随着 AI、云计算发展,数据中心单机柜功率从几千瓦飙升到几百千瓦,预计2030年,单机柜可以达到兆瓦级。传统交流供电在效率、空间利用上越来越吃力,800V 直流供电成为解决难题的关键方向,国内外专家和技术厂商也纷纷投入研发潮流。
随着算力增长,CPU/GPU功耗增加,单机柜功率密度提高,数据中心传统的供电链路面临布置空间、铜损及供电效率的挑战,需要进行供电方式的变革,高压直流供电是一项重要的选择,尤其是SST电源系统具有一定的先进性。
当前,采用800V直流供电系统可以解决高功率密度机柜所面临的一系列问题,同时也会带来整个数据中心系统的变革。包括服务器板级电源母线将会由当前的DC48V提升为DC800V或王400V;数据中心的暖通、照明、监控、消防等配套设施的供电也将由交流供电陆续转变为直流供电;光伏、储能(包括PPS)等新能源系统将会更多地导入数据中心供电系统;数据中心供电架构将会由当前的2N架构为主逐步转变为DR或RR架构为主等等,同时也会催生直流断路器、熔断器、固态开关等保护器件,以及直流线缆、直流母线等材料的发展升级。
DC800V或±400V供电系统在当前及未来一段时间具有一定先进性,当IT机柜功率密度超过1MW时,DC1500V或者+800V可能会成为新的选择。
SST(固态变压器),是一种通过电力电子技术实现能量传递和电力变换的新型变压器,它结合了电力电子技术与传统变压器技术,用于将中压交流电转换为高/低压直流电,具备电气隔离、电压变换和无功补偿功能,同时相较于传统变压器显著提高了智能化控制水平。SST能够独立调节多个端口的电压和电流,以满足不同电网或负载的需求,输出电压的具体值并不是固定不变的,它依赖于系统的设计要求、控制策略以及实际应用场景。
SST的系统优势
(1)效率高:SST电源比UPS、HVDC、DC UPS 的效率都要高,尤其比UPS供电系统高出3%以上。以一个2.5MW的系统为例,若负载率为90%。
(2)体积小:SST电源比等容量的UPS、HVDC、DCUPS供电系统体积都要小。根据测算,从中压变压器到列头柜,SST系统的占地面积不到传统UPS供电链路占地面积的50%,可以大幅降低数据中心的灰白区比值,提升机房的得柜率。
(3)减少用铜量:SST电源的一个主要特征就是硅进铜退,采用半导体器件进行调压和整流,替代传统的铜制变压器。据查阅,一台2500kVA容量的10/0.4kV三相交流变压器需要用铜1400kg,而相同容量的SST设备则无需使用。市场上铜的价格一直居高不下,而半导体原材料在自然界中的含量非常高,随着技术的进步和市场用量的增加,半导体器件的价格一定会越来越低。
(4)工期短:SST电源是一个将方案产品化和预制化的典范,从10kV交流输入到800V直流输出完全浓缩到一套设备内,与传统的UPS或HVDC系统相比,它的集成度更高,与10kV交流输入的直流不间断电源系统相比,它的重量更轻、体积更小,所以整个的搬运和施工都非常方便,传统的UPS系统需要几十天完成的工程量换成SST几天就能完成。
SST电源遇到的挑战
SST在数据中心直流供电系统中明显具有先进性,但在实际推广和应用中也会面临一些挑战。
(1)可靠性挑战
SST包含变压、整流、隔离等多个电力电子模组,理论可靠性很高,但相比传统变压器铁芯+绕组+整流模组的组合,被接受度还需面临考验。虽然采用中压分布式架构可以分散风险,并且具有模块冗余和系统互助保供措施,在其它行业也有几年的安全运行记录,但在数据中心行业还处于试用阶段。
(2)成本经济性挑战
固态变压器的核心组件依赖高频电力电子器件(如SiCMOSFET、GaNHEMT等宽禁带半导体),这类器件目前的生产成本远高于传统变压器的铁芯、绕组及整流模组材料,短期内难以与成熟的传统变压器+整流模组竞争。长期来看电力电子器件价格会逐步下降,而铜价是上升趋势,但短时间内的批量应用还会遇到阻力。
(3)缺少标准
目前固态变压器是一项新技术,在数据中心的应用还缺乏统一的设计规范、接口标准和测试方法(如安全认证、电磁兼容要求),不同厂商的SST难以协同工作,标准化还需要一定时间。
原文如下:




































































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