英国制造商近期发布首个UL批准的IEC TS 62735-1连接器系统

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。

4. 直流数据中心的其他优势

a） 更高的可靠性

数据中心电源架构的直流方法使用的组件比当前的交流方法要少得多。更少的组件需要更少的时间来安装和服务，减少潜在的错误，提高系统的可靠性，减少安装和维护成本，这使得直流方法也是一个经济有效的解决方案。根据日本电报电话公司（NTT）进行的一项研究，数据中心系统的可靠性有望提高10倍，这仅仅是因为它不那么复杂。此外，根据ABB等公司的计算和研究，服务器达到效率（supply-to-serverefficiency）提高了约10%，减少基础设施投资成本约15%，同时减少了大约25%的所需的空间。

b） 良好的电源质量

直流数据中心架构也提高了电源的质量。它们消除了不必要的谐波和谐波失真问题，以及相位补偿、同步（为了耦合不同的源和网络）、甚至整流器和逆变器的问题，因为电池直接连接到直流电源。

c） 更好的集成性

此外，由于人口密集的土地成本较高，数据中心几乎完全位于偏僻地区，因此整合可再生能源（如光伏、燃料电池或风力涡轮机）要容易得多，特别是因为它们已经以直流电的形式提供电力。

5. 数据中心直流标准

在中国、日本、美国、德国和瑞士已经有了一些直流数据中心。但是，目前还没有任何需要遵守的绑定标准。根据TS 62735，国际电工委员会（IEC）已经着手用标准化的插头和插座设备来创建缺失的环节。IEC TS 62735-1标准用于2.6kW以下的配电系统，自2015年8月起被采用。IEC TS62735-2标准于2016年12月获得批准，适用于输出功率不超5.2kW且在负载下不能分离的配电系统。

下一步是批准设备端等效程序。几种不同的直流连接器的方法已经被引入市场，但是由于目前缺乏标准，没有一种方法能够占上风。因此，各种供应商正在与IEC标准化机构合作，在之前AC标准IEC60320的基础上，创建一个国际认可的直流插头连接标准。

数据中心电压供应的全球转换需要是一个渐进的过程，以防止所有的供电设备需要同时从交流电源切换到直流电源。然而，支持这一巨大变化的解决方案，包括能够同时为数据中心设备提供交流和直流电源的设备，全球厂商正在积极探索。这些设备的供电单元可以处理两种供电电压，但国际上有效的解决方案还必须确保所有与安全有关的预防措施都被考虑在内。

图2：IEC标准直流插头

近期一些制造商发布了首个UL批准的IEC TS 62735-1连接器系统、GS21插座插座和GP21可重新布线插头，旨在实现数据中心直流配电的标准化全球方法。IP20连接器系统的额定电压可达400VDC，额定电流达8.8A，工作温度从-5℃延长到105℃。它还支持热插拔，可以在2.6千瓦的负载下安全地断开连接。

6. 数据中心直流方案缺点

哪里有光，哪里就有阴影。这个通用准则也适用于直流数据中心。与目前流行的交流系统架构相比，直流数据中心架构仍相对较少。因此，缺乏关于它们长期表现和利益的数据。直流元件的可用性也还处于起步阶段，这些元件不仅需要标准化，而且还需要一种新的直流电源系统方法，即从电网到服务器的整体规划。例如，由于损耗在每个电力系统中都会发生，所以直流数据中心仍然会遇到损耗，比如热量损耗，因此也需要直流供电的冷却系统。他们还需要直流空调系统、消防系统、门禁系统和建筑控制系统等。

所有的制造商、供应商、工程师、设计师、标准组织、运营商和电力供应链的其他成员之间的大规模市场合作将是必要的，以一种有效的方式实现这种大规模的范式转变，并分享直流数据中心系统架构的许多好处。

7. 直流数据中心前景

基于直流电源的数据中心具有巨大的潜力。其好处包括可观的能源节约，以及在操作和基础设施成本、物理空间需求以及安装和维护所需的时间上的显著节省。由于它们使用更少的组件，因此也提供了更高的可靠性性能。直流数据中心还可以直接利用可再生能源提供的直流电力，而无需额外的整流或转换过程，这将进一步提高效率、整体系统成本和可持续性。最后，直流电源的质量明显优于交流电源。因此，一些连接部件供应商正和国际标准组织如IEC正在积极合作，以实现直流数据中心架构的巨大潜力。
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