数据中心直流供电方案及关键设备

数据中心直流供电方案及关键设备02

03

0401数据中供电系数据中心直流供电方案数据中心关键直流设备数据中心供电系统展望心统“东数西算”工程分布张家口集群芜湖煤胖长三角生态绿色一体化发展示范区集群重庆集群船关集群责安集群数据支持：句检大数据(wspgstie(am)

国家发改费2022年2月

，“东数西算”拉开序幕。国家发展改革委等部委联合印发通知，同意在京津冀、长三角

、粤港澳大湾区、成渝、内蒙古、贵州、甘肃、宁夏等8地启动建设国家

算力枢纽节点，并规划了10个国家数据中心集群。央视报道，据测算“十四五”期间，每年新增4000亿元以上数据中心的投资，供电设备占比约8%。工业和信息化部：算力需求预计每年将以30%以上速度快速增长,“东数

西

算

”促

进

数据

中心

规

模

化

发

展1

数据中心供电系统微型数据中心

——

标淮机柜数<100个，或主设备设计功率<250kW小型数据中心

——'100个≤标准机柜数<1000个，或250KWs主设备设计功率<2500kw按照规模分类

中型数据中心

——.1000个≤标准机柜数<3000个，或2500KW≤注设备设计功率<7500kW大数据中心

——.

3000个二标准机柜数<10000个，或7500KWS主设备设计功率<25000kW超大型数据中心

——

超大型数据中心标准机柜数≥10000个;

或主设备设计功率≥25000kW主要数据中心

——

用于托管企业的核沁业务数据应用程序和服务，通常具有高可靠性、高安全性和高性能的特点辅勤数据中心

——

用于提供备份:灾准恢复和容灾保护;

通常与主妾数据中心地理位晋不同，以确保数据的可靠性和可用性云比算数据中心

—

用于词供云计算服务包括云存储.

云计算实例、云数据车等，通常具有弹性可伸缩知高牲能的特点本地数据中心

——-位于企业或机构自己的场地内，在企业或机构的物理控制之下合作状件数强中心

——

由第三方服务提拱商建设和运营，企业或机构租用其设备和服务公共云数据中心

——由云服务提供商建设和运营，为多个客户堤供云计算资源和服务数

据

中心

分

类按照部習方式分类数据中心分类数据中心供电系统按照功能分类11

数据中心供电系统数据

中心

供

电系统空调系统消防、照明等输入低压电系统高压变配电系自动转换开关π负载柴发统数据

中心

供

电系统220h帜雯电

站]10kV变电站外线变电站

]10kV变电站35kV变电站10k匹雯电站A

柴

油

发

电机10k匹雯电站B10kv配龟段

10kV配

电

卜段斗0.4k小啾玉母潍

a4RⅥ氐压冈战0.4kⅥ氐压母潍

0.4kV俐玉母潍Up艾渝出配电Up豉渝出配电精

密

空调一级

负荷单电

源江双电源Ⅱ级

负石A

l

三

级负

荷

三级负荷冷冻系数据中心供电系统1负荷等级高·

IT设备和空调系统为核心负荷·一般需配备柴发等备用电源核心负荷占比高·核心负荷占比80%以上功率密度高·

T机房区设备供电功率密度以KW/m2为单位·

平均用电负荷，最高5KW/m2数据中

心能耗分布图3%10%12%50%25%■T设备■空调系统■通风和除湿系统■供

电系统■照

明设备数据中心供电系统数据

中心

供

电系

统1国家发改委等下发

《贯彻落实碳达峰碳

中和目标要求推动数

据中心和5G等新兴基

础设备绿色高质量发日资委六部门下发《算力基础设施高质量发展行动计划》展实施方案》数据中心低碳运行，低PUE全国新建大型、超大型数据和绿电是关键积极引入绿色能源

、鼓励算中心平均PUE降到1.3以下

，

国家枢纽节点进一步降到1.25以下

，绿色

低碳等级达

到4A级以上路径力中心采用源网荷储等技术，支持与风电、光伏等可再生能源融合开发、就近消纳数

据

中心

供

电发

展1

数据中心直流供电方案中国电气装备chimaElectric彐l

Equipment④能源云大电网智能锂电逆变①园区叠光

器电力模块

IT机柜风光储电站35/110KV线路Xkm

储能

变压器

制冷②园区叠储

③绿电直供

PCS风电数

据

中心

供

电发

展④能源云实现大电网、直供绿电、园区绿电园区储能多能互补智能调度，保障供电安全，效益最佳'①园区受光充分利用园区屋顶及土地资源，部署分布式光伏，可以降低数据中心碳排放1-2%。③

