1. 交流電(diàn)源的現狀和缺點

交流電(diàn)源在配電(diàn)領域的發展中(zhōng)扮演着至關重要的角色，主要是因爲以下(xià)的優勢：

a) 遠距離(lí)傳輸中(zhōng)損耗較低;

b) 良好的滅弧性能用以保護開(kāi)關;

c) 交流整流成本要遠低于直流逆變的成本。

然而，交流電(diàn)源并不一(yī)定是輸送功率最有效的手段，這是因爲在數據機房中(zhōng)，交流和直流需要進行頻(pín)繁轉化。機房中(zhōng)的服務器與UPS電(diàn)源由于技術特性必須采用直流供電(diàn)，這就導緻了大(dà)量未使用的電(diàn)力在數據中(zhōng)心中(zhōng)消失在冗長、持續、最終不必要的轉換過程中(zhōng)，并總是産生(shēng)不必要的熱量，這也會對電(diàn)子系統産生(shēng)負面影響。随着綠色數字化趨勢的流行，越來越多的數據中(zhōng)心對于能耗提出了更高的要求。

2. 高能耗的數據中(zhōng)心

a) 全球數據中(zhōng)心能耗

根據英國2016年的一(yī)份獨立報告，數據中(zhōng)心消耗了全球約3%的電(diàn)力和排放(fàng)了2%的溫室氣體(tǐ)，考慮到目前存在的大(dà)量電(diàn)子系統和設備，這産生(shēng)的影響是至關重要的。在過去(qù)的幾年裏，全球數據中(zhōng)心平均每年消耗416.2太瓦時(TWh)的電(diàn)力，而英國全國有超過6600萬人，同時一(yī)直位列GDP前十，平均每年大(dà)約隻消耗300 TWh。因此，完全可以說今天的數據中(zhōng)心是真正的能源消耗者。

b) PUE值常見範圍

PUE通常用于評估數據中(zhōng)心效率的度量，我(wǒ)(wǒ)們在之前的報告中(zhōng)提到過這個概念，即電(diàn)能使用效率值。PUE值爲1.3意味着消耗的能量有30%作爲熱量散去(qù)而沒有被利用。這聽(tīng)起來可能很多，但它實際上被認爲是一(yī)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(wài)。

3. 數據中(zhōng)心的直流方案

由于每一(yī)次交流到直流轉換都會造成電(diàn)力損耗和熱量産生(shēng)，而數據中(zhōng)心服務器在直流電(diàn)源下(xià)工(gōng)作，因此爲數據中(zhōng)心提供直流電(diàn)源并在整個電(diàn)源鏈中(zhōng)盡可能一(yī)緻地使用是非常有意義的。爲了使用盡可能多的現有基礎設施來實現這一(yī)改變，引入的中(zhōng)壓交流電(diàn)将通過大(dà)功率整流器向下(xià)轉換爲直流電(diàn)。然後直流電(diàn)源将爲UPS提供電(diàn)能，然後再轉移到直流開(kāi)關設備，進一(yī)步分(fēn)配到新的直流服務器電(diàn)源，最後再分(fēn)配到使用直流電(diàn)源電(diàn)壓的服務器。一(yī)種更有效的模式還可以将傳統的交流電(diàn)網電(diàn)力替換爲由太陽能和風能等替代能源系統産生(shēng)的直接直流電(diàn)力供應。

直流架構使用的組件要少得多，這本質上提高了效率和可靠性，同時最小(xiǎo)化了對物(wù)理空間的要求，還允許在不需要轉換的情況下(xià)直接集成可再生(shēng)能源。

4. 直流數據中(zhōng)心的其他優勢

a) 更高的可靠性

數據中(zhōng)心電(diàn)源架構的直流方法使用的組件比當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，減少潛在的錯誤，提高系統的可靠性，減少安裝和維護成本，這使得直流方法也是一(yī)個經濟有效的解決方案。根據日本電(diàn)報電(diàn)話(huà)公司(NTT)進行的一(yī)項研究，數據中(zhōng)心系統的可靠性有望提高10倍，這僅僅是因爲它不那麽複雜(zá)。此外(wài)，根據ABB等公司的計算和研究，服務器達到效率(supply-to-serverefficiency)提高了約10%，減少基礎設施投資(zī)成本約15%，同時減少了大(dà)約25%的所需的空間。

b) 良好的電(diàn)源質量

直流數據中(zhōng)心架構也提高了電(diàn)源的質量。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(爲了耦合不同的源和網絡)、甚至整流器和逆變器的問題，因爲電(diàn)池直接連接到直流電(diàn)源。

c) 更好的集成性

此外(wài)，由于人口密集的土地成本較高，數據中(zhōng)心幾乎完全位于偏僻地區，因此整合可再生(shēng)能源(如光伏、燃料電(diàn)池或風力渦輪機)要容易得多，特别是因爲它們已經以直流電(diàn)的形式提供電(diàn)力。

