高壓直流供電，究竟是什么？

在數(shù)據(jù)中心的供電領(lǐng)域，高壓直流供電正逐漸嶄露頭角。傳統(tǒng)的 UPS（不間斷電源）供電系統(tǒng)，采用交流輸入，先是通過 AC/DC 整流器把交流電轉(zhuǎn)換為直流電 ，接著再借助 DC/AC 逆變器將直流電重新變回交流電，以此為設(shè)備提供穩(wěn)定的交流電源。這種方式在數(shù)據(jù)中心發(fā)展早期，很好地保障了設(shè)備的電力供應(yīng)，確保數(shù)據(jù)不丟失、業(yè)務(wù)不停擺。

而高壓直流供電系統(tǒng)的工作方式則有所不同，它直接將交流電轉(zhuǎn)換為高壓直流電，隨后通過直流配電單元，把直流電供應(yīng)給設(shè)備。這一過程避免了逆變環(huán)節(jié)，少了一次復(fù)雜的電能形式轉(zhuǎn)換，直接讓直流電源抵達(dá)設(shè)備。打個(gè)比方，如果把數(shù)據(jù)中心的供電網(wǎng)絡(luò)看作是城市的交通網(wǎng)絡(luò)，傳統(tǒng) UPS 供電就像是要經(jīng)過多次換乘的公交線路，而高壓直流供電則是一條直達(dá)的快速通道，簡(jiǎn)潔高效。

高壓直流供電，強(qiáng)在哪？

在了解了高壓直流供電的基本原理后，我們來看看它在數(shù)據(jù)中心供電領(lǐng)域究竟有哪些過人之處，能逐漸成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。

（一）效率躍升，能耗猛降

傳統(tǒng) UPS 供電系統(tǒng)由于存在 AC/DC 整流和 DC/AC 逆變兩次電能轉(zhuǎn)換，每次轉(zhuǎn)換都會(huì)產(chǎn)生能量損耗 。而高壓直流供電系統(tǒng)少了逆變環(huán)節(jié)，就像是少了一個(gè) “耗電關(guān)卡”，這直接提升了能源利用率。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，高壓直流供電系統(tǒng)的效率通常能達(dá)到 96% 以上 ，而傳統(tǒng) UPS 系統(tǒng)在滿載時(shí)效率一般在 94% 左右。

以某大型數(shù)據(jù)中心為例，采用高壓直流供電后，每年的電費(fèi)支出節(jié)省了數(shù)百萬元。據(jù)估算，在一個(gè)功率為 10MW 的數(shù)據(jù)中心里，若采用高壓直流供電，每年可節(jié)省電量約 100 萬度，相當(dāng)于減少了近千噸的碳排放，節(jié)能效果顯著。這不僅為企業(yè)節(jié)省了大量的運(yùn)營(yíng)成本，也響應(yīng)了國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召，為綠色發(fā)展貢獻(xiàn)了力量。

（二）可靠性 UP，故障風(fēng)險(xiǎn) DOWN

高壓直流供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，采用模塊化設(shè)計(jì)和并機(jī)技術(shù)。模塊化設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)的各個(gè)部分就像搭積木一樣，可以獨(dú)立工作又相互協(xié)作。當(dāng)某個(gè)模塊出現(xiàn)故障時(shí)，不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，運(yùn)維人員可以快速更換故障模塊，就像更換電腦硬盤一樣方便。而且，直流供電時(shí)電池直接掛在輸出母線上，在市電異常時(shí)，能更快速地切換到備用電源，保障設(shè)備持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

而傳統(tǒng) UPS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用冗余設(shè)計(jì)雖能提高可靠性，但并機(jī)設(shè)計(jì)也增加了故障風(fēng)險(xiǎn)。比如在一些 UPS 系統(tǒng)中，由于并機(jī)復(fù)雜，一旦出現(xiàn)同步問題，就可能導(dǎo)致供電中斷，影響數(shù)據(jù)中心的正常運(yùn)營(yíng)。相比之下，高壓直流供電系統(tǒng)在可靠性方面更勝一籌。

（三）成本減法，效益加法

從設(shè)備成本來看，雖然高壓直流供電系統(tǒng)的初始投資可能略高于傳統(tǒng) UPS，但它的高效節(jié)能特性，長(zhǎng)期下來能大大降低能源消耗成本。而且，其維護(hù)成本也更低，模塊化設(shè)計(jì)使得維護(hù)工作更簡(jiǎn)單，減少了因故障導(dǎo)致的停機(jī)損失。

