数据中心800V直流供电技术白皮书-交直流供电系统

　　数据中心800V直流供电技术白皮书2.0由CDCC（中国数据中心标准委员会）牵头，联合台达、普洛斯等行业领军企业共同编制，聚焦高功率密度、能效提升与空间优化三大核心诉求，系统阐述了800V直流供电的技术架构、关键器件、工程实施路径及未来趋势，旨在为大规模AI集群场景下的能源体系重构提供权威指导。

　　1.数据中心交流供电系统

　　数据中心交流供电系统为用电设备提供安全可靠的电能供应，通常包括AC1OkV配电、AC1OkV转AC38OV变电，以及UPS、馈线柜、PDU等低压配电环节(国外的电压标准不同，电压数值会有差异，但整体架构类似)。数据中心供电系统的核心要求是能够保障数据中心中ICT设备全年无休不间断工作，既包括直接向ICT设备提供电能，也包括向为ICT设备正常工作提供稳定环境的其它辅助设备提供电能，如空调、监控等设备用电。

　　UPS作为交流供电系统的核心设备由整流器、逆变器、电池组、静态转换开关等组成，正常情况下，整流器把输入的交流电变换成稳定的直流母线电压，同时给电池充电，逆变器再把直流母线电压变换成交流电，经过交-直-交变换起到净化输入电源的作用。

　　如果市电中断或异常，UPS会不间断转由电池逆变输出，电池供电时间的长短取决于负载大小及电池容量。在电池供电期间，如果电池电压下降到终止电压市电还没有恢复正常，而此时UPS旁路电源正常，则自动转到旁路继续供电。市电恢复正常时，整流器自动开启，重新回到交-直-交的供电模式，整个过程负载供电不会中断。

　　随着市电品质的提升以及数据中心对供电效率的更高追求，行业内也在尝试UPS平时由静态旁路供电，市电异常时转为逆变器供电的经济模式(ECOmodel)。

　　基于UPS设备的交流供电系统改善了电力品质，做到了负载供电不中断，但是因为供电链路长，节点设备多，所以占地面积比较大、建设周期比较长、供电效率也不高。

　　为了提升电力设备的建设速度、供电效率，减少占地面积，近年市场上出现了预制化电力模块设备。电力模块是将低压供电系统中的配电、UPS、馈线柜等设备集成为一体，有的还包括上游的中置柜和变压器，整体实现在工厂预制、一体化运输、一体化安装。根据测算，与传统的数据中心低压供电系统相比，电力模块的占地面积可以节省30%、建设周期节省50%，总体系统投资节省10%。预制化电力模块设备在未改变配电结构和原理的前提下进行了较好的集成化处理，为数据中心建设带来显著的效益，逐渐被用户认可。

　　随着用电负荷密度的进一步提升，预制式电力模块设备受限于传统的供电架构和电压等级，整套系统的供电效率和供电密度很难有更大提升，在占地面积、系统能效、新能源消纳等方面还存在一定的技术局限。

　　2.数据中心直流供电系统

　　高压直流(HVDC)供电系统是在电信行业的-48V直流供电系统基础上发展而来的，引入DC240V或者DC336V标称电压的供电制式后，取得了更高的供电效率，扩大了供电半径。该技术因没有逆变环节，蓄电池组距离末端负荷更近，成为了与传统UPS并行发展的可替代方案，在互联网、运营商、超算、金融等领域的大型数据中心具有一定应用。HVDC诞生和进入数据中心供电的初始动力是电池直挂输出，不会受到逆变器状态的影响，便于维护，并且服务器最终使用的也是直流。数据中心接受DC240V供电的现实基础主要有两个，一是传统服务器能够直接接入DC240V，二是原有的AC220V供电线路和设备能够直接适用DC240V，而DC336V的规格推广就遇到了阻力。

　　在实际应用中，电池直挂确实能够提升供电系统的可靠性，但是HVDC还是需要DC/DC电路进行隔离和调压，并且它的输入跟UPS一样也是低压交流，所以设备效率并没有比UPS有明显的提升。加上数据中心设备还无法完全使用直流供电，有的租赁客户仍然倾向于传统的交流供电，所以HVDC主要在互联网、运营商、超算、金融等领域的自用机房中使用，全行业来看占比不高。

　　1OkV交流输入的直流不间断电源系统是在HVDC基础上进一步集成，将上游的中置柜和变压器也包括其中，实现供电系统的预制化和集成化。主要特色是用移相变压器替代了传统的降压变压器，移相的同时进行负载分组，可以有效降低系统的电流谐波含量并提升输入功率因数。与传统低压输入的HVDC系统相比，10kV交流输入的直流不间断电源系统体积更小、效率更高。系统的输出电压可以是DC240V或DC336V，也可以根据需要进一步提升，并可兼顾AC220V输出，具有一定的进步性。但是由于该设备中AC10kV移相变压器采用铜线绕制，所以还稍显笨重，成本也受到铜材的硬性限制难以下降。

　　随着IT机柜功率密度的提升，数据中心供电电压提升成为行业发展趋势，DC800V或+400V输出的HVDC和直流不间断电源作为两种可选方案将会被市场所接受。

　　SST电源系统可视为10kV交流输入的直流不间断电源系统的进阶版，它的主要特征是硅进铜退，采用高效率的第三代功率半导体器件取代传统的变压器设备进行调压和整流，并具有高功率因数、低电流谐波的输入特性。其系统链路更短，效率更高，体积更小，重量更轻，控制更方便，并具有很大的成本下降潜力，在保留直流不间断电源系统优势的前提下，弥补了它的不足。SST系统10kV交流输入，输出电压DC200-1000V可调，满足当前DC240V或DC336V以及未来DC800V或士40OV的电压需求，末端经过DC/DC转换或者直接供给IT设备。SST电源代表了当前数据中心直流供电系统的主要发展方向。