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什么是数据中心机房的混合供电?跟高压直流供电的优劣?丨数据中心机房供电方案

2023-08-18 10:21:09 28

  数据中心在交流和直流之争的过程中,又出现了高压直流。实际上,现在在数据中心里存在了交流、直流、高压直流三种供电方式。交流供电仍然占据着超过90%的市场,而高压直流不足1%,随着数据中心能耗问题的凸显,现行的交流供电方式会使今后的耗电量剧增,越来越多的人开始转而投向直流和高压直流的供电方式。相信将来会出现三者长期共存的局面。数据中心究竟会采用哪种供电方式,还需要结合自身特点去决定。

  现在的数据中心主要有两种供电模式:交流和直流。

  我们知道绝大家用电器用的都是交流电。交流电的电流方向、大小会随时间而不断改变。发电厂的发电机是利用动力使发电机中的线圈运转,每转180°发电机输出电流的方向就会变换一次,因此电流的大小也会随时间做规律性的变化,此种电源就称为“交流电源”。简记为AC。相比交流电的应用范围,直流电主要用于工业。直流电的电流流向始终不变。电流是由正极,经导线、负载,回到负极,通路中,电流的方向始终不变,所以我们将输出这固定电流方向的电源,称为“直流电源”。简记为DC。用直流电工作的用电器需要直流供电,用交流电工作的用电器需要交流供电。

  交流供电是电网供电最普遍的方式,但是这种供电方式却不是高效的。由于交流电在每个时刻它的相位和大小都在变化,这样交流电就可以实现变压,而直流是不能变压的,交流电在传输时可以升压,使得在传说中损耗减小。通过变压又可能有多种电压的输出,比如:24V、48V、220V等,供各种设备使用。不过交流电也有缺点,就是损耗要大些。直流供电正好相反,直流的损耗要小,而且直流供电只要两根线就可以实现传输。不过直流的电压相位不会发生变化,在传输小信号时容易受到外界的干扰,不像交流电可以加上滤波环节过滤。主要的电网都是交流电,因此要对直流设备供电,需要进行交直流转换,这类转换的设备投资都比较贵,需要额外增加投资。

  采用直流电最大的障碍不仅仅是转换直流交流的能量损失问题,一个直流数据中心需要完全不同的配电系统。配电将需要整合站内发电机,使得后备发电机能源能够转成直流,同时服务器和系统也得革新。现有的服务器和其他硬件系统无法翻新来适应直流供电,所以需要一个完全不同的硬件套件。企业如果要配置直流供电,恐怕得重新建个数据中心。采用直流供电还存在电压值和安全性能问题。如果电压较低,就会导致供电时电阻损耗增大、供电电缆变粗、布线作业难度增加以及电缆等构件成本上升的问题。但是如果提高电压值,就必须解决电弧及触电问题。由于直流电始终施加恒定电压,因此不能熄灭电弧,就有可能引燃周围的物体,所以相比交流供电,直流供电的安全性较低。直流供电的设备易产生静电,所以采用直流供电的设备一定要做好接地,否则容易产生静电电击人。

  在数据中心到底应该采用交流还是直流供电一直备受争议,实际在数据中心也是两种供电方式都存在,一般的高端设备也都支持两种方式供电,在传统的运营商网络有不少需要-48V直流供电的设备,这样就需要将交流电转换为直流电,转换的过程仍然必不可少。有些数据中心最开始就是以直流电供应型设备发展建立起来的,这样整体设备供电只需要从电网做一次转换,效率将变得很高。对于采用混合型的数据中心,既有交流设备又有直流设备,就需要有转换的UPS设备,这样即便直流设备能耗小,也浪费掉不少转换的能量。所以交流与直流孰好孰坏,需要综合来看。

  无论是交流供电还是直流供电,都有优缺点,不好说哪种就一定好。经过了近期永无休止的争论,终于出现了一种折衷的方式,即高压直流供电。高压直流供电既电能损耗小,又没有易受干扰的问题,似乎是两种方式争论的折中结果。这种方式实际上仍属于一种直流供电,在现有的数据中心仍需要时间来普及。随着数据中心能耗压力越来越大,必将进一步推动高压直流的普及。目前,高压直流与交流和直流工供电相比,唯一就是技术成熟度不够,随着技术的不断发展,高压直流供电的方式将越来越普及。

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