在占地面積上，高壓直流供電設(shè)備體積相對(duì)較小，能節(jié)省寶貴的數(shù)據(jù)中心空間。以一個(gè)擁有 5000 個(gè)機(jī)柜的數(shù)據(jù)中心為例，采用高壓直流供電系統(tǒng)，可節(jié)省約 200 平方米的空間，這些空間可用于部署更多的服務(wù)器，增加業(yè)務(wù)收入。綜合來看，高壓直流供電系統(tǒng)在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)中能實(shí)現(xiàn)成本的降低和效益的提升。

（四）靈活擴(kuò)展，適配未來

隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的快速增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)中心的擴(kuò)容需求越來越頻繁。高壓直流供電系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)在這方面優(yōu)勢(shì)明顯，它可以根據(jù)需求靈活增加模塊數(shù)量，實(shí)現(xiàn)分布式供電。不像傳統(tǒng) UPS 系統(tǒng)，擴(kuò)容和改造相對(duì)繁瑣，且可能面臨并機(jī)復(fù)雜性等問題。

而且，高壓直流供電系統(tǒng)對(duì)高功率密度設(shè)備的支持更好。隨著數(shù)據(jù)中心設(shè)備朝著更高功率密度發(fā)展，高壓直流供電能夠更穩(wěn)定地為這些設(shè)備供電，滿足未來數(shù)據(jù)中心不斷升級(jí)的電力需求，為數(shù)據(jù)中心的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展提供了有力保障。

落地有難題？應(yīng)對(duì)有妙招！

盡管高壓直流供電優(yōu)勢(shì)顯著，但在實(shí)際推廣應(yīng)用中，也面臨著一些挑戰(zhàn)。

在末端負(fù)載兼容性方面，由于目前大多數(shù)數(shù)據(jù)中心設(shè)備最初是按照交流供電設(shè)計(jì)的，要適配高壓直流供電，需要對(duì)設(shè)備內(nèi)部的電源模塊等進(jìn)行改造或重新設(shè)計(jì) 。例如，一些服務(wù)器的電源模塊可能無法直接接受高壓直流輸入，需要增加額外的轉(zhuǎn)換裝置，這不僅增加了成本，還可能影響設(shè)備的整體穩(wěn)定性。

設(shè)備穩(wěn)定性也是一個(gè)關(guān)鍵問題。雖然理論上高壓直流供電可以提供更穩(wěn)定的電源，但在實(shí)際運(yùn)行中，由于直流系統(tǒng)的特性，如電流波動(dòng)、電壓紋波等，可能會(huì)對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定性和使用壽命產(chǎn)生一定影響 。而且，目前高壓直流供電系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范還不夠完善，不同廠家的產(chǎn)品在接口、性能等方面存在差異，這也給系統(tǒng)的集成和運(yùn)維帶來了困難。

面對(duì)這些挑戰(zhàn)，行業(yè)也在積極探索解決方案。一方面，加大研發(fā)投入，推動(dòng)設(shè)備制造企業(yè)開發(fā)適應(yīng)高壓直流供電的設(shè)備，從源頭上解決兼容性問題。另一方面，加快制定和完善高壓直流供電系統(tǒng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，提高系統(tǒng)的通用性和穩(wěn)定性。

成功案例，見證實(shí)力

眾多數(shù)據(jù)中心已經(jīng)開始采用高壓直流供電系統(tǒng)，讓我們來看看幾個(gè)典型案例。有孚網(wǎng)絡(luò)上海書院云計(jì)算數(shù)據(jù)中心在建設(shè)中采用了高壓直流供配電技術(shù) ，有效降低了能源損耗。該數(shù)據(jù)中心通過優(yōu)化變壓器位置，縮短低壓電纜配電距離，進(jìn)一步減少了電力傳輸中的損耗。投入運(yùn)行后，年平均綜合電能利用效率較上海市數(shù)據(jù)中心建設(shè)導(dǎo)則要求提升優(yōu)化至少 10% ，并獲得了 ISO50001 能源體系管理認(rèn)證 ，實(shí)現(xiàn)了高效節(jié)能與穩(wěn)定運(yùn)行的雙贏。

浪潮信息助力國(guó)家電網(wǎng)打造的多站融合數(shù)據(jù)中心，IT 負(fù)載采用浪潮 ISC-XL400DC 高壓直流列頭柜供電。在導(dǎo)線截面、電流密度與絕緣水平相當(dāng)?shù)那闆r下，高壓直流系統(tǒng)的線路傳輸功率約為交流線路的 1.6 - 1.8 倍 ，直流線損僅為交流網(wǎng)絡(luò)的 15% - 30% 。而且，蓄電池直接掛接在負(fù)載端，市電異常時(shí)能直接供電，減少了中間變換環(huán)節(jié)，故障率大大降低。從實(shí)際運(yùn)營(yíng)效果來看，該數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定性和能源利用效率都得到了顯著提升，為國(guó)家電網(wǎng)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了有力支撐。