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数据中心的优缺点,集中式与分布式直流电源架构

2023-01-31 14:27 作者:joseph wu 阅读量:1528

随着功率密度的增加,数据中心运营商和服务提供商需要利用每一个机会来降低功耗和提高电源效率。如今,大多数数据中心都使用交流 (AC)配电系统。然而,最近,数据中心行业正在探索另一种选择——直流 (DC) 配电系统。

数据中心的 DC 方法

直流 (DC) 电源是指最常由太阳能电池和电池等来源产生的一种电源形式。顾名思义,直流电 (DC) 表示电流是线性的和直接的。它始终沿同一方向流动,不会在正负端子之间振荡。

直流电源可用于许多场景,从电池充电到电子系统、电机等的大型电源。高压直流电用于从远程发电站传输大量电力。直流电源的常见应用还包括便携式太阳能系统和太阳能行业中的其他离网设备。

与可以将电力传输数千英里且损耗很小的交流电相比,直流电厂只能传输几英里的电力。这就是为什么今天的工业世界由交流电源主导的原因。但在数据中心,能量传输仅限于数据中心设施本身。因此,在数据中心使用 DC 时对传输损耗的考虑不太重要。此外,直流电源技术的进步使其更加高效且易于调节。

数据中心的优缺点

随着人们越来越关注在数据中心内转向直流配电,直流电源肯定会带来其公平份额的好处。让我们全面了解一下使用直流电源的数据中心的优缺点。

主要优势

不太复杂

与当前的 AC 方法相比,DC 电源方法不那么复杂,使用的组件也少得多。更少的组件需要更少的时间来安装和维护,并降低了出错的可能性,从而降低了安装和维护成本。

更小的空间

直流配电占用的空间更小,因为它比同类交流系统使用更少的铜,并且在电力中断期间分配存储电力时不需要使用整流器。这意味着服务器机架和冷却设备需要更多的占地面积。

电能质量

直流配电还提高了供电质量。使用交流电源时,每次电流改变方向时都会有功率损耗。而 DC 消除了有害谐波和失真的问题,以及相位补偿和同步的需要。

模块化和可扩展

电池等储能设备可以直接放置在现有的直流电源架构上,可以根据需要添加负载,而无需改变当前的电力网络。随着设施的增长和负载的增加,这增加了更快的安装和升级。

与其他来源的整合

有据可查的是,直流系统可以轻松集成现场能源,如太阳能电池板、燃料电池或同样产生直流电的风力涡轮机。随着越来越多的数据中心转向绿色数据中心,这变得越来越有吸引力。

限制

尽管直流电源的好处很多,但也有一些限制需要考虑。

缺乏标准

目前还没有针对直流电源数据中心的行业定义标准。直流电源系统仍未就电压和电连接器的标准达成一致。

重构成本

如果您计划更改现有的交流电源架构以支持直流电源,那么肯定会涉及行业可能试图避免的成本。

有限的直流电源资源

直流电源数据中心还需要直流空调系统、消防系统、门禁系统和楼宇控制系统(以及直流服务器、网络交换机等直流用电设备)。但是,市场上使用直流电源运行的基础设施数量有限。这使得直流配电系统成为数据中心的艰难选择。

缺少知识

与数据中心普遍采用的交流系统相比,直流数据中心架构相对较少。这意味着缺乏有关其长期绩效和收益的数据。因此,数据中心所有者和运营商在运行直流电源数据中心方面的知识和经验有限。

集中式与分布式直流电源架构

正如有集中式和分布式UPS系统一样,也有集中式和分布式直流配电系统。在集中式直流电源架构中,电源是从用户电压的中央位置分配的。而在分布式直流电源架构中,电源只有在靠近用电设备时才会转换为直流电。

与集中式相比,分布式直流电源架构具有一些独特的优势。首先,电力不必从用户电压的中心位置分配。所以没有更高电压的安全隐患,电缆也不需要承受大电流。可以使用更小的电缆将电力传输到耗电设备,从而减少损耗。此外,通过用于整流和电池存储的热插拔和可更换模块,分布式直流电源架构更加模块化,使系统更易于维护。

几个障碍

如上所述,在数据中心更广泛地采用直流电源系统存在一些障碍。首先,缺乏行业定义的标准,DC 成为一个可行的选择将需要这些标准。改造现有交流系统所涉及的成本也使选择直流电源成为一项挑战。此外,不可或缺的资源选择有限,例如服务器的直流电源、空调装置、消防设备和在直流电上运行的楼宇控制。

最大的挑战是数据中心所有者和运营商缺乏知识。他们必须面对诸如在哪里放置交流到直流转换,以及如何在直流系统上设计储能设备等问题。显然,业界需要一些时间才能更加熟悉直流系统的长期性能。

直流电源会改变游戏规则吗?

尽管路上存在一些障碍,但直流电源数据中心仍然具有巨大的潜力,因为它们提供了所有好处,例如显着节省运营和维护成本、物理空间、更好的电能质量以及与其他来源的轻松集成。

然而,在切换到直流电源系统之前,数据中心所有者和运营商必须仔细查看他们现有的网络和电力基础设施,以决定他们是否应该进行转换。IEC 等国际标准组织正在积极研究如何释放数据中心直流电源架构的巨大潜力。随着数据密集型下一代技术的发展,直流电源可能很快就会成为新常态。

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