伊顿科技，真正颠覆数据中心多级变换供电架构
时间：2021-05-10 来源：www.eaton-upsdy.com浏览次数：121
伊资讯 | 伊顿黑科技上线，真正颠覆数据中心多级变换供电架构
随着云计算、AI 和大数据的快速发展，全国数据存储和算力出现爆发式增长。数据中心建设呈现大愈大、小愈多的趋势，能源使用与节能降耗成为国家、行业和数据中心三级体系关注的焦点。
据《中国“新基建”发展研究报告》称，从全球来看，到 2025 年，数据中心能耗将占全球能耗的最大份额，高达 33%。从国内看，全国数据中心的耗电量已连续八年以超过 12% 的速度增长。
而在数据中心的耗电量和功耗不断提升的背景下，各地对于数据中心的 PUE 限制也逐步加强。
供给数据中心的电能主要消耗在三大部分：保证服务器的正常运行、冷却服务器所需的制冷开销，以及相应的供电损耗。在越来越多的数据中心开始采用自然冷却后，制冷环节中的电能消耗就主要体现在（泵或风扇）输送冷量的过程中。因此，用于制冷环节的电能消耗大为降低之后，数据中心“节流”的重点转向了降低供电传输过程中的损耗。
降低供电损耗的方法主要是缩减转换环节，并合理降低冗余。在这个领域里，优化供电路径是目前的主攻方向之一。一些新的应用探索，如高压直流供电不间断电源系统（HVDC、MVDC）等，已经在大型 IDC 得到了不同程度的应用。
第一代多级变换供电架构的应用探索
传统高压直流（HVDC）
传统高压直流（HVDC）被认为是降低供电传输损耗的创新应用，是因为其宣称的“一级变换”。但是，在通信行业标准 YD/T2378—2011《通信用 240V 直流供电系统》中，要求“交流输入应与直流输出电气隔离”。这意味着在 HVDC 电源中还必须有隔离变压器，而这一变压器又不可能采用体积庞大的工频变压器，所以采用如图所示的“AC/DC、DC/AC、高频变压器、AC/DC” 的三级变换拓扑，便是 HVDC 电源必然的选择。
如果与 UPS 等同的变换级来比较，那 HVDC 应该是“三级变换”。公开资料显示，最新的 HVDC 典型模块效率仅达 94%—96%，而当前高频 UPS 普遍已将整机效率做到了 97% 以上。相比而言，传统高压直流（HVDC）还没有能够在真正意义上，实现降低供电损耗的核心目标。
第二代多级变换供电架构的应用探索
巴拿马电源供电架构（MVDC）
延续 HVDC 的框架基础，巴拿马电源供电架构首次把 10kV 中压变压器、HVDC 组合成一体的供电系统，优化了 HVDC 的拓扑，将 HVDC 模块的变换级从原先的三级变为两级，使效率提升至 97%（99% 变压器效率 × 97% 优化的 HVDC 效率）。至此，以巴拿马电源供电架构为代表的的第二代应用探索，已经达到了高频 UPS 架构下的同等节电水平，开始具有降低供电损耗的实际意义。
巴拿马电源供电架构，并未彻底颠覆传统数据中心从市电引到终端设备之间多级变换分配的架构。数据中心不满足于 97% 的供电效率，变革仍在持续。
第三代多级变换供电架构的应用探索
交流直供技术
由于高压直流体系存在效率瓶颈制约，业界主流厂商纷纷开始探索更为彻底的架构创新，以追求更高的效率。
以伊顿为代表的全球主流厂商，通过长期对 UPS 应用及市场需求的研究，陆续提出了基于“零级变换”理论的交流直供供电架构。
在这之前，伊顿对中国的发电量、电网规模和多样化的能源供应进行了充分调研，对供电可靠性得出明确结论：
单路 380V 电网供电可靠率达到 99.955%（数据来源：国家电网报），基于这一数据，如果采用来自两路不同源 110kV 变电站的 10kV 2N 供配电架构，其 2N 冗余架构的电网供电可靠率为 99.998%。
外部电网的稳定性，为交流直供供电架构驱动数据中心供电架构变革提供了保证。
在市电供电良好的 99.955% 时间内，UPS 通过静态旁路运行在交流市电直接向 IT 负载供电的状态下，来实现高达 99% 的效率，因此得名为“交流直供”。同时，它还具有不间断的双变换和电池逆变两种后备电源供电路径，夯实供电的可靠性。并且由于发热损耗小于 1%，系统的安全性、可靠性也得到大大增强。
凭借更高的效率提升和更好的可靠性保障，交流直供技术，已经成为目前最热门的数据中心供电架构实施方向。全球主流厂商，正在积极部署和推广，帮助数据中心把低碳节能真正落在实处。
