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下載手機APP 幽深的走廊、一眼望不到頭的機櫃、間或有著炫酷的燈光……這就是普通人想象中的數據中心的模樣。在當前政府、互聯網、電信、金融等千行百業加速數字化轉型時，由服務器、存儲、網絡、能源等組成的數據中心，作為支撐數字化轉型的基礎，迎來高速發展。
目前，全球數據中心市場年複合增長率超過20%，其中美國數據中心市場規模占比最大，達到38%;中國市場規模雖然目前僅占9%，但隨著國內新基建、5G、大數據、人工智能等產業迅速發展，國內數據中心市場規模增速超過30%，2020年國內數據中心市場規模已達到2000億元，耗電量相當於四個三峽水電站的發電量之和。
數據中心的高能耗不僅給企業帶來了沉重負擔，也給全社會能源供應帶來了巨大壓力。但目前數據中心用能效率PUE普遍偏高(PUE=數據中心總能耗/IT設備能耗，其值大於1，越接近1表明非IT設備耗能越少，即能效水平越好)，總體能耗至少比國際先進水平差了30%以上，全生命周期數據中心能源消耗成本已經占到數據中心總成本的50%以上。
數據中心基礎設施高耗能的屬性受到日益嚴峻的電力資源、水資源及土地資源製約，能耗問題成為阻礙數據中心產業發展的主要矛盾。為此，國家發改委、國家能源局等四部委聯合發布的《關於加快構建全國一體化大數據中心協同創新體係的指導意見》，提出“強化能源配套機製”的要求，其中包括探索電力網和數據網聯動建設、運行機製，進一步降低數據中心用電成本，引導清潔能源開發使用，推動綠色數據中心建設。
如何讓作為“耗能大戶”的數據中心可以降低用電成本呢?在中國“碳中和”的(de)大(da)趨(qu)勢(shi)下(xia)，這(zhe)無(wu)疑(yi)是(shi)一(yi)個(ge)重(zhong)大(da)考(kao)驗(yan)。在(zai)國(guo)家(jia)重(zhong)點(dian)專(zhuan)項(xiang)東(dong)莞(guan)安(an)華(hua)數(shu)據(ju)中(zhong)心(xin)示(shi)範(fan)工(gong)程(cheng)中(zhong)，特(te)變(bian)電(dian)工(gong)運(yun)用(yong)交(jiao)直(zhi)流(liu)混(hun)合(he)多(duo)端(duan)口(kou)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)變(bian)壓(ya)器(qi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)為(wei)綠(lv)色(se)數(shu)據(ju)中(zhong)心(xin)的(de)打(da)造(zao)提(ti)供(gong)了(le)最(zui)佳(jia)實(shi)踐(jian)經(jing)驗(yan)。
多能互補優化，綠電助力碳達峰
數shu據ju中zhong心xin是shi未wei來lai為wei數shu不bu多duo能neng源yuan消xiao耗hao占zhan社she會hui總zong用yong電dian量liang比bi例li持chi續xu增zeng長chang的de行xing業ye。因yin此ci，數shu據ju中zhong心xin提ti升sheng綠lv色se能neng源yuan應ying用yong，並bing積ji極ji探tan索suo儲chu能neng技ji術shu落luo地di，提ti升sheng高gao滲shen透tou率lv下xia的de新xin能neng源yuan消xiao納na能neng力li，對dui於yu實shi現xian碳tan達da峰feng和he碳tan中zhong和he的de目mu標biao意yi義yi重zhong大da，實shi現xian綠lv色se數shu據ju中zhong心xin的de核he心xin在zai於yu數shu據ju中zhong心xin配pei電dian係xi統tong能neng夠gou靈ling活huo接jie入ru光guang伏fu、風電等各類綠色能源。
特變電工新能源電力電子變壓器具備10kVAC/380VAC/10kVDC/±375VDC等交直流、多(duo)種(zhong)電(dian)壓(ya)等(deng)級(ji)的(de)端(duan)口(kou)，多(duo)端(duan)口(kou)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)變(bian)壓(ya)器(qi)可(ke)構(gou)建(jian)交(jiao)直(zhi)流(liu)混(hun)合(he)係(xi)統(tong)，可(ke)減(jian)少(shao)電(dian)能(neng)變(bian)換(huan)環(huan)節(jie)，支(zhi)撐(cheng)分(fen)布(bu)式(shi)可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)的(de)靈(ling)活(huo)接(jie)入(ru)，提(ti)高(gao)能(neng)源(yuan)利(li)用(yong)效(xiao)率(lv)。
