1. 交流電源的(de)現狀和缺點

交流電源在(zài)配電領域的(de)發展中扮演著(zhe)至關重要的(de)角色，主要是因為(wèi)以下的(de)優勢：

a) 遠(yuǎn)距離(lí)傳輸中損耗較低;

b) 良好(hǎo)(hǎo)的(de)滅弧性能用(yòng)以保護開關;

c) 交流整流成本要遠(yuǎn)低于直流逆變的(de)成本。

然而，交流電源并不(bù)一定是輸送功率最有效的(de)手段，這(zhè)是因為(wèi)在(zài)數(shù)據機房(fáng)中，交流和直流需要進行(xíng)頻(pín)繁轉化(huà)(huà)。機房(fáng)中的(de)服(fú)務(wù)器(qì)與UPS電源由于技術特性必須采用(yòng)直流供電，這(zhè)就導緻了大量未使用(yòng)的(de)電力在(zài)數(shù)據中心中消失在(zài)冗長(cháng)、持續、最終不(bù)必要的(de)轉換過程中，并總是産生不(bù)必要的(de)熱量，這(zhè)也會(huì)對電子(zi)系統産生負面影響。随著(zhe)綠色數(shù)字化(huà)(huà)趨勢的(de)流行(xíng)，越來越多的(de)數(shù)據中心對于能耗提出了更高(gāo)的(de)要求。

2. 高(gāo)能耗的(de)數(shù)據中心

a) 全球數(shù)據中心能耗

根據英國2016年的(de)一份獨立報(bào)告，數(shù)據中心消耗了全球約3%的(de)電力和排放了2%的(de)溫室氣體，考慮到目前存在(zài)的(de)大量電子(zi)系統和設備，這(zhè)産生的(de)影響是至關重要的(de)。在(zài)過去的(de)幾年裡(lǐ)，全球數(shù)據中心平均每年消耗416.2太瓦時(TWh)的(de)電力，而英國全國有超過6600萬人，同時一直位列GDP前十，平均每年大約隻消耗300 TWh。因此，完全可以說(shuō)今天的(de)數(shù)據中心是真正的(de)能源消耗者。

b) PUE值常見範圍

PUE通常用(yòng)于評估數(shù)據中心效率的(de)度量，我(wǒ)們在(zài)之前的(de)報(bào)告中提到過這(zhè)個(gè)概念，即電能使用(yòng)效率值。PUE值為(wèi)1.3意味著(zhe)消耗的(de)能量有30%作為(wèi)熱量散去而沒有被利用(yòng)。這(zhè)聽(tīng)起來可能很多，但(dàn)它實際上被認為(wèi)是一個(gè)極好(hǎo)(hǎo)的(de)PUE值。值在(zài)2左右或更高(gāo)可能會(huì)更加常見，而不(bù)是例外。

3. 數(shù)據中心的(de)直流方案

由于每一次交流到直流轉換都會(huì)造成電力損耗和熱量産生，而數(shù)據中心服(fú)務(wù)器(qì)在(zài)直流電源下工作，因此為(wèi)數(shù)據中心提供直流電源并在(zài)整個(gè)電源鍊中盡可能一緻地(dì)使用(yòng)是非常有意義的(de)。為(wèi)了使用(yòng)盡可能多的(de)現有基礎設施來實現這(zhè)一改變，引入的(de)中壓交流電将通過大功率整流器(qì)向下轉換為(wèi)直流電。然後直流電源将為(wèi)UPS提供電能，然後再轉移到直流開關設備，進一步分配到新(xīn)的(de)直流服(fú)務(wù)器(qì)電源，最後再分配到使用(yòng)直流電源電壓的(de)服(fú)務(wù)器(qì)。一種更有效的(de)模式還可以将傳統的(de)交流電網電力替換為(wèi)由太陽能和風能等替代能源系統産生的(de)直接直流電力供應。

直流架構使用(yòng)的(de)組件(jiàn)要少得多，這(zhè)本質上提高(gāo)了效率和可靠性，同時最小化(huà)(huà)了對物(wù)理(lǐ)空間的(de)要求，還允許在(zài)不(bù)需要轉換的(de)情況下直接集成可再生能源。

4. 直流數(shù)據中心的(de)其他(tā)優勢

a) 更高(gāo)的(de)可靠性

數(shù)據中心電源架構的(de)直流方法使用(yòng)的(de)組件(jiàn)比當前的(de)交流方法要少得多。更少的(de)組件(jiàn)需要更少的(de)時間來安裝和服(fú)務(wù)，減少潛在(zài)的(de)錯誤，提高(gāo)系統的(de)可靠性，減少安裝和維護成本，這(zhè)使得直流方法也是一個(gè)經濟有效的(de)解決方案。根據日本電報(bào)電話公司(sī)(NTT)進行(xíng)的(de)一項研究，數(shù)據中心系統的(de)可靠性有望提高(gāo)10倍，這(zhè)僅僅是因為(wèi)它不(bù)那麼複雜。此外，根據ABB等公司(sī)的(de)計(jì)算和研究，服(fú)務(wù)器(qì)達到效率(supply-to-serverefficiency)提高(gāo)了約10%，減少基礎設施投資(zī)成本約15%，同時減少了大約25%的(de)所需的(de)空間。

b) 良好(hǎo)(hǎo)的(de)電源質量

直流數(shù)據中心架構也提高(gāo)了電源的(de)質量。它們消除了不(bù)必要的(de)諧波和諧波失真問題，以及相位補償、同步(為(wèi)了耦合不(bù)同的(de)源和網絡)、甚至整流器(qì)和逆變器(qì)的(de)問題，因為(wèi)電池直接連接到直流電源。

c) 更好(hǎo)(hǎo)的(de)集成性

此外，由于人口密集的(de)土(tǔ)地(dì)成本較高(gāo)，數(shù)據中心幾乎完全位于偏僻地(dì)區(qū)，因此整合可再生能源(如光伏、燃料電池或風力渦輪機)要容易得多，特别是因為(wèi)它們已經以直流電的(de)形式提供電力。

