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數(shù)據(jù)中心直流電源的主要優(yōu)勢和局限性

2023-04-28 09:33 作者:joseph wu 閱讀量:2580

電源是數(shù)據(jù)中心要考慮的最重要方面。大多數(shù)數(shù)據(jù)中心使用交流 (AC) 配電系統(tǒng)。然而,最近,業(yè)界越來越關注探索和利用直流 (DC) 配電系統(tǒng)作為另一種選擇。Comcast 和 Verizon 等領先的電信公司已經(jīng)使用直流電源運行其數(shù)據(jù)中心。市場上有一些服務器可以同時使用直流電源和交流電源,因此必須同時為數(shù)據(jù)中心提供這兩種選擇,以便為未來做好準備。

交流與直流電源的歷史

1800 年,托馬斯·愛迪生發(fā)明了基于直流電的配電系統(tǒng),但他在電流大戰(zhàn)中輸給了與喬治·威斯汀豪斯一起發(fā)明交流配電系統(tǒng)的尼古拉·特斯拉。交流電之所以獲勝,是因為它能夠以最小的損耗輕松地遠距離傳輸電力。因此,使用 AC 成為標準配電系統(tǒng)的明顯選擇。

交流電可以傳輸數(shù)千英里,而直流電廠只能傳輸幾英里。當我們考慮照明路燈等用途時就足夠了,但在數(shù)據(jù)中心,能源傳輸僅限于數(shù)據(jù)中心設施本身。因此,在數(shù)據(jù)中心使用 DC 時對傳輸損耗的考慮不太重要。

交流電源和直流電源之間的主要區(qū)別

在交流電源中,電流周期性地改變方向。每秒反轉60次(北美)或每秒反轉50次(歐洲),電壓容易變壓。這也是 AC 可以輕松運輸?shù)脑蛑?。在交流電源?shù)據(jù)中心,電力以 600V AC 或 480V AC 的形式分配給設施。然后將此電源降壓至 208V AC 或 120V AC,以分配給機架供服務器和其他 IT 設備使用。

對于交流電源數(shù)據(jù)中心的電源中斷和干擾,不間斷電源(UPS)和儲能系統(tǒng)(例如電池)用于電源備份。這涉及將輸入的交流電轉換為直流電進行存儲。在電源中斷期間,通過將直流電源轉換為交流電源來維持備用電源,交流電源將電源傳輸?shù)降孛?PDU,并進一步向下游傳輸?shù)綑C架 PDU,機架 PDU 將電源分配給放置在這些機架中的服務器和 IT 設備。

直流電是線性的,沿一個方向流動。手機、太陽能電池、計算機、電視以及混合動力和電動汽車都依靠直流電源運行。

直流電源數(shù)據(jù)中心從公用事業(yè)公司獲取交流電,使用整流器將交流電轉換為直流電,整流器還可以為電池充電。來自這些整流器的直流電源進入電池配電斷路器托架 (BDCBB),該托架將電力直接或通過保險絲警報面板傳輸?shù)椒胖迷跈C架中的服務器。在電源中斷或干擾期間,充電電池用于備用電源,與交流電源不同,不需要轉換。

直流電源的主要優(yōu)勢

  • 不太復雜。與交流電源相比,直流電源轉換更簡單,因此所需的數(shù)據(jù)中心空間和設備更少。此外,更簡單的直流電源架構設計消除了相位負載平衡的需要。
  • 更少的空間。與交流電源數(shù)據(jù)中心相比,使用直流電源設備時,不動產(chǎn)減少到 25%。數(shù)據(jù)中心的空間可用于安裝更多機架和服務器。因此,直流電源數(shù)據(jù)中心的空間和設備維護成本較低。
  • 電能質(zhì)量。與交流電相比,直流電的質(zhì)量更好,直流電的功率損耗更小。在交流電中,每次電流改變方向時都會有一些功率損失。
  • 模塊化和可擴展。隨著負載的增加,可以通過添加更多的電池串來構建直流電源系統(tǒng)。與交流電源不同,交流電源從第一天起就需要安裝具有最大功率容量的 UPS??梢愿鶕?jù)需要添加電池等儲能設備,而無需改變現(xiàn)有架構。隨著設施的發(fā)展,升級和安裝會更快。
  • 與其他來源的整合。數(shù)據(jù)中心的直流電源系統(tǒng)可以幫助整合太陽能電池板和燃料電池等能源。
  • 運行時間更長。在停電期間,直流電源數(shù)據(jù)中心的電池提供的運行時間比相同負載的 UPS 更長。

直流電源的局限性

  • 缺少知識。由于很少有公司的數(shù)據(jù)中心由直流電源運行,因此數(shù)據(jù)中心所有者、運營商和承包商之間缺乏經(jīng)驗。由于缺乏知識和經(jīng)驗,硬件供應商提供的支持是有限的。
  • 缺乏標準。直流配電系統(tǒng)仍未就電壓和電連接器的標準達成一致。直流電源數(shù)據(jù)中心沒有行業(yè)定義的標準設計。
  • 重構成本。改造現(xiàn)有架構會產(chǎn)生成本。業(yè)界可能不贊成直流電源,因為改變現(xiàn)有交流電源架構以支持直流電源的費用很高。
  • 有限的直流電源資源。市場上使用直流電源運行的服務器數(shù)量有限。缺少使用直流電源運行的空調(diào)系統(tǒng)和消防系統(tǒng),這使得數(shù)據(jù)中心難以選擇直流配電系統(tǒng)。

DC 和 AC 是數(shù)據(jù)中心的兩種替代方法。由于大多數(shù)數(shù)據(jù)中心使用交流電源,因此很難將其現(xiàn)有架構更改為直流電源。然而,在設計新數(shù)據(jù)中心時,直流電源無疑是一個很有前途的選擇。

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