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800V直流供电系统的负荷适配性分析

01/09 10:27
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一、电子信息设备

目前国内服务器设备大多采用AC220V或DC240V作为输入电源,在服务器机柜内部需要经过交(直)-直-直的变换环节,将输入电转化为400V左右的直流,然后再转换为DC48V的母线电压给服务器内部的主板、硬盘等组件供电。

DC48V作为母线电压为一两百千瓦以下的机柜供电是可以的,但无法支持数百千瓦乃至兆瓦级的服务器机柜供电。在兆瓦级机柜功率场景下,使用48V直流母线配电意味着电源架将占据紧张的机柜空间,根本无法布置和安放。

若以DC800V或±400V供电, 仅通过一级DC/DC变换即可转换为DC48V,减少了中间转换环节,也节省了机房内非IT设备的占用空间。如果单机柜功率在120kW以下,这一级转换可以通过服务器所在机柜内的电源架实现;如果单机柜功率达到了120-500kW,这一级转换需要通过服务器机柜旁边的站点电源架实现,以节省服务器机柜空间。如果单机柜功率达到了500kW以上,则DC800V或±400V电源需要直接进入服务器电路板,在电路板上经过并联高压直流模块转化为DC48V,然后经垂直供电的电源模块直接转换成芯片所需的电压。垂直供电缩短了传输距离,节省了空间,中间可以省掉一级过渡电压,也更方便做液冷处理,整体效率比传统的水平供电可提升5%。

图1 DC800V或±400V转DC48V电源架

图2 DC800V或±400V直接进服务器电路板

图3 服务器电路板上的供电链路

二、暖通设备

当前数据中心暖通设备中与电气有关的主要有三类:一是电机(如压缩机、风机、水泵等);二是驱动电机的变频器;三是电动阀门、控制器等低压设备。在DC800V或±400V供电系统下这三类设备需要做相应的升级。

变频器输出为PWM波,若将两相间的压差峰值升至800V,电机绕组的绝缘材料需要升级,保证电机匝间耐受电压不低于DC800V。

变频器拓扑需要从传统的交-直-交升级为直-交,直流输入端增加熔断器作为过流保护,并增加输入反接保护。升级方式有两种:一是借用现有变频器架构不做硬件更改,如图5所示将原有交流三相输入并接后,前端加入熔断器即可,此方案D2、D4、D6在电路中一直存在导通损耗;二是如图6做优化,在控制系统供电回路中增加防反二极管,只有在输入极性正确的情况下控制系统才能得电,且因控制系统电流远小于主回路供电电流,所以方案二损耗远小于方案一。

图5 借用现有变频器架构的直流适用方案

图6 控制系统增加防反二极管的直流适用方案

对于电动阀门和控制器这类低压设备,其设备本体无需改动,但前端的供电电源需要从原来的AC220V转DC24V改为DC800/400V转DC24V。

完成以上三类设备的升级即可实现暖通系统对DC800V或±400V的适配。过渡时期可以在暖通系统前面加装逆变器,将DC800V或±400V逆变成系统所需的交流电给暖通设备供电,也可以继续采用交流UPS为动力设备供电。

三、照明设备

当前市场上的DC800V直流智慧照明系统已经普遍存在,广泛应用于高速、隧道、地铁、景观园区等场景。它包括HVDC电源柜、LED灯具驱动电源和监控管理平台。

图7 DC800V直流智慧照明系统

与传统的交流照明相比,DC800V直流智慧照明系统因为传输电压高,所以线径要求低,线路损耗少,亮度、区域、时间等都可以随需调控,并且具有直流载波功能,不需要另外布置控制线。数据中心采用DC800V直流智慧照明系统后可以做电源整合,省掉照明系统自身的HVDC设备,整体呈现低成本、高效率、智能便捷的效果,但是其控制系统需要做优化升级,以便通过数据中心的直流电实现对照明灯具的智能控制。

四、其它设备

1、监控设备

数据中心监控系统的各类传感器、触摸屏等设备都是采用DC24V或者DC12V直流电源,导入DC800V或±400V供电后可以将AC220V转DC24/12V电源模块替换为DC800/400V转DC24/12V电源模块。

监控系统的交换机、采集主机一般采用220V交流电,但在运营商里面已经在用48V直流供电,所以导入DC800V或者±400V供电后可以将AC220V转DC48V电源模块替换为DC800/400V转DC48V电源模块。

2、消防设备

数据中心消防系统的烟感、温感等传感器一般采用24V直流电源,导入DC800V或者±400V供电后可以将AC220V转DC24V电源模块替换为DC800V转DC24V或者DC400V转DC24V电源模块。

消防主机和应急照明都自带蓄电池,一般采用220V交流电输入,但到设备内部也是转化成直流使用,有机会采用DC/DC电源模块进行供电。

来源:《数据中心800V直流供电技术白皮书》(2.0)

 

近日,中国工程建设标准化协会(CECS)正式印发《2025年第二批协会标准制定(修订)计划》。在此次计划中,归口于数据中心专业委员会的《数据中心直流供电系统技术规程》已成功纳入计划。该标准由中数智慧(北京)信息技术研究院有限公司和中讯邮电咨询设计院有限公司主编,主要参编单位有:抖音视界有限公司、北京快手科技有限公司、深圳市腾讯计算机系统有限公司、阿里云计算有限公司、北京世纪互联宽带数据中心有限公司、普洛斯普瑞数据科技(上海)有限公司、世源科技工程有限公司、华信咨询设计研究院有限公司、中达电通股份有限公司、沈阳微控飞轮技术股份有限公司、合肥阳光源智科技有限公司、南京博兰得电子科技有限公司、施耐德电气(中国)有限公司、科华数据股份有限公司等。

该标准适用于新建、改建及扩建数据中心的直流供电系统的设计、施工及验收。诚邀在数据中心供配电技术领域拥有卓越实践经验的单位共同参与,携手打造引领行业发展的标杆性成果。

联系人:罗育茜,13716595411(同微信)

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