th at  th ex is tin g   ce n tr alize d   p o wer   p lan ts   co n s is o f   ch ar g s y s tem s ,   b at ter ies,  an d   o th er   p o wer   d is tr ib u tio n   eq u i p m en ts .   Fig u r 3   d ep ic ts   th ce n tr alize d   p o wer   d is tr ib u tio n   s y s tem .   T h is   p lan t   is   lo ca ted   in   a   s ep ar ate  p lace   f r o m   th telec o m m u n icatio n   s y s tem .   Du to   th s y s tem   is   at  a   d if f er en p lace   an d   d is tr ib u ted   v o ltag lev el  is   lo w,   lar g er   b u s   b ar s   o r   ca b le s   ar r eq u ir ed   [ 1 8 ] [ 1 9 ]   to   c o n n ec t.  C en tr alize d   p o wer in g   ar ch itectu r is   th e   o ld est  m et h o d   wh ich   h as  ad v an tag es  a n d   d is ad v an ta g es  as  b elo [ 1 9 ] .   Ad v an tag es:  a it  is   s im p le  a n d   r elia b le,   b )   th e   ee n e r g y   s y s tem   is   o u ts id o f   d atac en ter s ,   c)   th e   s ca lin g   o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2088 - 8 694       A   co mp r eh en s ive  r ev iew   o f d is tr ib u ted   p o w er sys tem  a r ch ite ctu r fo r   telec o m   … ( R a mesh   B .   Da r la )   1537   b atter ies  ar ea s y ,   d )   th te m p er atu r o n   b atter ies  is   lo wer   d u to   s ep ar ate  r o o m   in s tallati o n .   Dis ad v an tag es:  a)   en er g y   lo s s   is   h ig h er   d u to   lo n g   d is tr ib u tio n ,   b )   less   ef f icien cy ,   c)   h ig h e r   co s d u t o   m o r co p p e r   u tili ty .     2 . 2 .   Dec ent ra lized/di s t ribute po wer   dis t rib utio n   Dis tr ib u ted   p o wer   is   th least  co m p licated   s tr u ctu r to   b u ild   u p   th r eq u ir ed   v o ltag lev els d ir ec tly   at  th eq u i p m en ( s y s tem )   ch ass is .   T h p o wer   is   th e n   d is tr ib u te d   th r o u g h o u t   th s y s tem   [ 1 9 ] .   Dis tr ib u ted   p o wer   s y s tem   elim in ates  lar g er   b u s b ar s   o r   ca b les  in v o lv ed   with   th p o wer   d is tr ib u tio n   u n lik ce n tr alize d   p o wer   s y s tem .   Fig u r 4   s h o ws  th at  th b lo ck   d ia g r am   o f   Dis tr ib u t ed   Po wer   Sy s tem   ( DPS).   T h p o wer   is   s u p p lied   f r o m   th i n p u s o u r ce   to   th lo ad   ter m in als  b y   c o n v e r tin g   AC - to - DC   an d   th en   to   lo v o ltag DC   to   m ee t   s p ec if ic  lo ad   r e q u ir em e n ts .   T h er ar th r ee   ex is tin g   p o wer   d i s tr ib u tio n   ar ch itectu r es  wh ich   ca n   b ca te g o r is ed   as:  AC   d is tr ib u tio n ,   r ac k   le v e DC   d is tr ib u tio n ,   an d   f ac ilit y   lev el  DC   d is tr ib u tio n   [ 2 0 ] - [ 2 8 ] .   Dec e n tr alize d   p o wer in g   ar ch itectu r is   also   th o ld est  m eth o d   wh ich   h as  ad v an tag es  an d   d is ad v an tag es .   Ad v an tag es:  a it   r eq u ir es  less   co p p er   as  th A C   v o ltag is   d is tr ib u ted   to   d at ac en tr r o o m s ,   b )   it  is   ea s y   an d   f lex ib le,   c)   b etter   ef f icien cy ,   d )   ea s y   m ain ten a n ce .   Dis ad v an tag es:  a)   lim it ed   s p a ce   to   s ca le  th b atter i es,  b )   b atter ies  ar s u b jecte d   to   h ig h er   tem p e r atu r e,   c)   b atter y   test in g   b ec o m es d if f icu lt.           Fig u r 2 .   Po wer   d is tr ib u tio n   t y p es       Fig u r 3 .   C en tr alize d   p o wer   s u p p ly   d is tr ib u tio n             Fig u r 4 .   Dec en t r alize d   p o wer   d is tr ib u tio n s   s y s tem       2 . 3 .   AC  po wer   dis t rib utio n   AC   p o wer   d is tr ib u tio n   s y s tem   co n s is ts   o f   an   UPS  th at  r eg u lates  th g iv en   AC   in p u v o ltag to   a   f ix ed   o u tp u AC   v o ltag e.   First  it  i s   f ed   to   p o wer   d is tr ib u tio n   u n it  ( PDU) .   T h en ,   th is   r eg u lated   v o ltag is   d eliv er ed   to   I C T   p o wer   s u p p ly   u n its   ( PS Us).   T h ese  PS Us   ar d esig n ed   to   wo r k   f o r   u n iv er s al  AC   in p u t   v o ltag r an g e.   Fig u r 5   s h o w s   th ty p ical  ar ch itectu r o f   AC   p o wer   d is tr ib u tio n   s y s te m   with   f o u r   lev els  o f   p o wer   co n v er s io n   f r o m   o n f o r m   to   an o th er   f o r m   a n d   o n le v el  to   an o th e r   lev el.   T h AC   d is tr ib u tio n   s y s te co n s is ts   o f   b atter y   an d   UPS   as  b ac k u p   d u r in g   p o wer   o u tag f r o m   g r i d .   T h b atter y   c h ar g in g   cir c u it  is   p ar t o f   t h UPS wh ich   will c o n tr o l b atter y s   ch ar g in g   an d   d i s ch ar g in g   s tag es.   T h g iv en   AC   in p u is   co n v e r ted   in to   DC   v o ltag e,   an d   t h is   DC   v o ltag ac ts   as  in ter n al  DC   b u s   wh er th b atter y   an d   DC - to - AC   co n v er ter   ar co n n ec ted .   T h f u n ctio n   o f   th DC - to - AC   co n v er ter   is   to   p r o v id f ix ed   AC   wh ich   f ee d s   s y s tem   p o wer   s u p p ly   u n it.  