數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)構(gòu)架的核心是不間斷供電系統(tǒng)，組成該系統(tǒng)的主要設(shè)備有交流UPS或直流HVDC。為滿足數(shù)據(jù)中心不同可靠性等級(jí)的供電要求，目前業(yè)界采用不同的不間斷供電構(gòu)架解決方案。

對(duì)于Tier I級(jí)機(jī)房供電系統(tǒng)，不間斷電源系統(tǒng)配置無(wú)冗余。對(duì)于Tier II級(jí)機(jī)房供電系統(tǒng)，不間斷供電則采用設(shè)備多機(jī)并聯(lián)冗余方案，即“N＋X”不間斷冗余供電系統(tǒng)。其中“N”為擴(kuò)容系統(tǒng)，“X”為冗余并機(jī)數(shù)量，不間斷供電設(shè)備常見(jiàn)形式為交流UPS。事實(shí)上，如果設(shè)計(jì)采用直流不間斷供電系統(tǒng)，直流HVDC也適用。對(duì)于規(guī)模較大、可靠性要求較高的Tier III級(jí)或Tier IV級(jí)機(jī)房供電系統(tǒng)，不間斷供電系統(tǒng)則采用“2N”供電系統(tǒng)。“2N”供電系統(tǒng)不但實(shí)現(xiàn)了不間斷供電功能，還大幅度提高了不間斷供電系統(tǒng)的可靠性。另外，為進(jìn)一步提升可靠性，每路不間斷供電回路中還可以采用“N＋X”設(shè)備冗余。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，數(shù)據(jù)中心交流配網(wǎng)市電有采用雙重電源、兩回線路供電的方式。對(duì)于“2N”不間斷供電系統(tǒng)，由于兩路供電均完全采用相同的供電回路，因此供電系統(tǒng)可靠性最高。不過(guò)“2N”不間斷供電系統(tǒng)成本也相應(yīng)最高，另外考慮到數(shù)據(jù)中心巨大的耗電量和國(guó)家“雙碳”目標(biāo)，近年來(lái)各互聯(lián)網(wǎng)公司和運(yùn)營(yíng)商也在供電架構(gòu)設(shè)計(jì)上注重可靠的前提下開(kāi)始兼顧經(jīng)濟(jì)性。

數(shù)據(jù)中心不間斷供電構(gòu)架發(fā)展趨勢(shì)

數(shù)據(jù)中心“2N”不間斷供電系統(tǒng)構(gòu)架為IT負(fù)載配置兩路不間斷供電回路，不間斷供電回路中的UPS設(shè)備可以是交流UPS也可以是直流HVDC，但采用交流UPS較為常見(jiàn)，主要差異在于電池掛接位置不同。該供電系統(tǒng)最主要的特點(diǎn)是能大程度滿足IT設(shè)備不間斷供電可靠性要求。

數(shù)據(jù)中心2N不間斷供電構(gòu)架

數(shù)據(jù)中心“市電直供＋UPS／HVDC”不間斷供電構(gòu)架

在確保可靠性的前提下，為了實(shí)現(xiàn)供電節(jié)能的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行目的，用市電直供替代其中一路不間斷供電，形成了數(shù)據(jù)中心“市電直供＋UPS／HVDC”不間斷電源構(gòu)架。不間斷供電回路中的UPS設(shè)備可以是交流UPS也可以是直流HVDC，但采用直流HVDC較為常見(jiàn)。與2N系統(tǒng)不同點(diǎn)在于，該供電構(gòu)架只有一路為不間斷供電電源，另一路是沒(méi)有不間斷設(shè)備保護(hù)的市電。

由于將市電直供給負(fù)載，則交流電網(wǎng)輸入的雷擊、浪涌、諧波、閃斷等電能質(zhì)量問(wèn)題將直接傳導(dǎo)給負(fù)載，可能引起負(fù)載運(yùn)行問(wèn)題。