基於電力電子變壓器的交直流混合微網係統總體可分為三層架構。第一層為設備層，主要囊括了分布式電源(風電、光伏係統等)和不同的交直流負荷;第二層控製層，以電力電子變壓器為核心，分布式電源和負荷可通過其靈活的多端口配置實現可靠接入，並通過其中/高壓接口，實現與配電網的有效連接;第三層為管理層，以“雙端”能neng量liang管guan理li係xi統tong為wei核he心xin，采cai用yong人ren工gong智zhi能neng算suan法fa可ke實shi現xian電dian力li電dian子zi變bian壓ya器qi交jiao直zhi流liu混hun合he係xi統tong的de分fen布bu式shi能neng源yuan互hu補bu優you化hua以yi及ji多duo個ge端duan口kou之zhi間jian的de協xie調tiao控kong製zhi，提ti高gao能neng源yuan利li用yong效xiao率lv，多duo機ji並bing聯lian係xi統tong的de集ji群qun控kong製zhi、功gong率lv在zai線xian優you化hua分fen配pei，保bao障zhang係xi統tong效xiao率lv最zui優you，同tong時shi能neng夠gou對dui接jie電dian網wang調tiao度du，參can與yu電dian力li市shi場chang交jiao易yi及ji輔fu助zhu服fu務wu等deng，真zhen正zheng實shi現xian綠lv色se數shu據ju中zhong心xin電dian能neng的de智zhi能neng路lu由you。
新型供電方案下係統效率提升6%
數據中心傳統的UPS供電方案，是由高壓配電櫃、變壓器、低壓配電櫃、UPS等組成，雖然係統方案成熟，但由於設備種類數量多，電能變換環節多，占地麵積大，轉換效率低，已有被逐步淘汰的趨勢。
基於電力電子技術的新型供電方案逐漸占領市場，其中采用多端口電力電子變壓器替代傳統變壓器、低壓配電櫃及UPS的方案備受關注，該方案通過電力電子變壓器構建交直流混聯係統架構，實現電能的交直流、不同電壓等級的高效變換，能夠實現光伏發電直供IT負荷及直流空調等負荷，有效降低電能變換引起的損耗。與傳統UPS供電方案相比效率可提高6%以上。
特變電工新能源電力電子變壓器采用三級全橋+gaopinbianyaqituopujiegou，tongshijubeiduoziyoudutiaozhijikaiguanpinlvyouhuadenghexinzhuanlijishu，nenggouyouxiaojiangdikaiguansunhao，kaiguanqijianyoudisandaikuanjindaibandaotitanhuaguicailiaogoucheng，shidedianlidianzibianyaqiyouzhegenggaodexiaolv，zhongdiyapeidianxitongzhengtixiaolvchaoyue98.2%;采用“N-1”式的模塊冗餘設計，具有微秒級模塊在線旁路功能，可實現功率模塊故障自動旁路，係統不停機運行;采用模塊化調製策略無需額外配置有源濾波裝置，有效降低諧波含量，諧波含量小於1%，滿足數據中心對高效、可靠、優質電能的需求。該產品於2017年獲得中國機電工程學會“居於國際領先水平”的最高評價。
一站式供配電解決方案,提升ROI
隨著服務器功率快速提升、體積不斷下降，傳統的供配電係統空間占比越來越高，導致IT“出櫃率”越來越低，而且傳統配電係統設備繁雜，空間無法最大化利用，設備采購及現場安裝管理困難，交付周期長達2個月以上，阻礙數據中心的投資回報率提升。
特變電工新能源電力電子變壓器數據中心配電方案采用模塊化級聯設計，通過高頻隔離有效提升設備功率密度，無需外置變壓器、低壓配電櫃等，占地麵積減少30%，采用預裝式集裝箱一體化設計，結構緊湊，自帶安裝機架，現場施工要求簡單，便於快速布置，施工周期可縮短至2周，有效降低數據中心初期建設投資成本及全生命周期投資收益率。
未來的無限可能
該工程屬於國家重點研發計劃“智能電網技術與裝備”重點專項“交直流混合的分布式可再生能源技術”項目中針對數據中心典型應用場景的示範工程。
這個包含了風光、儲能等多種能源形勢互補的可再生能源係統無疑是未來能耗量大的數據中心能源解決方案的主要形式。在可再生能源占比高達65%的情況下，特變電工新能源針對源、荷接入變換環節多、係統能效低等問題，提出了多運行模式、含異構多節點、多能流特征下的係統互補優化調度方法，實現了係統綜合節能18%。
目前，特變電工新能源電力電子變壓器設備已在多個示範應用工程中成熟可靠運行。在國家能源局首批“互聯網+”智慧能源示範工程中，特變電工新能源研製的首台±10kV/2MW級電力電子變壓器助力世界規模最大的多端交直流混合柔性配網互聯工程在廣東珠海唐家灣成功投運;依托2017國家重點研發計劃“交直流混合的分布式可再生能源關鍵技術、核心裝備和工程示範研究”項目，特變電工新能源研製的多台AC10kV、DC10kV電壓等級四端口電力電子變壓器助力國內規模最大的交直流混合微電網順利投運。
未來，在“多站融合”(變電站、儲能站、數據中心站、北鬥基站、5G基站等)的供配電係統中，電力電子變壓器可作為連接配電網和各站的電能變換係統，實現多能接入變換與管理和潮流控製，提供“多站”配電成套解決方案。
在柔性配電網建設領域，電力電子變壓器可作為柔性合環代替傳統合環開關，突破傳統“閉環設計、開環運行”的合環開關方案，為柔性配網提供潮流控製、故障隔離等功能，有效提高柔性配網可靠性。另外，在可再生能源發電並網、儲能並網、工商業園區交直流混合微電網、電動車智能群充充電站、柔性直流配電網等領域，電力電子變壓器將擁有更加廣闊的應用空間，為用戶提供柔性可控的高可靠性電能變換管理方案。
(能源雜誌)