T h is   r eg u lated   AC   is   co n v er ted   to   DC   an d   th is   D C   v o ltag is   s tep p ed   d o wn   t o   a   s af ex tr l o v o ltag e   ( SEL V)   with   an   is o lated   DC - to - DC   co n v er ter   w h ich   is   1 2   P o w e r   D i s t r i b u t i o n   T y p e s C e n t r a l i z e d D e c e n t r a l i z e d A C   P o w e r R a c k   L e v e l   D C F a c i l i t y   L e v e l   D C A C P o w e r   S o u r c e A C   t o   D C     P o w e r   C o n v e r s i o n a n d   B a t t e r y   S t o r a g e   A n d   D i s t r i b u t i o n     D i s t r i b u t i o n   T o   E x c h a n g e R o o m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   I n t J  Po E lec  &   Dr i   Sy s t ,   Vo l.  12 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 2 1   :   1 5 3 7     1 5 5 7   1538   VDC  o r   4 8   VDC.  So m lo ad s   ca n   d ir ec tly   ac ce p t 1 2   V,   wh il o th er   lo ad s   n ee d   lo wer   v o lta g es  wh ich   r eq u ir es   v o ltag r eg u lato r s   ( VR s )   to   s tep   d o wn   th v o ltag es  to   m ee th lo ad   r e q u ir em e n ts   [ 2 9 ] ,   [ 3 0 ] .   Fig u r e   5   s h o ws   f o u r   s tag es  o f   co n v er s io n   [ 3 1 ]   in   to tal,   two   s tag es  at   UPS   le v el,   1 .   AC - to - DC ,   2 .   DC   to   A C ,   an d   two   s tag es   with   I C T   Po wer   eq u ip m en t le v el  3 .   AC - to - DC   an d   4 .   DC - to - DC .   So ,   th er will b lo t o f   p o wer   wastag in   th s y s t em   o th er   th an   f ac ilit y   an d   co o lin g .   Ad v an tag es:  a)   AC   di s tr ib u tio n   is   co m p atib le  with   s er v er   in p u t,  b )   r eq u ir es f ew  p r o tectio n s   d e v ices,  c)   y ield s   h ig h er   ef f icien cy   if   UPS   i s   u s ed   in   o f f lin m o d e .   Dis ad v an tag es: a)   lo wer   ef f icien cy   if   UPS  is   u s ed   in   o n lin e   m o d a n d   h ig h er   p o wer   lo s s es  d u to   4   s tag es  o f   p o wer   c o n v e r s io n b )   p o o r   b atter y   life tim d u to   h ig h - tem p e r atu r r a n g as  it  is   alwa y s   co n n ec ted   to   ter m in a v o ltag to   av o id   b atter y   s elf - d is ch ar g e;   c)   l ess   r eliab ilit y   in   o p e r atio n   as  th er is   d is co n tin u ity   o f   o p e r atio n   wh en   th er e   is   UPS  f ailu r e.             Fig u r 5 .   AC   p o wer   d i s tr ib u ti o n   s y s tem       2 . 4 .   Ra ck - lev el  DC  po wer   dis t ributio n   Few  m an u f ac tu r es  u s 4 8   VDC  eq u ip m en in   th eir   r ac k s ,   wh ich   p er m its   h ig h   p o we r   d en s ity   b y   lo wer in g   th s er v e r s   h ea an d   p o wer   s u p p ly   ca p ac ity .   T h o u tp u v o ltag is   is o lated   b y   u s i n g   is o lated   DC - to - DC   c o n v er ter s   af ter   AC - to - D C   co n v er s io n .   I h as  th e   p o te n tial  b en ef it  o f   in cr ea s in g   n o /lig h lo ad   e f f icien c y   v ia  p r o p er   r ac k   lev el  m a n ag e m en an d   s izin g .   T h er e   is   also   r ed u ctio n   in   th n u m b er   o f   p o we r   co n v er ter s   n ee d ed   to   m a n ag e   th s am e   s ca le  o f   r e d u n d an cy   wh ich   c an   r ed u ce   th in itial  co s o f   p u r ch ase.   Ho wev er ,   b ec au s th n u m b e r   o f   p o wer   co n v e r s io n   s tag es  is   s im ilar   to   r estru ctu r e d   AC   ar ch itectu r es,  th is   s tr u ctu r is   n o an ticip ated   to   en h an ce   t h ef f icien cy .   R ac k   lev el  DC   d is tr ib u tio n   is   s h o wn   in   Fig u r 6   [ 3 2 ] .   T h s ig n if ican d if f er e n ce   b etwe e n   d is tr ib u tio n   o f   AC   p o wer   an d   d is tr ib u tio n   o f   r ac k   lev el   DC   p o wer   is   PS co n f ig u r atio n .   I C T   eq u i p m en t   n o e q u ip p e d   with   a   p o we r   s u p p ly   to   co n v er t   AC - to - DC .   Ho wev er ,   th e   I C T   eq u ip m en t   is   eq u ip p e d   with   DC - to - DC   co n v er t er   o n ly   a th f r o n en d   an d   o th e r   o n - b o ar d   DC - to - DC   co n v er ter s   to   r ed u ce   DC   v o lt ag e.   T h e   ad v a n tag es  an d   d is a d v an tag es  ar e   s im ilar   to   AC   d is tr ib u tio n   as  th e   b asic a r ch itectu r is   th s am e.             Fig u r 6 .   R ac k   lev el  DC   d is tr ib u tio n   to   I C T   eq u ip m e n t       2 . 5 .   F a cilit y - lev el  DC  po wer   dis t ributio n   Facility - lev el  DC   d is tr ib u tio n   p r o v id es  h ig h e r   ef f icien cy   b ec au s o f   th e   elim in atio n   o f   DC - to - AC   co n v er s io n   s tag e.   I co n s is ts   o f   f r o n t - en d   PS to   co n v e r AC - to - DC ,   PDU  tr an s f o r m er   ( if   ap p licab le) ,   an d   DC - to - DC   co n v er ter   to   co n v e r 4 8 VDC  to   lo wer   v o ltag to   m ee lo ad   r eq u i r em en ts .   