数据中心基础设施工程师必知必会（4）-直流系统篇（上）

本篇文章是本系列的第四篇文章，直流电源会使得数据中心的系统架构更加精简、更加强大，但首先，我们必须进行范式转化，通过这篇文章您将会了解到以下概念：交流电源的现状和缺点；直流电源的可行性和带来的优势。

 1．  交流电源的现状和缺点

交流电源在配电领域的发展中扮演着至关重要的角色，主要是因为以下的优势：

a）    远距离传输中损耗较低；

b）   良好的灭弧性能用以保护开关；

c）    交流整流成本要远低于直流逆变的成本。

然而，交流电源并不一定是输送功率最有效的手段，这是因为在数据机房中，交流和直流需要进行频繁转化。机房中的服务器与UPS电源由于技术特性必须采用直流供电，这就导致了大量未使用的电力在数据中心中消失在冗长、持续、最终不必要的转换过程中，并总是产生不必要的热量，这也会对电子系统产生负面影响。随着绿色数字化趋势的流行，越来越多的数据中心对于能耗提出了更高的要求。

2．  高能耗的数据中心

a）    全球数据中心能耗

根据英国2016年的一份独立报告，数据中心消耗了全球约3％的电力和排放了2％的温室气体，考虑到目前存在的大量电子系统和设备，这产生的影响是至关重要的。在过去的几年里，全球数据中心平均每年消耗416．2太瓦时（TWh）的电力，而英国全国有超过6600万人，同时一直位列GDP前十，平均每年大约只消耗300 TWh。因此，完全可以说今天的数据中心是真正的能源消耗者。

b）    PUE值常见范围

PUE通常用于评估数据中心效率的度量，我们在之前的报告中提到过这个概念，即电能使用效率值。PUE值为1．3意味着消耗的能量有30％作为热量散去而没有被利用。这听起来可能很多，但它实际上被认为是一个极好的PUE值。值在2左右或更高可能会更加常见，而不是例外。

3．  数据中心的直流方案

由于每一次交流到直流转换都会造成电力损耗和热量产生，而数据中心服务器在直流电源下工作，因此为数据中心提供直流电源并在整个电源链中尽可能一致地使用是非常有意义的。为了使用尽可能多的现有基础设施来实现这一改变，引入的中压交流电将通过大功率整流器向下转换为直流电。然后直流电源将为UPS提供电能，然后再转移到直流开关设备，进一步分配到新的直流服务器电源，最后再分配到使用直流电源电压的服务器。一种更有效的模式还可以将传统的交流电网电力替换为由太阳能和风能等替代能源系统产生的直接直流电力供应。

图1：一个典型的交流数据中心架构（上）与一个典型的直流数据中心架构（下）。

直流架构使用的组件要少得多，这本质上提高了效率和可靠性，同时最小化了对物理空间的要求，还允许在不需要转换的情况下直接集成可再生能源。