绿电直供提升新能源利用比例，用数据的传输代替电力的传输

，减少电力传输损失。数

据

中心

绿

色

功能

模

式

正

从

单

一

市电走

向多能

互

补

，实

现发

储

配用联

动

。②园区叠储储能作为蓄水池和调节器，平抑电网峰谷电价，园区叠储2H。1

数据中心直流供电方案后备电源园区

(油机/燃料电池)逆变器AVC!AGC中压配电

变压器储能

PCS数据中心园区110kV变电屋顶光伏变压器光伏02

03

0401数据中供电系数据中心直流供电方案数据中心关键直

流设

备数据中心供电系统展望心统数据中心直流供电模式主要可以分为传统直流供电

(HVDC)

、巴拿马电源直流供电、基于电力电子变压器的直流供电

(SST)

和全直流供电四种模式。传统直流供电(HVDC)

巴拿马电源直流供电三相PFC

、380VAC转移相变压器、AC10kV转DC240V/336V

DC240V直

流供

电

方案基于电力电子变压器的直流供电(sST)电力电子变压器、AC10KV转DC240V/750V全直流供电交直流柔性配网

、

AC10kV转DC10kV数据中心直流供电方案数据中心直流供电模式2UPS2

PDF2空调新风动力配电柜

UPS配电

柜

列

头

柜笫

一级

配

电

第二级

配

电

第

三

级

配电双

母线供

电方

案ATSUPS

1

PDF1sTsATS数据

中心

供

电系统第一路

市

电第二路市电柴油

机

发

电数据中心供电系统机柜内1走线巴拿马电源供电系统：AC10kV—>T(AC:10K√/DC

240V)——>IT元器件DC。移相变+整流模块，将中高压电源AC:10KV降压整流为直流DC240V,将

降压和整流这两个环节合二为一来提高系统效率。该方案在阿

里巴巴数据中心应用较多，在腾讯

中国移动也有应用

,直

流供

电

方案2

数据中心直流供电方案光伏

1#电源

2#电源

光伏AC10kV

AC10kV进线

进线电池

电池AC

AC2MWDCDC240VDC2

40V列

头柜A

列头柜B末端机柜能量路由器供电模式：AC.10KV—>T(AC.10KV/DC

240V)——>IT元器件DC'利用电力电子变压器直接将交流10KV转换为直流DC240V/DC336V,

高度集成化结构，可提高供电效率，降低占地面积，并采用多端口设计，促进新能源就近消纳〉直

流供

电

方案数据中心直流供电方案2MW

Dc能量路由器方案2DaDCDCDC项目能量路由器巴拿马HVDCAC

UPS系统效率98%97.5%96%95%全链路效率91%90.6%88.3%863%占地面积80%100%200%250%重量50%100%NANA供货周期预制化

，

速度快模块化一般一般分布式新能源接入性即插即用，链路短接入交流配电侧接入交流配电侧接入交流配电侧直

流供

电

方案2

数据中心直流供电方案后备电源绿电弓引入风电IT设备光伏输电线路储能依托高效交-直/直-直换流设备、智能直流开关设备以及源网荷储多元协调控制设备，融合功率灵活调配、多元多态有序协同

、接入系统友好支撑等先进技术，基于经济、可靠、高弹性网络架构，构建安全可靠、优质高效、绿色低碳、智能互动的配电网络。绿

电直流

直流

直供

方案数据中心直流供电方案变电站

数据中心电源开关设备

制冷设备(油机/燃料电池)分布式新能源机房供电系统2大电网中压直流母线中压直流输电线路储能储能站交流电网绿

电直

流直

流

直

供

方案中压直流配电网供电系统，有利于集中式绿电直流接入，大型数据中心多路供电输入柔性互联及系统扩容。数据中心直流供电方案202

03

0401数据中供电系数据中心直流供电方案数据中心关键直流设备数据中心供电系统展望心统巴拿

马

直

流

供

电电

源IT负载IT负载

组1IT负载组2IT负载

组3IT负载

组斗IT负载

组5IT负

载组6k0

k*30kW

AC7DC模块*30kⅧ

不C7δC模块

240V母排30

k

AC/DC模块10kV直转240V/336V直流供电系统010kV外电输入10kVac中

压柜

一2脉移相变压器整流模块

置流分配单元3

数据中心关键直流设备直流列头柜C模块30kⅧ

模

坝*30kW

AC/D心30

k中国电气装备chinaElectricalEquipment电池组数据中心IT负载

储能电池

分布式光伏Dc/DC

Dc/Dc

Dc/DC■

标准化、模块化设计模块可体眠，提升轻载效碎■

冷/热插发、不信电单相快维护a配置冗余模块，提高可能度SST固态变

压

器

可

友

好

接

入直

流敏

感

负载

、

分

布

式光伏

、

储

能电

池等

，

是

未

来数

据

中心供

电系

统

的优选解

决

方

案

。A

B相

相AC10KV系统高频隔离DC-DC模组数据中心关键直流设备电力电子

变压

器

(SST)080石888803柔性直流换流器是实现直流配电网与交流配电网连接的核心设备，中高压柔性直流换流器多采用MMC拓扑，具备电压和功率范围宽、电能质量优、便于安装维护等优点。根据应用场景的不同，有户内风冷型、户