DC   d is tr ib u tio n   at  4 8   A C p o w e r f e e d N o . o f   p o w e r c o n v e r s i o n s t a g e s = 4 U P S D C S t o r a g e B a t t e r y S w i t c h 2 E l e c t r i c G e n e r a t o r C o m m e r c i a l P o w e r S u p p l y 1 A C D C 3 A C D C 4 D C D C C P U I C T E q u i p m e n t 1 0 0 / 2 4 0 V A C D C A C A C p o w e r f e e d N o . o f   p o w e r c o n v e r s i o n s t a g e s = 4 U P S D C S t o r a g e B a t t e r y S w i t c h 2 E l e c t r i c G e n e r a t o r C o m m e r c i a l P o w e r S u p p l y 1 A C D C 3 A C D C 4 D C D C C P U I C T E q u i p m e n t 1 0 0 / 2 4 0 V A C D C A C R A C K D P A Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2088 - 8 694       A   co mp r eh en s ive  r ev iew   o f d is tr ib u ted   p o w er sys tem  a r ch ite ctu r fo r   telec o m   … ( R a mesh   B .   Da r la )   1539   VDC  is   co m m o n   i n   telec o m   f ac ilit ies  as  s h o wn   in   Fig u r 7   [ 3 2 ] .   Alth o u g h   it  o f f er s   h ig h e r   ef f icien c y ,   its   u s in   lar g d ata  an d   telec o m   ce n tr es  is   lim ited   d u e   to   m o r p o wer   lo s s   as  th d is tan ce   o f   ca b les  ar lo n g er .   Ad v an tag es  o f   f ac ilit y - lev el  d is tr ib u tio n a)   ca n   ac h iev h ig h er   ef f icien c y   d u to   less er   n u m b er   o f   p o wer   co n v er s io n   s tag es,  b )   less   co s t,  c)   s im p le  a n d   ea s y   t o   im p le m en t .   Dis ad v an tag es  o f   f ac ilit y - lev el  d is tr ib u tio n   a )   it   is   n o s u itab le  f o r   all  th lo ca tio n s   wh er th 4 8 VDC  b u s   s y s tem   n o av ailab le,   b )   a p p licatio n   is   lim ited   d u to   h ig h er   c u r r e n ts   wh en   d i s tr ib u tin g   h ig h er   cu r r en t a t b i g g er   d ata  an d   telec o m   ce n tr es.   W ith   d ec r ea s in g   v o ltag e,   th e   am o u n o f   co p p er   r eq u ir ed   in cr ea s es  an d   is   th eo r etica lly   in v er s ely   p r o p o r tio n al  t o   th d is tr ib u tio n   v o ltag e   s q u ar e.   T h is   p r o m p t ed   s u g g esti o n s   f o r   a   h ig h   v o lt ag DC   d is tr ib u tio n   ar ch itectu r to   r ed u ce   c o p p er   b y   lo wer i n g   th e   d is tr ib u ted   c u r r en t,   as  s h o wn   i n   Fig u r e   8   [ 3 3 ] .   At  th e   cu r r e n in s tallatio n   lev el,   DC   d is tr ib u ted   v o ltag is   d ir ec tly   f e d   to   t h PS U.   T h DC   d is tr ib u ted   v o ltag is   cu r r en tly   lim ited   to   4 8   VDC  as   th s er v er s   ar p r o v id e d   with   u n iv er s al  AC   in p u r an g o r   4 8   VDC  in p u t.  AC   PS U   h as  b u s   v o ltag e   o f   4 0 0   VDC,  an d   th e   s am 4 0 0 VDC  ca n   b e   u s ed   as  an   i n p u t   f o r   th e   s y s tem   PS in   h ig h   v o ltag d is tr ib u tio n .   T h s y s tem   PS ca n   b d ev elo p e d   with   m in o r   m o d if icatio n s   to   ac ce p t   4 0 0   VDC as in p u t   as  s h o wn   in   Fig u r 8 .   T h is   is   an   ex am p le  o f   4 0 0   VDC  d is tr ib u tio n   s y s tem .   T h e r ar d if f e r en v o ltag r an g es  p r o p o s ed   f r o m   2 7 0   VDC  to   4 0 0   VDC  b u a   s in g le  g l o b al  s t an d ar d   [ 3 4 ] - [ 3 6 ]   h elp s   to   c h o o s an   o p tim al  le v el  f o r   th im p lem en tatio n .             Fig u r 7 .   Facility   lev el  4 8 VDC p o wer   d is tr ib u tio n   s y s tem   f o r   I C T   eq u i p m en t           Fig u r 8 .   Facility   lev el  h ig h   v o ltag DC   Po wer   Dis tr ib u tio n   Sy s tem       3.   DIS T RI B U T E P O W E A RCH I T E C T UR E   Sectio n   2   ex p lain s   th e   v ar io u s   m eth o d s   o f   p o wer   d is tr ib u tio n   to   ac ce s s   th p o wer   t o   th I C T   eq u ip m en t.   Ho wev er ,   th er is   an o th er   lev el  o f   p o we r   d is tr ib u tio n   with in   th I C T   eq u ip m en t,  wh ich   is   b ein g   o p er ated   at  d if f er e n v o ltag es  f o r   d if f e r en cir cu itry   to   f u n ct io n   co r r ec tly .   Fo r   e x am p le,   ea ch   I C T   eq u ip m en h as  its   p u r p o s with   m icr o c o n tr o ller s ,   DSP,  ASI C ,   s en s o r s ,   an d   a n alo g   &   d ig ital  cir cu itry .   E ac h   d ev ice   r eq u ir es  d if f er e n o p er atin g   v o ltag with   s p ec if ic  am o u n o f   cu r r en to   f u n ctio n   co r r ec tly .   T h er ef o r e,   th I C T   s y s tem   u s es  v ar io u s   ar ch itect u r es  to   d is tr ib u te   p o wer   at  v a r io u s   lev els.  Me th o d   o n is   to   d is tr ib u te   m u ltip le   v o ltag es  f r o m   s in g le  v o ltag b u s .   Me th o d   two   is   s tep p in g   d o wn   o n v o ltag lev el  to   an o th er   lev el  th en   d is tr ib u te  f r o m   s ec o n d   lev el.   Me th o d   o n is   ca lled   d is tr ib u t ed   p o wer   ar c h itectu r ( DPA)   [ 3 7 ]   an d   th m eth o d   two   is   k n o wn   as  d is tr ib u ted   p o wer   ar ch itectu r with   in t er m ed iate  b u s   ( DPA - I B ) .   T h p o wer   co n v er ter s   b etwe en   th DPA  DC   b u s   an d   I B   ar class if ied   as in ter m ed iate  b u s   co n v e r ter s   ( I B C ) .     DPA  is   p o p u lar   m eth o d   to   d is tr ib u te  p o we r   f o r   v ar i o u s   lo ad s .   