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數據中心直流電源的主要優勢和局限性

2023-04-28 09:33 作者：joseph wu 閱讀量：2944

電源是數據中心要考慮的最重要方面。大多數數據中心使用交流 (AC) 配電系統。然而，最近，業界越來越關注探索和利用直流 (DC) 配電系統作為另一種選擇。Comcast 和 Verizon 等領先的電信公司已經使用直流電源運行其數據中心。市場上有一些服務器可以同時使用直流電源和交流電源，因此必須同時為數據中心提供這兩種選擇，以便為未來做好準備。

交流與直流電源的歷史

1800 年，托馬斯·愛迪生發明了基于直流電的配電系統，但他在電流大戰中輸給了與喬治·威斯汀豪斯一起發明交流配電系統的尼古拉·特斯拉。交流電之所以獲勝，是因為它能夠以最小的損耗輕松地遠距離傳輸電力。因此，使用 AC 成為標準配電系統的明顯選擇。

交流電可以傳輸數千英里，而直流電廠只能傳輸幾英里。當我們考慮照明路燈等用途時就足夠了，但在數據中心，能源傳輸僅限于數據中心設施本身。因此，在數據中心使用 DC 時對傳輸損耗的考慮不太重要。

交流電源和直流電源之間的主要區別

在交流電源中，電流周期性地改變方向。每秒反轉60次（北美）或每秒反轉50次（歐洲），電壓容易變壓。這也是 AC 可以輕松運輸的原因之一。在交流電源數據中心，電力以 600V AC 或 480V AC 的形式分配給設施。然后將此電源降壓至 208V AC 或 120V AC，以分配給機架供服務器和其他 IT 設備使用。

對于交流電源數據中心的電源中斷和干擾，不間斷電源（UPS）和儲能系統（例如電池）用于電源備份。這涉及將輸入的交流電轉換為直流電進行存儲。在電源中斷期間，通過將直流電源轉換為交流電源來維持備用電源，交流電源將電源傳輸到地面 PDU，并進一步向下游傳輸到機架 PDU，機架 PDU 將電源分配給放置在這些機架中的服務器和 IT 設備。

直流電是線性的，沿一個方向流動。手機、太陽能電池、計算機、電視以及混合動力和電動汽車都依靠直流電源運行。

直流電源數據中心從公用事業公司獲取交流電，使用整流器將交流電轉換為直流電，整流器還可以為電池充電。來自這些整流器的直流電源進入電池配電斷路器托架 (BDCBB)，該托架將電力直接或通過保險絲警報面板傳輸到放置在機架中的服務器。在電源中斷或干擾期間，充電電池用于備用電源，與交流電源不同，不需要轉換。

直流電源的主要優勢

  • 不太復雜。與交流電源相比，直流電源轉換更簡單，因此所需的數據中心空間和設備更少。此外，更簡單的直流電源架構設計消除了相位負載平衡的需要。
  • 更少的空間。與交流電源數據中心相比，使用直流電源設備時，不動產減少到 25%。數據中心的空間可用于安裝更多機架和服務器。因此，直流電源數據中心的空間和設備維護成本較低。
  • 電能質量。與交流電相比，直流電的質量更好，直流電的功率損耗更小。在交流電中，每次電流改變方向時都會有一些功率損失。
  • 模塊化和可擴展。隨著負載的增加，可以通過添加更多的電池串來構建直流電源系統。與交流電源不同，交流電源從第一天起就需要安裝具有最大功率容量的 UPS。可以根據需要添加電池等儲能設備，而無需改變現有架構。隨著設施的發展，升級和安裝會更快。
  • 與其他來源的整合。數據中心的直流電源系統可以幫助整合太陽能電池板和燃料電池等能源。
  • 運行時間更長。在停電期間，直流電源數據中心的電池提供的運行時間比相同負載的 UPS 更長。

直流電源的局限性

  • 缺少知識。由于很少有公司的數據中心由直流電源運行，因此數據中心所有者、運營商和承包商之間缺乏經驗。由于缺乏知識和經驗，硬件供應商提供的支持是有限的。
  • 缺乏標準。直流配電系統仍未就電壓和電連接器的標準達成一致。直流電源數據中心沒有行業定義的標準設計。
  • 重構成本。改造現有架構會產生成本。業界可能不贊成直流電源，因為改變現有交流電源架構以支持直流電源的費用很高。
  • 有限的直流電源資源。市場上使用直流電源運行的服務器數量有限。缺少使用直流電源運行的空調系統和消防系統，這使得數據中心難以選擇直流配電系統。

DC 和 AC 是數據中心的兩種替代方法。由于大多數數據中心使用交流電源，因此很難將其現有架構更改為直流電源。然而，在設計新數據中心時，直流電源無疑是一個很有前途的選擇。

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