5. 數據中(zhōng)心直流标準

在中(zhōng)國、日本、美國、德國和瑞士已經有了一(yī)些直流數據中(zhōng)心。但是，目前還沒有任何需要遵守的綁定标準。根據TS 62735，國際電(diàn)工(gōng)委員(yuán)會(IEC)已經着手用标準化的插頭和插座設備來創建缺失的環節。IEC TS 62735-1标準用于2.6kW以下(xià)的配電(diàn)系統，自2015年8月起被采用。IEC TS62735-2标準于2016年12月獲得批準，适用于輸出功率不超5.2kW且在負載下(xià)不能分(fēn)離(lí)的配電(diàn)系統。

下(xià)一(yī)步是批準設備端等效程序。幾種不同的直流連接器的方法已經被引入市場，但是由于目前缺乏标準，沒有一(yī)種方法能夠占上風。因此，各種供應商(shāng)正在與IEC标準化機構合作，在之前AC标準IEC60320的基礎上，創建一(yī)個國際認可的直流插頭連接标準。

數據中(zhōng)心電(diàn)壓供應的全球轉換需要是一(yī)個漸進的過程，以防止所有的供電(diàn)設備需要同時從交流電(diàn)源切換到直流電(diàn)源。然而，支持這一(yī)巨大(dà)變化的解決方案，包括能夠同時爲數據中(zhōng)心設備提供交流和直流電(diàn)源的設備，全球廠商(shāng)正在積極探索。這些設備的供電(diàn)單元可以處理兩種供電(diàn)電(diàn)壓，但國際上有效的解決方案還必須确保所有與安全有關的預防措施都被考慮在内。

近期一(yī)些制造商(shāng)發布了首個UL批準的IEC TS 62735-1連接器系統、GS21插座插座和GP21可重新布線插頭，旨在實現數據中(zhōng)心直流配電(diàn)的标準化全球方法。IP20連接器系統的額定電(diàn)壓可達400VDC，額定電(diàn)流達8.8A，工(gōng)作溫度從-5℃延長到105℃。它還支持熱插拔，可以在2.6千瓦的負載下(xià)安全地斷開(kāi)連接。

6. 數據中(zhōng)心直流方案缺點

哪裏有光，哪裏就有陰影。這個通用準則也适用于直流數據中(zhōng)心。與目前流行的交流系統架構相比，直流數據中(zhōng)心架構仍相對較少。因此，缺乏關于它們長期表現和利益的數據。直流元件的可用性也還處于起步階段，這些元件不僅需要标準化，而且還需要一(yī)種新的直流電(diàn)源系統方法，即從電(diàn)網到服務器的整體(tǐ)規劃。例如，由于損耗在每個電(diàn)力系統中(zhōng)都會發生(shēng)，所以直流數據中(zhōng)心仍然會遇到損耗，比如熱量損耗，因此也需要直流供電(diàn)的冷卻系統。他們還需要直流空調系統、消防系統、門禁系統和建築控制系統等。

所有的制造商(shāng)、供應商(shāng)、工(gōng)程師、設計師、标準組織、運營商(shāng)和電(diàn)力供應鏈的其他成員(yuán)之間的大(dà)規模市場合作将是必要的，以一(yī)種有效的方式實現這種大(dà)規模的範式轉變，并分(fēn)享直流數據中(zhōng)心系統架構的許多好處。

7. 直流數據中(zhōng)心前景

基于直流電(diàn)源的數據中(zhōng)心具有巨大(dà)的潛力。其好處包括可觀的能源節約，以及在操作和基礎設施成本、物(wù)理空間需求以及安裝和維護所需的時間上的顯著節省。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。直流數據中(zhōng)心還可以直接利用可再生(shēng)能源提供的直流電(diàn)力，而無需額外(wài)的整流或轉換過程，這将進一(yī)步提高效率、整體(tǐ)系統成本和可持續性。最後，直流電(diàn)源的質量明顯優于交流電(diàn)源。因此，一(yī)些連接部件供應商(shāng)正和國際标準組織如IEC正在積極合作，以實現直流數據中(zhōng)心架構的巨大(dà)潛力。