I is   wid ely   u s ed   ac r o s s   telec o m m u n icatio n   an d   d atac en ter   n etwo r k s ,   Fig u r 9   s h o ws  th at  d etailed   ar ch itectu r o f   DPA  with   v ar io u s   S t o r a g e B a t t e r y S w i t c h E l e c t r i c G g e n e r a t o r C o m m e r c i a l P o w e r S u p p l y 1 A C D C 2 D C D C I C T E q u i p m e n t 4 8   V D C C P U H V D C P o w e r F e e d S t o r a g e B a t t e r y S w i t c h E l e c t r i c   G e n e r a t o r C o m m e r c i a l P o w e r S u p p l y 1 A C D C 2 D C D C I C T E q u i p m e n t H V D C R a c k   L e v e l   P o w e r   S t r i p H V D C C P U Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   I n t J  Po E lec  &   Dr i   Sy s t ,   Vo l.  12 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 2 1   :   1 5 3 7     1 5 5 7   1540   DC   b u s es  an d   s tag es  o f   co n v er s io n   o f   v o ltag es  f r o m   o n v alu to   an o th er   v alu e.   Fig u r 1 0   ( a )   s h o ws  th d is tr ib u ted   p o wer   ar c h itectu r e .   I n   t h is   ar ch itectu r e,   4 8 DC   is   m a in   DC   b u s   wh ich   is   co n v er ted   f r o m   f r o n t - en d   p o wer   c o n v e r ter s .   T h e r is   an   in ter m e d iate  b u s   c o n v e r ter   to   c o n v er t   4 8 VDC  to   1 2 V DC .   1 2 VDC  b u s   is   ca lled   th in ter m ed iate  b u s .   1 2 is   u s ed   to   f u r th er   d is tr ib u te  th v o ltag to   th o th er   lo w   v o ltag lo ad s .   T h e   ad v a n tag o f   th i n ter m ed iate  b u s   s tag is   th at  it e lim in ates t h is o lated   DC - to - DC   co n v er t er s .             Fig u r 9 .   B lo ck   Diag r am   o f   in ter n al  p o wer   s tag es o f   DPA       T h in ter m e d iate  b u s   is   b r o u g h f r o m   th e   4 8   VDC  b u s   with   th h elp   o f   I B C .   I B C   is   an   is o lated   DC - to - DC   co n v er ter   with   tig h r eg u latio n   [ 3 8 ] [ 3 9 ] .   T h co n v er t er   g iv es  h ig h er   ef f icien c y   d u to   r eg u lated   in p u v o ltag an d   f ix ed   o u t p u v o ltag e.   I B C   is   f o llo wed   b y   s et  o f   n o n - is o lated   co n v er ter s   ter m ed   as  p o in o f   lo ad   co n v er ter s   ( POL) .   POL  is   n o n - is o lated   p o wer   co n v er ter   wh ich   is   u s ed   to   s tep d o w n   th e   g iv en   in p u v o ltag e   to   th r an g o f   3 . 3   VDC,  1 . 8   VDC,  1   VD C ,   0 . 8   VDC.  Sin ce   th I B C   is   t ig h tly   r eg u lated ,   th e r is   n o   r eq u ir em e n o f   tig h r eg u latio n   at  th p o in o f   lo ad   co n v er te r .   POL  co n v e r ter   is   u s ed   to   p o wer   th lo v o ltag d ev ices  s u ch   as  m icr o co n tr o ll er s ,   m em o r y   an d   d ig ital  I /O  c ir cu its .   POL  g iv es  g r ea ter   f le x ib ilit y   b y   a v o id in g   lar g er   cu r r e n ca r r y in g   r eq u ir em en th r o u g h o u th b o ar d   as  it  is   g en er ally   p lace d   v er y   n ea r   to   th e   cir cu it/d ev ice.     Sev er al  m eth o d s   h a v b ee n   p r o p o s ed   f o r   I B C   an d   POL  co n v er ter   d ev elo p m en ts   with   h ig h e r   ef f icien cy   an d   h ig h er   p o wer   d en s ity   in   [ 4 0 ] - [ 4 4 ] ,   wh ich   ca n   b u s ed   f o r   HV  p o wer   d is tr ib u tio n .   Fig u r 1 0   ( b )   s h o ws  th telec o m   a n d   d ata  ce n ter   ce n tr alize d   p o we r   s u p p lies   lo ca ted   at  th e   b o tto m   o f   th e   r ac k   in clu d i n g   AC - to - DC   f r o n en d   r ec tifie r   a n d   ch ar g er ,   b atter y   an d   DC - to - DC   co n v er ter .   T y p ically ,   t h 4 8 VDC  m ain   b u s   is   lin k ed   f r o m   t h p o wer   s u p p ly   o u tp u to   th b a ck   p lan e.   T h b ac k   p lan in   th s y s te m   ch ass is   w ill  h av d if f er en m atin g   co n n ec to r   s lo ts   f o r   co n n ec tin g   to   th I C T   eq u ip m en t.  I C T   d ev ices,  s u ch   as  lin ca r d s ,   f ab r ic   ca r d s ,   h av I B C   an d   POL  co n v er ter s   in ter n ally .   Sectio n   3   ex p lain s   th in te r n a p o wer   ar ch itectu r es  to   d is tr ib u te  th p o wer   to   v a r io u s   d e v ices  with   d if f er en v o ltag an d   cu r r e n r atin g s .   DPA  is   p o p u lar   m eth o d   in   v ar io u s   I C T   eq u i p m en t   as  it  o p er ates  with   r ed u ce d   p o wer   lo s s es,  b etter   s ig n al  in teg r ity   an d   h i g h er   a d a p tab ilit y .   PC B   tr ac wid th   is   g r ea tly   r ed u ce d   b y   ad o p tin g   DPA  with   I B   m et h o d   b ec au s o f   t h p r esen ce   o f   I B C   co n v er te r s   an d   POL  co n v er ter s .   POL   co n v er ter s   a r p lace d   n ea r   to   th lo v o ltag e   an d   h ig h er   cu r r en l o ad s   to   r ed u ce   th e   h ig h er   c u r r en t   tr ac e   len g t h   an d   lo o p s .       A C   t o   D C   P O L 1 2 V   D C 3 . 3 V   D C 1 V   D C 1 . 8 V   D C 1 . 1 V   D C E n t e r p r i s e A p p l i c a t i o n s A C   t o   D C   P O L 4 8 V   D C 1 2 V   D C 5 V   D C 1 . 8 V   D C 1 . 