考慮到數(shù)據(jù)中心變配電系統(tǒng)建設(shè)模式存在效率低、損耗大、占地面積大、建設(shè)運(yùn)維復(fù)雜和初期投資成本高等痛點(diǎn)，數(shù)據(jù)中心向更緊湊、占地面積更小、更高效、易部署的方向發(fā)展，將原供電構(gòu)架中的變壓器、配電、不間斷電源集成起來(lái)，形成了數(shù)據(jù)中心“中壓直供”集成式不間斷電源。該電源構(gòu)架中，不間斷電源將10kVac的配電、隔離中壓變壓、模塊化不間斷電源和輸出配電等環(huán)節(jié)進(jìn)行了柔性集成。相比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的供電方案，占地面積減少50％，其設(shè)備和工程施工量可節(jié)省40％，架構(gòu)簡(jiǎn)潔、可靠性高。蓄電池單獨(dú)安裝，系統(tǒng)容量可以根據(jù)需求進(jìn)行靈活配置。

數(shù)據(jù)中心“中壓直供”集成式不間斷供電構(gòu)架

單從配電與功率變換級(jí)數(shù)來(lái)看，“中壓直供”集成式不間斷電源與傳統(tǒng)供配電方案相比主要是整合了交流配電部分環(huán)節(jié)，使得整個(gè)供配電系統(tǒng)更為緊湊，但其實(shí)并沒(méi)有減少功率變換級(jí)數(shù)。由于相對(duì)傳統(tǒng)方案更加緊湊，因此該方案具有高效率、高可靠性、高功率密度、高功率容量、兼維護(hù)方便等特點(diǎn)，此外還具有：

模組化、預(yù)制化：產(chǎn)品工廠完成加工，標(biāo)準(zhǔn)接口，現(xiàn)場(chǎng)安裝，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的快速部署；

標(biāo)準(zhǔn)化：直流、交流方案統(tǒng)一，變壓器、電源模塊通用，靈活組合，自由搭配，可以很方便滿足數(shù)據(jù)中心不間斷供電系統(tǒng)電源的各種需求；

可維護(hù)性：在市電＋不間斷電源應(yīng)用中，由于方案統(tǒng)一，可以通過(guò)雙系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)母聯(lián)，完成各項(xiàng)設(shè)備例行檢修、維護(hù)、改造、變更、擴(kuò)容等相關(guān)需求；

智能化：通過(guò)集成綜合監(jiān)控實(shí)時(shí)掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀況，對(duì)故障進(jìn)行快速定位與維護(hù)，同時(shí)具有預(yù)警功能，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)式運(yùn)維管理，能夠?qū)⒐收戏阑加谖慈弧?/p>

“中壓直供”集成式不間斷電源，最早以阿里“巴拿馬”電源為代表，近年各電源廠商也逐步跟進(jìn)。科華數(shù)據(jù)推出的“云動(dòng)力”中壓直供集成式不間斷電源，電源采用移相變壓器取代工頻變壓器，并從10kVac到240Vdc整個(gè)供電鏈路做到了優(yōu)化集成。它是把數(shù)據(jù)中心和通信機(jī)房?jī)?nèi)把交流10kV輸入直接變換到直流240V／336V的電源，它集成了原有的10kV交流配電、變壓器、低壓配電、240V／336V直流供電系統(tǒng)和輸出配電單元等設(shè)備及相關(guān)配套設(shè)施。具備高效率、安全、可靠、節(jié)省空間、低成本、易安裝和易維護(hù)等顯著優(yōu)勢(shì)，完全匹配大型、超大型數(shù)據(jù)中心和通信機(jī)房配電及不間斷電源系統(tǒng)的需求。

實(shí)際上，不間斷供電回路中的UPS設(shè)備可以是直流HVDC也可以是交流UPS。以科華數(shù)據(jù)的“云動(dòng)力數(shù)據(jù)中心預(yù)制化不間斷電源”為代表，系統(tǒng)采用傳統(tǒng)變壓器集成交流UPS，實(shí)現(xiàn)10kVac到220Vac整個(gè)供電鏈路集成輸出。

科華“云動(dòng)力”預(yù)制式化電源