内水冷型以及户外集装箱型三种配置方案。绿

电

直

流

直

供

核

心

设

备—

—柔直换

流器3

数据中心关键直流设备44or功率模块功率模块在直流配电网中，直流变压器主要实现不同直流电压的转换，是实现不同电压等级直流系统互联的核心设备。基于中高频隔离技术的ISOP拓扑的技术路线为当前主流，中高频隔离环节为DAB结构，采用模块化设计，具备软开关特性、效率高等优点。DAB结构分为谐振式DAB或者非谐振式DAB两种路线,技术特点软开关软

开关功率范围软开关电压范围工作频率理

论效率非谐振式DABzVs40%功率以上1

:

1附近较低97%谐振式DABzvs

、zcs全范围无要求高98%。Viδ高压侧全桥变换

向据络

低压侧全桥变换真区侧全析变性

基瓜侧全桥变换绿

电直流直供核心设备——直流变压器3

数据中心关键直流设备中国电气装备chinaElectrical

Equipment非谐振式DAB技术特点对比谐振式DABISOP拓扑高压侧低压侧OF√

采用谐振式DAB拓扑

，减小开关损耗

，提升直流变压器效率；√

采用模块化器件，提升工作频率，减小磁性元件体积，提升功率密度：√

适用于城市配电网、数据中心、高效电源转换等对体积和效率有较高需求场景。绿电

直

流

直

供

核

心

设

备——直流

变

压器HVa!/<)rdμs/格)zVS波形A53

数据中心关键直流设备UayVar(400mv/格)zcs波形◆基于IGBT/SiC

MOSFET的高频隔离直流变换技术0(一>/–)格

tm"u(中国电气装备chinaElectricalEquipment高频CLLLC谐振型功率模块m一/格)(

>~格)t>00vuvOZo1D1O-◆基于IGCT的中频隔离直流变换技术√

采用非谐振式DAB拓扑，应用IGCT器件，降低设备成本；√

单模块容量大

，

电压等级高，

电压变比高；√

适用于大容量风力/光伏发电、大容量电机驱动、轨道交通供电系统等应用场景。绿

电直流直供核心设备——直流变压器3

数据中心关键直流设备4500V/6500VIGCT

12δ0V/1700VIGBT中国电气装备Chima

ElectricalEquipment故障电路，减少停电时间，提高供电可靠性。轨道交通直流开关柜及断路器固态开关IC振荡电路CKiK2能量吸收支路它超高速机板开关

负荷换流开关主断路器-MovCBC

K

L机械式绿

电直流直供核心设

备——值流开关设

备根据组成及开断方式分为三种类型：机械式

电子式和混合式.直流开关设备对系统的安全运行起到了重要的保障作用。具有快速响应的特性，能够在极短的时间内切断3

数据中心关键直流设备中国电气装备chima

Electical

Equipment混合式电子式绿

电直

流直

供

核

心设

备

——直流

开关

设备包虫机械式电子式

混合式利用机械开关实现直流电流开断。通过辅助电路构造“人工过零”完成直流

开

断

,优

点：成本低缺点：快速机械开关有弧分断

，

寿命短

，体积较大

。应用场景：主要应用于电力系统

中的直流部分

，特别是在发电厂

、变

电

站等容量大

、电压高的地方。电子支路配合机械通流支路

，通过

电流转移实现电流分断。优点：损耗低、快速分断缺点：成

本高应用场景：混合式高压直流断路器兼顾了机械式直流断路器和全固态直流断路器的优点

，具有寿命长、通态损耗小

、开关速度快

、可靠性高等优点，是高压直流断路器的发展方向:又称为固态直流断路器

，采用全控型或半控型半

导体器件实现通流和分断

'优点：开断快速

、控制精确缺点：成本高

、损耗较大应用场景：适用于需要快速响应和精确控制的场合

，如数据中心

、精密制造等。3

数据中心关键直流设备中国电气装备chinaElectricalEquipment能量

路由

器能量路由器由多个能量转换端口构成，用于不同电压等级和交直流形式的源网荷储可控接入，实现电力潮流的灵活调配、绿色能源的高效并网和关键负荷的可靠供电，具有可靠性高、控制灵活、扩展性好的优点。绿

电

直

流

直

供

核

心

设

备—

—能量路

由器2

数据中心关键直流设备交流负载DC/D℃能

系统AC/DCDC/DCⅨC/ACDC/DC光伏作为一个多设备多元素网络，直流配电网需要依靠协调控制装置实现协同稳定运行及不同形式能源资源的优化管控。协调控制系统多采用份层分布式架构，可实现多目标协同控制，控制方式灵