1 V   D C T e l e c o m A p p l i c a t i o n s P O W E R   B R I C K S 1 2 V   D C Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2088 - 8 694       A   co mp r eh en s ive  r ev iew   o f d is tr ib u ted   p o w er sys tem  a r ch ite ctu r fo r   telec o m   … ( R a mesh   B .   Da r la )   1541     ( a)       ( b )     Fig u r 1 0 .   ( a)   b lo ck   d iag r am   o f   in ter m ed iate  b u s   d is tr ib u ted   p o wer   ar ch itectu r e;  ( b )   s y s tem   lev el  d iag r am   o f   in ter n al  p o wer   s tag es o f   DPA  with   in ter m ed iate  b u s   [ 4 5 ]       4.   H I G H   VO L T AG E   DC  P O WE D I S T RI B UT I O AN I T S A RCH I T E C T UR E S   Glo b ally ,   th e   4 8   VDC  s y s tem   h as  b ee n   u s ed   in   telec o m ,   b u t in   r ec en t   y ea r s   t h er h as  b ee n   p r o b lem   with   th 4 8 VDC.  Acc o r d i n g   to   th d ata   r ep o r ted   o n   th e   ch an g e   o f   th ca lo r if ic  v alu p er   r ac k   in   I C T   eq u ip m en t,  t h ca lo r if ic  v alu was a p p r o x im ately   2 k W   in   1 9 9 2 ,   th ca lo r if ic  v alu s u r p ass ed   5 k W   in   1 9 9 8 .   I n   ad d itio n ,   i n   2 0 0 3 ,   th ca l o r if i v alu e x ce ed ed   1 0   k W ,   an d   in   2 0 0 9   th e   ca lo r if ic   v alu e   o f   m o s s er v er   r o u ter s   was a b o v 1 0   k W .   T h p o wer   d en s ity   o f   th I C T   eq u ip m en in cr ea s es  d r am atica lly   y ea r   af ter   y ea r ,   r e s u ltin g   in   in cr ea s ed   elec tr ic ity   co n s u m p tio n   p er   r ac k .   As  th lo a d   cu r r en in c r ea s es,  th er is   n ee d   f o r   m an y   p o wer   ca b les  to   ca r r y   in cr ea s ed   cu r r e n t.  Fig u r e   1 1   s h o ws  th p o wer   ca b les  r e q u ir ed   in   a   4 8   VDC s y s tem   to   s en d   1 0 0   k W   o f   p o wer .   Oth e r   is s u es  ar is wh en   I C T   eq u ip m en p o we r   d en s ity   in cr ea s es,  s u ch   as  s p ac in g ,   co o lin g ,   an d   o v er all  s y s tem   co s [ 4 6 ] .   T h b etter   alter n ativ s o lu tio n   is   a   h ig h   v o ltag DC   d is tr ib u tio n   s y s tem   th at  s o lv es   th p r o b lem s   o f   4 8   VDC.   Fig u r 1 2   s h o ws  th b en ef its   o f   h ig h   v o ltag e   DC   o v er   4 8 V DC   lo v o ltag e.   T h e   lo a d   c u r r en o f   I C T   eq u ip m en ca n   b r ed u ce d   w h ile  in cr ea s in g   th v o ltag o f   elec tr ical  s u p p ly .   I f   th cu r r e n d ec r ea s es  d u to   in cr ea s ed   v o ltag e,   t h en   th s iz o f   th p o wer   ca b le  r ed u ce s ,   wh ich   r esu lts   in   r ed u ctio n   in   t h n u m b er   o f   p o wer   ca b l es.  Fig u r 1 3   s h o ws  th ca b les  n ee d ed   f o r   4 8   VDC  an d   h ig h   v o ltag e   DC   ( 4 0 0   VDC)  to   tr an s f er   1 0 0   k W   o f   p o wer .   T h s ize  o f   co p p er   r eq u ir ed   f o r   th ca b les  u s ed   in   4 0 0   VDC  s y s tem   is   alm o s 1 5   tim es  lo wer   th an   th o n u s ed   in   th 4 8   VD C   s y s tem .   T h p r o b lem s   ass o ciate d   with   lo v o ltag D C   ca n   th er ef o r b e   elim in ated   with   h ig h   v o ltag DC .   Hig h   v o ltag DC   p o wer   d is tr ib u tio n   h as  th f lex ib ilit y   to   u s wh en   th er ar m u ltip le  in p u s o u r ce s   lik s o lar ,   win d ,   an d   f u el  ce lls   b ec au s th n u m b er   o f   p o wer   s tag es c an   b r ed u ce d   b y   ar r a n g in g   th s y s tem   as   p er   th e   ap p licatio n   r eq u ir e m e n t.  Hig h   v o ltag DC   is   m o r p r ef er r e d   f o r   DC   m icr o g r id   in   Data ce n ter s   [ 4 7 ] .   No th p r o s   an d   co n s   o f   h i g h   v o ltag DC   ar ex p lo r ed .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   I n t J  Po E lec  &   Dr i   Sy s t ,   Vo l.  12 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 2 1   :   1 5 3 7     1 5 5 7   1542       Fig u r 1 1 .   4 8 VDC  w ir in g   co n f ig u r atio n   o f   m u ltip le  I C T   l oa ds           Fig u r 1 2 .   C o m p ar is o n   o f   AC ,   DC   4 8 an d   h i g h   v o ltag DC   p o wer   d is tr ib u tio n         Fig u r e   1 3 .   C o m p ar is o n   o f   w ir co u n t f o r   4 8 VDC an d   4 0 0 V DC   [ 4 0 ]       4 . 1 .   Adv a nta g es o f   hig h v o l t a g DC   4 . 1 . 1 .    E f f iciency     I n   th e   I C T   eq u ip m en t,   p o wer   co n v er s io n   f r o m   AC - to - DC   a n d   DC - to - DC   is   n ec ess ar y   f o r   s u p p ly in g   th co m p o n en ts   with   s u itab le  DC   p o wer .   As  r esu lt,  f o u r   co n v er s io n   s tag es  ar r eq u i r ed   in   AC   p o wer   d is tr ib u tio n .   T wo   c o n v e r s io n   s tag es  in   DC   p o wer   d is tr ib u ti o n ,   two   co n v er s io n   s tag es  in   DC   d is tr ib u tio n   is   d u to   d ir ec f ee d in g   o f   p o wer   f r o m   th r ec tifie r   an d   b atter y .   I n   g en er al,   o n e   co n v er s io n   s t ag e' s   p o wer   lo s s   is   ab o u 1 0   p er ce n o f   t h to ta co n v e r ted   p o wer .   