1. 交流電源的現(xiàn)狀和缺點

交流電源在配電領(lǐng)域的發(fā)展中扮演著至關(guān)重要的角色，主要是因為以下的優(yōu)勢：

a) 遠(yuǎn)距離傳輸中損耗較低;

b) 良好的滅弧性能用以保護(hù)開關(guān);

c) 交流整流成本要遠(yuǎn)低于直流逆變的成本。

然而，交流電源并不一定是輸送功率最有效的手段，這是因為在數(shù)據(jù)機房中，交流和直流需要進(jìn)行頻繁轉(zhuǎn)化。機房中的服務(wù)器與UPS電源由于技術(shù)特性必須采用直流供電，這就導(dǎo)致了大量未使用的電力在數(shù)據(jù)中心中消失在冗長、持續(xù)、最終不必要的轉(zhuǎn)換過程中，并總是產(chǎn)生不必要的熱量，這也會對電子系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響。隨著綠色數(shù)字化趨勢的流行，越來越多的數(shù)據(jù)中心對于能耗提出了更高的要求。

2. 高能耗的數(shù)據(jù)中心

a) 全球數(shù)據(jù)中心能耗

根據(jù)英國2016年的一份獨立報告，數(shù)據(jù)中心消耗了全球約3%的電力和排放了2%的溫室氣體，考慮到目前存在的大量電子系統(tǒng)和設(shè)備，這產(chǎn)生的影響是至關(guān)重要的。在過去的幾年里，全球數(shù)據(jù)中心平均每年消耗416.2太瓦時(TWh)的電力，而英國全國有超過6600萬人，同時一直位列GDP前十，平均每年大約只消耗300 TWh。因此，完全可以說今天的數(shù)據(jù)中心是真正的能源消耗者。

b) PUE值常見范圍

PUE通常用于評估數(shù)據(jù)中心效率的度量，我們在之前的報告中提到過這個概念，即電能使用效率值。PUE值為1.3意味著消耗的能量有30%作為熱量散去而沒有被利用。這聽起來可能很多，但它實際上被認(rèn)為是一個極好的PUE值。值在2左右或更高可能會更加常見，而不是例外。

3. 數(shù)據(jù)中心的直流方案

由于每一次交流到直流轉(zhuǎn)換都會造成電力損耗和熱量產(chǎn)生，而數(shù)據(jù)中心服務(wù)器在直流電源下工作，因此為數(shù)據(jù)中心提供直流電源并在整個電源鏈中盡可能一致地使用是非常有意義的。為了使用盡可能多的現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施來實現(xiàn)這一改變，引入的中壓交流電將通過大功率整流器向下轉(zhuǎn)換為直流電。然后直流電源將為UPS提供電能，然后再轉(zhuǎn)移到直流開關(guān)設(shè)備，進(jìn)一步分配到新的直流服務(wù)器電源，最后再分配到使用直流電源電壓的服務(wù)器。一種更有效的模式還可以將傳統(tǒng)的交流電網(wǎng)電力替換為由太陽能和風(fēng)能等替代能源系統(tǒng)產(chǎn)生的直接直流電力供應(yīng)。

直流架構(gòu)使用的組件要少得多，這本質(zhì)上提高了效率和可靠性，同時最小化了對物理空間的要求，還允許在不需要轉(zhuǎn)換的情況下直接集成可再生能源。

4. 直流數(shù)據(jù)中心的其他優(yōu)勢

a) 更高的可靠性

數(shù)據(jù)中心電源架構(gòu)的直流方法使用的組件比當(dāng)前的交流方法要少得多。更少的組件需要更少的時間來安裝和服務(wù)，減少潛在的錯誤，提高系統(tǒng)的可靠性，減少安裝和維護(hù)成本，這使得直流方法也是一個經(jīng)濟有效的解決方案。根據(jù)日本電報電話公司(NTT)進(jìn)行的一項研究，數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的可靠性有望提高10倍，這僅僅是因為它不那么復(fù)雜。此外，根據(jù)ABB等公司的計算和研究，服務(wù)器達(dá)到效率(supply-to-serverefficiency)提高了約10%，減少基礎(chǔ)設(shè)施投資成本約15%，同時減少了大約25%的所需的空間。

b) 良好的電源質(zhì)量

直流數(shù)據(jù)中心架構(gòu)也提高了電源的質(zhì)量。它們消除了不必要的諧波和諧波失真問題，以及相位補償、同步(為了耦合不同的源和網(wǎng)絡(luò))、甚至整流器和逆變器的問題，因為電池直接連接到直流電源。

c) 更好的集成性

此外，由于人口密集的土地成本較高，數(shù)據(jù)中心幾乎完全位于偏僻地區(qū)，因此整合可再生能源(如光伏、燃料電池或風(fēng)力渦輪機)要容易得多，特別是因為它們已經(jīng)以直流電的形式提供電力。

