楊飛

（南京基石數(shù)據(jù)技術(shù)有限責(zé)任公司 江蘇南京 210000）

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，人們對(duì)于更加智能化的科技生活的追求不斷提升，通信服務(wù)行業(yè)的社會(huì)關(guān)注度也越來(lái)越高。目前作為數(shù)據(jù)中心建設(shè)工作的重中之重就是能夠保障通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行，即完善數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)[1]。作為數(shù)據(jù)中心的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)，如何建設(shè)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便的供電系統(tǒng)，是所有數(shù)據(jù)中心技術(shù)人員一直以來(lái)的工作方向。近年以來(lái)，作為新時(shí)代綠色健康供電方式，高壓直流供電系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，甚至逐漸取代了UPS 供電系統(tǒng)。

1 數(shù)據(jù)中心內(nèi)高壓直流供電的特點(diǎn)

近年來(lái)，數(shù)據(jù)中心因其功耗巨大的特點(diǎn)，使技術(shù)的重心再一次落在了供電系統(tǒng)上。一個(gè)完整的電力系統(tǒng)是怎樣的呢？例如發(fā)電機(jī)是電源，供應(yīng)電能；電燈、電動(dòng)機(jī)、電爐等是負(fù)載，它們分別把電能轉(zhuǎn)換為光能、機(jī)械能、熱能；變壓器和輸電線是中間環(huán)節(jié)，傳輸和分配電能。供電系統(tǒng)使整個(gè)電力系統(tǒng)的動(dòng)力來(lái)源，是其他部分安全運(yùn)行的基礎(chǔ)保障。作為現(xiàn)在應(yīng)用最為廣泛的高壓直流供電系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

1.1 高壓直流供電的優(yōu)點(diǎn)

1.1.1 有利于降低成本和損耗

當(dāng)遠(yuǎn)距離大功率輸電下，高壓直流供電系統(tǒng)中，只需1 根（單極）或2根（雙極）導(dǎo)線。傳統(tǒng)輸電需要架空線路通常采用3 根導(dǎo)線，這樣一來(lái)提高了成本，同時(shí)造成浪費(fèi)資源。所以，使用高壓直流供電系統(tǒng)進(jìn)行供電有以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①使用高壓直流供電系統(tǒng)供電可以盡量避免輸電材料、運(yùn)輸費(fèi)用和安裝費(fèi)用浪費(fèi)的現(xiàn)象；②在數(shù)據(jù)中心這樣一個(gè)電量復(fù)合要求較大的地方，高壓直流供電系統(tǒng)的使用可以減少有效功率的損耗，同時(shí)可以減小無(wú)線電干擾現(xiàn)象的發(fā)生[2]。這樣一來(lái)，在供電過(guò)程中電路損耗小，能源利用實(shí)現(xiàn)最大化。在功耗巨大的數(shù)據(jù)中心，本來(lái)就因其供電系統(tǒng)整體規(guī)模和系統(tǒng)復(fù)雜的特點(diǎn)，建設(shè)成本逐漸上升。所以，在數(shù)據(jù)中心內(nèi)使用高壓直流供電系統(tǒng)，既有利于降低投資成本，又能有效避免損耗和資源浪費(fèi)。

1.1.2 穩(wěn)定性好、限制短路

使用高壓直流供電系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)中心的供電時(shí)，具有不受輸電距離限制的優(yōu)點(diǎn)。直流供電系統(tǒng)中的線路構(gòu)成是直流電路連接方式，直流電路與交流電路相比，具有無(wú)電抗、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，而且采用交流輸電系統(tǒng)供電需要保證發(fā)電機(jī)與電力系統(tǒng)的同步性，一旦出現(xiàn)不同步的情況就會(huì)造成供電系統(tǒng)不穩(wěn)定，供電效果大打折扣。同時(shí)，傳統(tǒng)供電系統(tǒng)是采用交流供電系統(tǒng)的，而交流供電系統(tǒng)中線路的構(gòu)成是以交流電路連接方式，交流電路中短路電流過(guò)大。而在使用高壓直流供電系統(tǒng)供電時(shí)，可以有效限制電路短路電流。

1.1.3 運(yùn)行高效、可靠性高

高壓直流供電通過(guò)晶閘管換流器能夠方便、快速地調(diào)節(jié)有功功率。在其他的供電方式中，不是通過(guò)晶閘管換流器，無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速調(diào)節(jié)有功功率，進(jìn)而提升供電效率。同時(shí)，高壓直流供電中，通過(guò)采用雙極線路還可以提高運(yùn)行的可靠性。比如雙極線路中當(dāng)一極故障，另一極仍可以大地或水作為回路，繼續(xù)輸送一半的功率，大大提高了運(yùn)行的可靠性。

1.2 高壓直流供電的缺點(diǎn)

1.2.1 缺乏合適的直流斷路器

高壓直流供電系統(tǒng)應(yīng)用的同時(shí)也面臨著一個(gè)現(xiàn)狀，就是目前市場(chǎng)上針對(duì)數(shù)據(jù)中心高壓直流供電系統(tǒng)運(yùn)用的直流斷路器還是比較少。目前來(lái)看，由于數(shù)據(jù)中心采用高壓直流供電系統(tǒng)，時(shí)間不夠長(zhǎng)，技術(shù)水平還不夠成熟，有針對(duì)性的、性能好的直流斷路器還需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。