T h u s ,   D C   p o wer   d is tr ib u tio n   is   m o r ef f icien t   th an   th e   d is tr ib u tio n   o f   AC   p o wer   d u e   to   f ewe r   co n v er s io n   s tag es.   T h DC   p o wer   d is tr ib u tio n   n etwo r k   ca n   b m o r e   ef f ec tiv b y   r aisi n g   th DC   v o ltag f r o m   th s tan d ar d   4 8 V   to   h ig h er   v o ltag e,   r esu ltin g   in   r ed u cin g   o f   th e   s u p p ly   cu r r en t.  C o n s tr u ctio n al  co s ts   ar r ed u ce d   d u to   r ed u ce d   s u p p ly   c u r r en t,   an d   f lex ib ilit y   is   in cr ea s ed   as  p o wer   ca b les ca n   b u s ed   with   s m aller   d iam eter s .     Fig u r 1   i n   s ec tio n   1   s h o ws  an   ex am p le  o f   b r ea k d o wn   o f   p o wer   co n s u m p tio n   in   a n   AC   p o wer   d is tr ib u ted   d ata  ce n ter   t h at  is   f u r th er   d escr ib ed   as  Fig u r 1 4   with   r esp ec to   DC   p o we r   d is tr ib u tio n .   T h e   S t o r a g e B a t t e r y S w i t c h E l e c t r i c   G e n e r a t o r C o m m e r c i a l P o w e r S u p p l y A C D C D C D C I C T E q u i p m e n t 4 8   V D C I n c r e a s e   i n   P o w e r   C a b l e s   D u e   t o   M o r e   P o w e r   H i g h   D e n s i t y P o w e r   C a b l e f o r   1 0 0 K W 3 2 5   m m 2   2 0   w i r e s   C P U A C A C P o w e r F e e d U P S D C S t o r a g e B a t t e r y S w i t c h E l e c t r i c G e n e r a t o r C o m m e r c i a l P o w e r S u p p l y A C D C A C D C D C D C C P U I C T E q u i p m e n t A C S t o r a g e B a t t e r y S w i t c h E l e c t r i c   G e n e r a t o r C o m m e r c i a l P o w e r S u p p l y 1 A C D C D C D C I C T e q u i p m e n t 4 8   V D C D C   S y s t e m ( H V D C ) S t o r a g e B a t t e r y S w i t c h E l e c t r i c   G e n e r a t o r C o m m e r c i a l P o w e r S u p p l y A C D C D C D C I C T e q u i p m e n t H V D C H i g h   E f f i c i e n c y   H i g h   R e l i b i l i t y V o l a t g e   D r o p   R e d u c t i o n D e c r e a s e d   w i r e   D i a m e t e r L o s s   r e d u c t i o n   D C   S y s t e m ( 4 8 V ) C P U C P U Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2088 - 8 694       A   co mp r eh en s ive  r ev iew   o f d is tr ib u ted   p o w er sys tem  a r ch ite ctu r fo r   telec o m   … ( R a mesh   B .   Da r la )   1543   s h ad o wed   a r ea s   in   Fig u r 1 4   r ep r esen t   th a p p r o x im ate  a m o u n t   o f   p o wer   lo s s   r ed u ctio n   ac co m p lis h ed   b y   r ep lacin g   an   AC   with   h ig h   v o ltag DC   p o wer   d is tr ib u tio n .   As  th n u m b er   o f   s tag es  an d   cu r r en in   t h h ig h   v o ltag DC   p o wer   d is tr ib u tio n   ar d ec r ea s ed ,   th l o s s   ca u s ed   b y   th e   co n v er s io n   s tag es  a n d   th p o wer   u s ed   f o r   th I C T   eq u ip m en t   co o lin g   s y s tem   an d   th e   p o wer   f ee d in g   s y s tem   m ay   also   b r e d u ce d .   I t   i s   esti m ated   th at  th to tal  am o u n o f   p o wer   l o s s   r ed u ctio n   is   a b o u t   1 4   p er ce n ( w h ich   is   s h o wn   b y   th e   s tr ip e d   p o r tio n   in   Fig u r e.   1 4 .   T h er eb y   in cr ea s in g   th e   o v er all   s y s tem   ef f icien cy   as th lo s s es a r r ed u ce d   [ 6 ] .           Fig u r 1 4 .   Data   ce n ter   p o wer   co n s u m p tio n   b r ea k d o wn   with   h ig h   v o ltag DC       4 . 1 . 2 .    Relia bil it y     I C T   s er v ice  is   o n o f   to d ay ' s   m o s ess en tial  s er v ices.  A   lar g am o u n o f   ec o n o m ic  ac tiv ity   is   d ep en d e n o n   th e   I T   n etwo r k s ,   s er v ices  in clu d tic k et  b o o k in g ,   b a n k in g   f in a n cial  s er v ices,  cr ed it  ca r d   s er v ices  an d   e - co m m er ce .   Su p p o s I C T   s er v ice  s y s tem   f ail u r e/b r ea k d o wn   o cc u r s ,   i n   th at   ca s e,   th is   will  h av m o r s i g n if ican im p ac t   o n   s o ciety   d em an d i n g   a   h ig h e r   p o wer   s u p p ly   r eliab ilit y .   Su p p o s p o wer   f ailu r e   o cc u r s   f r o m   th g r id .   I n   th at   c ase,   th b atter y   will  s tar p r o v id in g   p o wer   to   th e   lo a d   ( I C T   eq u ip m en t)   with o u in ter r u p tio n .   I n   a n   AC   d is tr ib u tio n   s y s tem ,   th b atter y   DC   p o wer   is   co n v er ted   t o   AC   p o wer   with   th h elp   o f   a   DC   to   AC   co n v er ter ,   a n d   t h I C T   eq u ip m en is   f e d   with   AC   p o wer .   C o n v er s io n s   o f   DC   to   AC   an d   AC - to - DC   ar r eq u ir e d   to   p r o v i d s u f f i cien DC   p o wer   to   th co m p o n en ts .   W h er ea s   in   th DC   p o wer   d is tr ib u tio n   s y s tem ,   th b atter y   p o wer   d ir ec tly   s u p p lies   th I C T   eq u ip m en t.  s y s tem   th at  f ee d s   o n   DC   p o wer   is   s tr aig h tf o r war d .   So ,   it  is   ten   t im es  m o r r eliab le  th an   an   A C   s y s tem   [ 4 8 ] [ 4 9 ] .   