5. 數(shù)據(jù)中心直流標(biāo)準(zhǔn)

在中國、日本、美國、德國和瑞士已經(jīng)有了一些直流數(shù)據(jù)中心。但是，目前還沒有任何需要遵守的綁定標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)TS 62735，國際電工委員會(IEC)已經(jīng)著手用標(biāo)準(zhǔn)化的插頭和插座設(shè)備來創(chuàng)建缺失的環(huán)節(jié)。IEC TS 62735-1標(biāo)準(zhǔn)用于2.6kW以下的配電系統(tǒng)，自2015年8月起被采用。IEC TS62735-2標(biāo)準(zhǔn)于2016年12月獲得批準(zhǔn)，適用于輸出功率不超5.2kW且在負(fù)載下不能分離的配電系統(tǒng)。

下一步是批準(zhǔn)設(shè)備端等效程序。幾種不同的直流連接器的方法已經(jīng)被引入市場，但是由于目前缺乏標(biāo)準(zhǔn)，沒有一種方法能夠占上風(fēng)。因此，各種供應(yīng)商正在與IEC標(biāo)準(zhǔn)化機構(gòu)合作，在之前AC標(biāo)準(zhǔn)IEC60320的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建一個國際認(rèn)可的直流插頭連接標(biāo)準(zhǔn)。

數(shù)據(jù)中心電壓供應(yīng)的全球轉(zhuǎn)換需要是一個漸進(jìn)的過程，以防止所有的供電設(shè)備需要同時從交流電源切換到直流電源。然而，支持這一巨大變化的解決方案，包括能夠同時為數(shù)據(jù)中心設(shè)備提供交流和直流電源的設(shè)備，全球廠商正在積極探索。這些設(shè)備的供電單元可以處理兩種供電電壓，但國際上有效的解決方案還必須確保所有與安全有關(guān)的預(yù)防措施都被考慮在內(nèi)。

近期一些制造商發(fā)布了首個UL批準(zhǔn)的IEC TS 62735-1連接器系統(tǒng)、GS21插座插座和GP21可重新布線插頭，旨在實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心直流配電的標(biāo)準(zhǔn)化全球方法。IP20連接器系統(tǒng)的額定電壓可達(dá)400VDC，額定電流達(dá)8.8A，工作溫度從-5℃延長到105℃。它還支持熱插拔，可以在2.6千瓦的負(fù)載下安全地斷開連接。

6. 數(shù)據(jù)中心直流方案缺點

哪里有光，哪里就有陰影。這個通用準(zhǔn)則也適用于直流數(shù)據(jù)中心。與目前流行的交流系統(tǒng)架構(gòu)相比，直流數(shù)據(jù)中心架構(gòu)仍相對較少。因此，缺乏關(guān)于它們長期表現(xiàn)和利益的數(shù)據(jù)。直流元件的可用性也還處于起步階段，這些元件不僅需要標(biāo)準(zhǔn)化，而且還需要一種新的直流電源系統(tǒng)方法，即從電網(wǎng)到服務(wù)器的整體規(guī)劃。例如，由于損耗在每個電力系統(tǒng)中都會發(fā)生，所以直流數(shù)據(jù)中心仍然會遇到損耗，比如熱量損耗，因此也需要直流供電的冷卻系統(tǒng)。他們還需要直流空調(diào)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)和建筑控制系統(tǒng)等。

所有的制造商、供應(yīng)商、工程師、設(shè)計師、標(biāo)準(zhǔn)組織、運營商和電力供應(yīng)鏈的其他成員之間的大規(guī)模市場合作將是必要的，以一種有效的方式實現(xiàn)這種大規(guī)模的范式轉(zhuǎn)變，并分享直流數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)架構(gòu)的許多好處。

7. 直流數(shù)據(jù)中心前景

基于直流電源的數(shù)據(jù)中心具有巨大的潛力。其好處包括可觀的能源節(jié)約，以及在操作和基礎(chǔ)設(shè)施成本、物理空間需求以及安裝和維護(hù)所需的時間上的顯著節(jié)省。由于它們使用更少的組件，因此也提供了更高的可靠性性能。直流數(shù)據(jù)中心還可以直接利用可再生能源提供的直流電力，而無需額外的整流或轉(zhuǎn)換過程，這將進(jìn)一步提高效率、整體系統(tǒng)成本和可持續(xù)性。最后，直流電源的質(zhì)量明顯優(yōu)于交流電源。因此，一些連接部件供應(yīng)商正和國際標(biāo)準(zhǔn)組織如IEC正在積極合作，以實現(xiàn)直流數(shù)據(jù)中心架構(gòu)的巨大潛力。