5. 數(shù)據中心直流标準

在(zài)中國、日本、美國、德國和瑞士已經有了一些直流數(shù)據中心。但(dàn)是，目前還沒有任何需要遵守的(de)綁定标準。根據TS 62735，國際電工委員會(huì)(IEC)已經著(zhe)手用(yòng)标準化(huà)(huà)的(de)插頭和插座設備來創建缺失的(de)環節。IEC TS 62735-1标準用(yòng)于2.6kW以下的(de)配電系統，自2015年8月起被采用(yòng)。IEC TS62735-2标準于2016年12月獲得批準，适用(yòng)于輸出功率不(bù)超5.2kW且在(zài)負載下不(bù)能分離(lí)的(de)配電系統。

下一步是批準設備端等效程序。幾種不(bù)同的(de)直流連接器(qì)的(de)方法已經被引入市(shì)場，但(dàn)是由于目前缺乏标準，沒有一種方法能夠占上風。因此，各種供應商正在(zài)與IEC标準化(huà)(huà)機構合作，在(zài)之前AC标準IEC60320的(de)基礎上，創建一個(gè)國際認可的(de)直流插頭連接标準。

數(shù)據中心電壓供應的(de)全球轉換需要是一個(gè)漸進的(de)過程，以防止所有的(de)供電設備需要同時從交流電源切換到直流電源。然而，支持這(zhè)一巨大變化(huà)(huà)的(de)解決方案，包括能夠同時為(wèi)數(shù)據中心設備提供交流和直流電源的(de)設備，全球廠商正在(zài)積極探索。這(zhè)些設備的(de)供電單元可以處理(lǐ)兩種供電電壓，但(dàn)國際上有效的(de)解決方案還必須确保所有與安全有關的(de)預防措施都被考慮在(zài)內(nèi)。

近(jìn)期一些制造商發布了首個(gè)UL批準的(de)IEC TS 62735-1連接器(qì)系統、GS21插座插座和GP21可重新(xīn)布線插頭，旨在(zài)實現數(shù)據中心直流配電的(de)标準化(huà)(huà)全球方法。IP20連接器(qì)系統的(de)額定電壓可達400VDC，額定電流達8.8A，工作溫度從-5℃延長(cháng)到105℃。它還支持熱插拔，可以在(zài)2.6千瓦的(de)負載下安全地(dì)斷開連接。

6. 數(shù)據中心直流方案缺點

哪裡(lǐ)有光，哪裡(lǐ)就有陰影。這(zhè)個(gè)通用(yòng)準則也适用(yòng)于直流數(shù)據中心。與目前流行(xíng)的(de)交流系統架構相比，直流數(shù)據中心架構仍相對較少。因此，缺乏關于它們長(cháng)期表現和利益的(de)數(shù)據。直流元件(jiàn)的(de)可用(yòng)性也還處于起步階段，這(zhè)些元件(jiàn)不(bù)僅需要标準化(huà)(huà)，而且還需要一種新(xīn)的(de)直流電源系統方法，即從電網到服(fú)務(wù)器(qì)的(de)整體規劃。例如，由于損耗在(zài)每個(gè)電力系統中都會(huì)發生，所以直流數(shù)據中心仍然會(huì)遇到損耗，比如熱量損耗，因此也需要直流供電的(de)冷卻系統。他(tā)們還需要直流空調系統、消防系統、門(mén)禁系統和建築控制系統等。

所有的(de)制造商、供應商、工程師(shī)、設計(jì)師(shī)、标準組織、運營商和電力供應鍊的(de)其他(tā)成員之間的(de)大規模市(shì)場合作将是必要的(de)，以一種有效的(de)方式實現這(zhè)種大規模的(de)範式轉變，并分享直流數(shù)據中心系統架構的(de)許多好(hǎo)(hǎo)處。

7. 直流數(shù)據中心前景

基于直流電源的(de)數(shù)據中心具有巨大的(de)潛力。其好(hǎo)(hǎo)處包括可觀的(de)能源節約，以及在(zài)操作和基礎設施成本、物(wù)理(lǐ)空間需求以及安裝和維護所需的(de)時間上的(de)顯著節省。由于它們使用(yòng)更少的(de)組件(jiàn)，因此也提供了更高(gāo)的(de)可靠性性能。直流數(shù)據中心還可以直接利用(yòng)可再生能源提供的(de)直流電力，而無需額外的(de)整流或轉換過程，這(zhè)将進一步提高(gāo)效率、整體系統成本和可持續性。最後，直流電源的(de)質量明顯優于交流電源。因此，一些連接部件(jiàn)供應商正和國際标準組織如IEC正在(zài)積極合作，以實現直流數(shù)據中心架構的(de)巨大潛力。