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數據中心的優缺點，集中式與分布式直流電源架構

2023-01-31 14:27 作者：joseph wu 閱讀量：6327

隨著功率密度的增加，數據中心運營商和服務提供商需要利用每一個機會來降低功耗和提高電源效率。如今，大多數數據中心都使用交流 (AC)配電系統。然而，最近，數據中心行業正在探索另一種選擇——直流 (DC) 配電系統。

數據中心的 DC 方法

直流 (DC) 電源是指最常由太陽能電池和電池等來源產生的一種電源形式。顧名思義，直流電 (DC) 表示電流是線性的和直接的。它始終沿同一方向流動，不會在正負端子之間振蕩。

直流電源可用于許多場景，從電池充電到電子系統、電機等的大型電源。高壓直流電用于從遠程發電站傳輸大量電力。直流電源的常見應用還包括便攜式太陽能系統和太陽能行業中的其他離網設備。

與可以將電力傳輸數千英里且損耗很小的交流電相比，直流電廠只能傳輸幾英里的電力。這就是為什么今天的工業世界由交流電源主導的原因。但在數據中心，能量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。此外，直流電源技術的進步使其更加高效且易于調節。

數據中心的優缺點

隨著人們越來越關注在數據中心內轉向直流配電，直流電源肯定會帶來其公平份額的好處。讓我們全面了解一下使用直流電源的數據中心的優缺點。

主要優勢

不太復雜

與當前的 AC 方法相比，DC 電源方法不那么復雜，使用的組件也少得多。更少的組件需要更少的時間來安裝和維護，并降低了出錯的可能性，從而降低了安裝和維護成本。

更小的空間

直流配電占用的空間更小，因為它比同類交流系統使用更少的銅，并且在電力中斷期間分配存儲電力時不需要使用整流器。這意味著服務器機架和冷卻設備需要更多的占地面積。

電能質量

直流配電還提高了供電質量。使用交流電源時，每次電流改變方向時都會有功率損耗。而 DC 消除了有害諧波和失真的問題，以及相位補償和同步的需要。

模塊化和可擴展

電池等儲能設備可以直接放置在現有的直流電源架構上，可以根據需要添加負載，而無需改變當前的電力網絡。隨著設施的增長和負載的增加，這增加了更快的安裝和升級。

與其他來源的整合

有據可查的是，直流系統可以輕松集成現場能源，如太陽能電池板、燃料電池或同樣產生直流電的風力渦輪機。隨著越來越多的數據中心轉向綠色數據中心，這變得越來越有吸引力。

限制

盡管直流電源的好處很多，但也有一些限制需要考慮。

缺乏標準

目前還沒有針對直流電源數據中心的行業定義標準。直流電源系統仍未就電壓和電連接器的標準達成一致。

重構成本

如果您計劃更改現有的交流電源架構以支持直流電源，那么肯定會涉及行業可能試圖避免的成本。

有限的直流電源資源

直流電源數據中心還需要直流空調系統、消防系統、門禁系統和樓宇控制系統（以及直流服務器、網絡交換機等直流用電設備）。但是，市場上使用直流電源運行的基礎設施數量有限。這使得直流配電系統成為數據中心的艱難選擇。

缺少知識

與數據中心普遍采用的交流系統相比，直流數據中心架構相對較少。這意味著缺乏有關其長期績效和收益的數據。因此，數據中心所有者和運營商在運行直流電源數據中心方面的知識和經驗有限。

集中式與分布式直流電源架構

正如有集中式和分布式UPS系統一樣，也有集中式和分布式直流配電系統。在集中式直流電源架構中，電源是從用戶電壓的中央位置分配的。而在分布式直流電源架構中，電源只有在靠近用電設備時才會轉換為直流電。

與集中式相比，分布式直流電源架構具有一些獨特的優勢。首先，電力不必從用戶電壓的中心位置分配。所以沒有更高電壓的安全隱患，電纜也不需要承受大電流。可以使用更小的電纜將電力傳輸到耗電設備，從而減少損耗。此外，通過用于整流和電池存儲的熱插拔和可更換模塊，分布式直流電源架構更加模塊化，使系統更易于維護。

幾個障礙

如上所述，在數據中心更廣泛地采用直流電源系統存在一些障礙。首先，缺乏行業定義的標準，DC 成為一個可行的選擇將需要這些標準。改造現有交流系統所涉及的成本也使選擇直流電源成為一項挑戰。此外，不可或缺的資源選擇有限，例如服務器的直流電源、空調裝置、消防設備和在直流電上運行的樓宇控制。

最大的挑戰是數據中心所有者和運營商缺乏知識。他們必須面對諸如在哪里放置交流到直流轉換，以及如何在直流系統上設計儲能設備等問題。顯然，業界需要一些時間才能更加熟悉直流系統的長期性能。

直流電源會改變游戲規則嗎？

盡管路上存在一些障礙，但直流電源數據中心仍然具有巨大的潛力，因為它們提供了所有好處，例如顯著節省運營和維護成本、物理空間、更好的電能質量以及與其他來源的輕松集成。

然而，在切換到直流電源系統之前，數據中心所有者和運營商必須仔細查看他們現有的網絡和電力基礎設施，以決定他們是否應該進行轉換。IEC 等國際標準組織正在積極研究如何釋放數據中心直流電源架構的巨大潛力。隨著數據密集型下一代技術的發展，直流電源可能很快就會成為新常態。

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