數據中心基礎設施工程師必知必會（4）-直流系統篇（上）

2020-09-01 11:33

中國IDC圈

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本篇文章是本系列的第四篇文章，直流電源會使得數據中心的系統架構更加精簡、更加強大，但首先，我們必須進行范式轉化，通過這篇文章您將會了解到以下概念：交流電源的現狀和缺點；直流電源的可行性和帶來的優勢。

1．交流電源的現狀和缺點

交流電源在配電領域的發展中扮演著至關重要的角色，主要是因為以下的優勢：

a）遠距離傳輸中損耗較低；

b）良好的滅弧性能用以保護開關；

c）交流整流成本要遠低于直流逆變的成本。

然而，交流電源并不一定是輸送功率最有效的手段，這是因為在數據機房中，交流和直流需要進行頻繁轉化。機房中的服務器與UPS電源由于技術特性必須采用直流供電，這就導致了大量未使用的電力在數據中心中消失在冗長、持續、最終不必要的轉換過程中，并總是產生不必要的熱量，這也會對電子系統產生負面影響。隨著綠色數字化趨勢的流行，越來越多的數據中心對于能耗提出了更高的要求。

2．高能耗的數據中心

a）全球數據中心能耗

根據英國2016年的一份獨立報告，數據中心消耗了全球約3％的電力和排放了2％的溫室氣體，考慮到目前存在的大量電子系統和設備，這產生的影響是至關重要的。在過去的幾年里，全球數據中心平均每年消耗416．2太瓦時（TWh）的電力，而英國全國有超過6600萬人，同時一直位列GDP前十，平均每年大約只消耗300 TWh。因此，完全可以說今天的數據中心是真正的能源消耗者。

b） PUE值常見范圍

PUE通常用于評估數據中心效率的度量，我們在之前的報告中提到過這個概念，即電能使用效率值。PUE值為1．3意味著消耗的能量有30％作為熱量散去而沒有被利用。這聽起來可能很多，但它實際上被認為是一個極好的PUE值。值在2左右或更高可能會更加常見，而不是例外。

3．數據中心的直流方案

由于每一次交流到直流轉換都會造成電力損耗和熱量產生，而數據中心服務器在直流電源下工作，因此為數據中心提供直流電源并在整個電源鏈中盡可能一致地使用是非常有意義的。為了使用盡可能多的現有基礎設施來實現這一改變，引入的中壓交流電將通過大功率整流器向下轉換為直流電。然后直流電源將為UPS提供電能，然后再轉移到直流開關設備，進一步分配到新的直流服務器電源，最后再分配到使用直流電源電壓的服務器。一種更有效的模式還可以將傳統的交流電網電力替換為由太陽能和風能等替代能源系統產生的直接直流電力供應。

圖1：一個典型的交流數據中心架構(上)與一個典型的直流數據中心架構(下)。