1.2.2 換流設(shè)備成本高

雖然高壓直流供電通過(guò)晶閘管換流器能夠?qū)崿F(xiàn)方便、快速地調(diào)節(jié)有功功率，但是在帶來(lái)方便的同時(shí)也帶來(lái)一些隱患，比如在實(shí)現(xiàn)換流時(shí)需要大量的無(wú)功補(bǔ)償，這樣一來(lái)造成換流裝置成本升高，而且大量的無(wú)功補(bǔ)償導(dǎo)致能源的浪費(fèi)。換流設(shè)備成本提高，對(duì)于供電系統(tǒng)投資比重大帶來(lái)負(fù)擔(dān)的情況只會(huì)愈演愈烈。

1.2.3 大地回路帶來(lái)技術(shù)隱患

在高壓供電系統(tǒng)中采用的雙極線路，提高運(yùn)行的可靠性，為穩(wěn)定供電提供了保證。但是，其中以大地作為回路，在具體實(shí)施時(shí)帶來(lái)了技術(shù)上的問(wèn)題，缺少可靠的技術(shù)支持，避免隱患。

2 高壓直流供電系統(tǒng)的應(yīng)用及限制條件

日常生活中，電能對(duì)勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高和社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展起著巨大的作用。通過(guò)前文的分析，在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)展的今天使用高壓直流供電系統(tǒng)供電是大勢(shì)所趨。那么依據(jù)高壓直流供電系統(tǒng)的供電特點(diǎn)，在實(shí)際生活中有哪些應(yīng)用？應(yīng)用過(guò)程中又有哪些限制條件？下文將進(jìn)行具體說(shuō)明。

2.1 應(yīng)用于遠(yuǎn)距離大功率輸電

在需要遠(yuǎn)距離大功率輸電時(shí)，應(yīng)用高壓直流供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定供電。因?yàn)楦邏褐绷鞴╇姷目刂葡到y(tǒng)響應(yīng)快速，易于調(diào)節(jié)，同時(shí)可以有效地限制短路電流，使其基本保持穩(wěn)定。交流電力系統(tǒng)互聯(lián)或配電網(wǎng)增容時(shí)，直流輸電可以作為限制短路電流的措施。限制條件就是高壓直流供電只能實(shí)現(xiàn)端口對(duì)端口，所以在應(yīng)用高壓直流供電時(shí)，注意分區(qū)調(diào)度管理輸電網(wǎng)絡(luò)。

2.2 應(yīng)用于海底電纜輸電

應(yīng)用高壓直流供電系統(tǒng)進(jìn)行海底電纜輸電時(shí)，直流供電系統(tǒng)中的線路構(gòu)成是直流線路連接方式，而這種直流電路連接通常是采用兩根有色金屬和絕緣材料的心線，相比需要三根的交流電路，在應(yīng)用于海底電纜輸電時(shí)具有允許工作電壓高、電阻損耗小的優(yōu)勢(shì)。限制條件是可控的硅元件的過(guò)載能量較低，同時(shí)應(yīng)用大地和海水作為回路時(shí)，對(duì)地面或海底

的金屬設(shè)施因產(chǎn)生的回流電流容易造成腐蝕。

3 未來(lái)前景

在被人們應(yīng)用于日常生活的眾多能源中，最便于電能是最符合人類社會(huì)對(duì)于能源便利性的需要的，因?yàn)殡娔芾玫缴a(chǎn)生活的各個(gè)方面，能達(dá)到便捷、高效的效果。實(shí)現(xiàn)電信號(hào)與數(shù)字線號(hào)之間轉(zhuǎn)化，靈活生產(chǎn)過(guò)程中的每一個(gè)步驟，甚至實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化，節(jié)省人力和時(shí)間成本，提高生產(chǎn)效率。同時(shí)，巨大的用電容量給數(shù)據(jù)中心建設(shè)和運(yùn)營(yíng)都帶來(lái)了巨大的壓力，建設(shè)安全可靠、運(yùn)行高效和節(jié)能環(huán)保的供電系統(tǒng)是十分重要的。在未來(lái)高壓直流供電系統(tǒng)將進(jìn)一步被大眾所認(rèn)可，獲得更加廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，針對(duì)高壓直流供電系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)，以及在應(yīng)用高壓直流供電出現(xiàn)的限制條件，在未來(lái)也是我們技術(shù)攻堅(jiān)的重點(diǎn)，也必然會(huì)引發(fā)電能傳輸劃時(shí)代的變革。

4 結(jié)語(yǔ)

未來(lái)必將是綠色、健康、可持續(xù)的未來(lái)，而作為耗電量巨大的數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，他的技術(shù)關(guān)鍵也是綠色、健康、可持續(xù)的供電。通過(guò)高壓直流供電系統(tǒng)取代USP 供電系統(tǒng)的研究，在數(shù)據(jù)中心內(nèi)使用高壓直流供電，可以實(shí)現(xiàn)安全高效供電，同時(shí)降低輸電成本和功率損耗，是建設(shè)綠色健康可持續(xù)供電體系的必然選擇。