T h h ig h   v o ltag e   DC   p o wer   f ee d in g   s y s tem   h as th s am c o n f ig u r atio n   as  4 8 VDC s y s t em ,   m ak in g   it h ig h l y   r eliab le.     4 . 1 . 3 .    Co m pa t ibi lity   wit h r enewa ble e nerg y   An   ad d itio n al  b en ef it  o f   4 0 0 VDC  p o wer   d is tr ib u tio n   s y s tem   is   its   s u itab ilit y   to war d s   ea s y   in teg r atio n   o f   d is tr ib u ted   l o c al  p o wer   g en er atio n   s o u r ce s ,   p ar ticu lar ly   r e n ewa b le  o n es.  As  well  as  m o r ef f icien to   s u p p o r th au x i liar y   lo ad s   s u ch   as  L E lig h tin g .   T h er ef o r e ,   4 0 0   VDC  p o wer   d is tr ib u tio n   ar ch itectu r es  ac as  f u n d am e n tal  en ab lin g   tec h n o lo g y   f o r   a   wid r an g o f   o t h er   tech n o lo g ies  th at  ca n   lead   to   en er g y   e f f icien cy   im p r o v em en ts   in   co m m er cial  b u ild i n g s .     4 . 1 . 4 .     L o wer   i ns t a lla t io n c o s t     T h in s tallatio n   co s o f   t h h ig h   v o ltag DC   p o wer   d is tr ib u tio n   is   lo wer   d u t o   f e wer   p o wer   co n v er ter   r e q u ir em en ts ,   an d   r ed u ce d   co p p er   c o n s u m p tio n .   Ap p r o x im ate   co p p er   s av in g s   ar ab o u 1 5   tim es,   s o   th er a r c o n s id er ab le   s av in g s   in   m o u n tin g   ca b le  b u s   b a r s .   I n   t h s am m an n e r ,   th e   co s s av in g s   d u to   th e   r em o v al  o f   two   co n v er s io n   s tag co n v er ter s .   T h d is tr ib u ti o n   o f   h ig h   v o ltag DC   p o wer   is   m o r ac ce s s ib le  th an   th d is tr ib u tio n   o f   AC   p o wer   an d   t h co n v en tio n al  d is tr ib u tio n   o f   DC   p o wer .   Al th o u g h   it  h as  m o r e   b en ef its ,   th h ig h   v o ltag DC   h as th f o llo win g   d is ad v an tag es  b elo [ 5 0 ] .     4 . 2 .   Dis a dv a nta g es o f   hig h v o lt a g DC      Su p p ly   v o ltag e   W h en   th b u s   v o ltag e   is   in cr e ased   to   h ig h er   v o ltag r an g e,   s u ch   as  4 0 0 VDC  an d   h ig h er ,   i is   ch allen g in g   to   m ee th q u ality   a n d   r eli ab ilit y   with   ex is tin g   co m p o n en ts .   Usag o f   h ig h er   v o lta g r eq u ir es  th e   d ev elo p m e n o f   n ew  c o m p o n e n ts .   So ,   th d esig n   an d   s elec tio n   o f   ac ce p ta b le  v o ltag e   is   an   ess en tial  f ac to r   in   h ig h   v o ltag DC   p o wer   d is tr ib u tio n   to   m ee t ta r g eted   r elia b ilit y   an d   q u ality   o f   t h s y s tem .       Sy s tem   c o n f ig u r atio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   I n t J  Po E lec  &   Dr i   Sy s t ,   Vo l.  12 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 2 1   :   1 5 3 7     1 5 5 7   1544   T h s y s tem   will  b b u lk y   wh i le  m ig r atin g   f r o m   lo v o ltag e   to   h ig h   v o ltag DC   d u to   c h an g es  in   in p u t   f ilter s   an d   o th er   in ter co n n ec tin g   eq u ip m e n t.  I n   ad d itio n ,   as  th co n f ig u r atio n   is   ch an g in g ,   th co s o f   th e   s y s tem   also   in cr ea s es.      Sy s tem   g r o u n d in g   a n d   s af ety     Hig h er   v o lta g in cr ea s es  th s y s tem ' s   r is k ,   cr ea tin g   p r o b le m s   in   k ee p in g   in s u latio n   d is tan ce   an d   s p ac e,   p r o tectin g   m eth o d s ,   r etain in g   th s af ety   [ 5 1 ] ,   an d   o p er atin g   an d   m an a g in g   th s y s tem .   T h er ef o r e,   m o r e   Vig ila n t selec tio n   o f   g r o u n d in g   s ch em is   d is cu s s ed   in .   Fra n k   B o d [ 5 0 ]   c o n d u cted   s u r v ey   to   u n d er s tan d   th willin g n ess   o f   d ata  ce n ter   an d   telec o m m u n icatio n s   to   im p le m en h ig h   v o ltag DC   p o wer   o p tio n s   8 4 o f   th r esp o n s es  s h o wed   th at  th ey   ar in ter ested   in   h ig h   v o ltag DC   o p tio n s .   I n   co m p ar is o n ,   8 0 o f   th r esp o n s es  s h o th at  h ig h   v o ltag DC   o p tio n s   ar c o n s id er ed   f o r   t h eir   ce n ter s .     Stu d ies  s h o th at   th m o s p r ef er r ed   DC   v o ltag is   3 8 0 - 4 0 0 VDC.  T h e   less   p r ef er r ed   v o ltag f o r   h ig h   v o ltag DC   d is tr ib u tio n   is   ar o u n d   2 5 0 V.   R ea s o n s   f o r   co n s id er in g   h ig h   v o ltag DC   ar s tated   as   r ed u ce d   co p p er ,   in cr ea s ed   ef f icien cy ,   r ed u ce d   f lo o r   s p ac e ,   s im p lif ied   in s tallatio n ,   an d   in cr ea s e d   av ailab ilit y .   T h co n ce r n s   r aised   f o r   h ig h   v o ltag DC   ar e   lack   o f   s tan d ar d s ,   p o wer   eq u ip m en t   te ch n o lo g y ,   c o m p atib ilit y   to   I C T   eq u ip m en t,  co s t,  s af ety ,   an d   c o m p lian ce .   B y   co n s id er in g   v ar io u s   p o in ts   b etwe en   lo v o lta g an d   h ig h   v o ltag p o wer   d is tr ib u tio n ,   h i g h   v o lt ag p o wer   d is tr ib u tio n   h as  b ee n   co n clu d e d   to   b m o r ef f ec tiv p o wer in g   s o lu tio n .   Hig h   v o ltag e   DC   p o wer   an d   th im p o r tan ce   o f   h i g h   v o lta g DC   d is tr ib u tio n   f o r   d ata  c en ter s   an d   telec o m m u n icatio n s   ar d is cu s s ed   ab o v b y   co n s id er in g   th m er its   an d   d em er its   f o r   h ig h   v o ltag DC   d is tr ib u tio n .   T h er ar f ew  ar c h itectu r es  alr ea d y   s tu d ied   an d   im p lem en ted   f o r   th d is tr ib u ti o n   o f   h i g h   v o ltag DC   p o wer .   E ac h   h ig h   v o ltag e   DC   ar ch itectu r e   is   r ev iewe d   in   th is   s ec tio n   to   u n d e r s tan d   t h o p er atio n al   an d   im p lem en tatio n   b en ef its   an d   ch allen g es  in v o lv ed .   T h s el ec tio n   o f   s u p p ly   v o ltag f o r   h ig h   v o ltag e   DC   d is tr ib u tio n   s y s tem   d ep e n d s   o n   s ev er al  f ac to r s   [ 5 2 ] :     Dif f er en t c o u n tr y   laws,  s tan d a r d s ,   an d   r eg u latio n s     Dis tr ib u ted   s o u r ce s   o f   p o we r   g en er atio n   ( th u s o f   s o lar   p o wer   g en e r atio n ,   win d   g en e r atio n ,   an d   f u el  ce lls   ar ex p ec ted   to   in c r ea s in   f u tu r I C T   s y s te m s )       B atter y   ar ch itectu r ( n u m b er   o f   b atter y   ce lls   co n n ec tio n )     Ver if icatio n   o f   p r ev io u s   an d   c u r r en d ev elo p m en ts       R ated   v o ltag es o f   d if f er en t c o m p o n e n ts   in   th eq u i p m en t.      T h AC   v o ltag wav ef o r m   p e ak   v alu es      4 . 3 .   H ig h v o lt a g DC  Arc hite ct ures    4 . 3 . 1 .    2 7 0   DC  po wer   dis t ributio n sy s t em   T ak ash [ 4 6 ] ,   h as  d ev elo p ed   2 7 0 VDC  T elec o m   Po wer   s u p p ly   s y s tem   b y   co n s id er in g   v ar io u s   f ac to r s   lik s y s tem   r eliab ilit y ,   s y s tem   co s t,  an d   h u m an   s af ety   [ 4 6 ] .   T h p r im ar y   r ea s o n   f o r   2 7 0   VDC  is   to   m atch   with   in p u AC   p ea k   v o ltag es  wh er th e   in p u t   AC   is   ar o u n d   2 0 0   V.   T h e   o p er atin g   p r in cip le  o f   t h 2 7 0   VDC  s y s tem   is   s im p le  b y   m ea n s   o f   co n v er tin g   2 0 0   VAC - to - DC   an d   th en   r e g u latin g   to   2 7 0   VDC  b y   u s in g   a   DC - to - DC   co n v er ter .   T h is   2 7 0   VDC  v o ltag is   s u p p lied   to   telec o m m u n icatio n   eq u ip m en ( T E )   th r o u g h   d is tr ib u tio n   ca b in ets.  Du r i n g   p o wer   f ailu r es,  th e   ch a r g ed   b a tter ies  s u p p ly   2 7 0   VDC.  T h is   co n f ig u r atio n   h elp s   to   elim in ate  an o th er   v o ltag co m p en s ato r   wh ich   is   g en er a lly   u s ed   in   co n v en tio n al  4 8   VDC  s y s tem s   [ 4 6 ] .   I m p lem en tatio n   o f   th e   2 7 0   V DC   b u s   s y s tem   s h o ws  p o s itiv r esu lts   in   ter m s   o f   ef f icien cy ,   r eliab ilit y ,   an d   co s t.   Fig u r e1 5   s h o ws  th e   ty p ical   ar ch itectu r o f   2 7 0 VDC  p o wer   d is tr ib u tio n .   I c o n s is ts   o f   a   r ec tifie r   to   co n v er AC - to - DC   v o ltag e   an d   DC - to - D C   co n v er ter   to   c o n v er u n r e g u lated   DC   v o ltag to   r eg u lated   DC   v o ltag e.   T h e   s am DC - to - DC   co n v er ter   is   u s ed   to   r eg u late  b atter y   v o ltag in   th ab s en ce   o f   AC   p o wer .     T h p u r p o s o f   s ec o n d   lev el   DC - to - DC   co n v er ter   to   s tep   d o wn   r eg u lated   h ig h   v o lta g DC   to   co m p o n en v o ltag lev els.  T h er is   s ep ar ate  ch ar g er   to   ch ar g th b atter y   f r o m   th s o u r ce .   T h s witch   is   p lace d   to   c o n n ec a n d   d is co n n ec th b atter y   s o u r ce   b ased   o n   th e   AC   s o u r ce   av ailab ilit y .   T h is   2 7 0   VDC   ar ch itectu r h a v th ad v an tag es wh ich   h as b ee n   al r ea d y   m e n tio n ed ,   b u t it  h as d is ad v a n tag es.      T h s p ec if icatio n s   o f   th n o is f ilter s ,   f u s es,  co n n ec t o r s ,   an d   o n b o ar d   DC - to - DC   co n v er t er s   ar ch an g ed   d u to   th e   ch an g in   DC   b u s   v o ltag f r o m   l o wer   v o ltag t o   th h ig h er   v o ltag e.   Su c h   co m p o n e n ts   m ay   b ec o m g r ea ter   in   v o lu m o r   wo r s in   p er f o r m an ce ,   alth o u g h   th d iam eter   o f   th e   ca b le  m a y   b s m aller .     T h f u s an d   co n n ec to r   s izes  ar lar g er   t o   s atis f y   th s u p p l y   v o ltag s p ec if icatio n s .   E ac h   v o ltag wo u ld   r eq u ir d if f er en t a m o u n ts   o f   ar cin g   v o ltag e   an d   c o n n ec t o r   p it ch .     DC - to - DC   co n v er ter   ef f icien cy   m ay   d ec r ea s d u t o   h ig h er   v o ltag s witch in g   lo s s es,  b u th is   ca n   b m in im ized   b y   ap p ly i n g   v ar io u s   tech n ical  a d v an ce s ,   s u ch   a s   ze r o   v o ltag e   s witch in g   a n d   th u s o f   wid b an d g a p   d e v ices.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.