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主要内容：
1.传统数据中心电源方案 UPS&HVDC 各据山头，HVDC 更得互
联网厂商青睐
数据中心对能源利用率（PUE）的要求越来越高，数据中心配电系统的更新需求
增大。
随着云计算技术成熟，数据中心的规模也在不断扩大，达到万级甚至十万级服务
器的水平，成为数据存储、处理的重要枢纽。
在 DC 管理不断细致化和智能化过程中，数据中心相对于普通机房对外界环境要
求具有极高的严苛性（包括湿度、温度、磁场干扰等）。为使 DC 核心设备服务器等能
够正常运行，需要大量基础设施的辅助，这也是目前 IDC 能耗巨大的原因之一。
2007 年 ， The Green Grid 提 出 了 数 据 中 心 能 源 利 用 率 （ Power Usage
Effectiveness，PUE）被用来作为衡数据中心能耗的关键指标之一。
PUE=数据中心总功率峰值/IT 设备功率峰值
PUE 值越接近 1，即 IDC 总功率峰值越接近 IT 设备功率峰值，说明 DC 能耗越低。
然而目前的大多数传统 IDC 的 PUE 值一般在 2.5-3 之间，与理想能耗值仍有很大差距。
在一个典型的数据中心的能耗分析中，IT 主设备、空调系统和供配电系统的耗
电比例大致为 5：4：1。由此可以得出以下三点结论：
（1）数据中心节能的关键在于 IT 主设备负载效率的提高与节能；
（2）空调系统的节能是整个数据中心基础设施节能的重点对象；
（3）供配电系统的节能也不容忽视。
根据数据中心能耗分布，可以将 PUE 分解为：
PUE=（IT 主设备+空调+供配电）/ IT 设备=1+CLF+PLF
即 PUE 由 IT 主设备因子 1、制冷能耗因子 CLF 和供配电能耗因子 PLF 三部分构
成。
当前数据中心集中使用大规模的服务器和小型机，稳定安全的电源系统是保证数
据中心稳定运行的最基础的动力保证。因此只有根据计算中心服务器等设备用电特性
和使用中面临的问题进行预先设计并选择最优方案，才能在数据中心运行中保证供电
的高可靠性和高可用性。
传统数据中心配电系统主要由以下四部分构成：
（1）备用电源：IDC 一般设置双电网的供电系统，一条在市电正常情况下作为
负载提供电源，另一路市电则用于备用电源，也可以用发电机组代替。最后备用电源
在市电和发电机均出现故障时，为负载供电。
（2）电源转换设备：包括自动转换开关电器（ATS）、UPS 和静态转换开关（STS）
三部分。ATS 能够实现从一路电源自动切换到另一路电源，保证一级负荷的稳定运行。
如果交流供电发生故障，UPS 提供后备电源，将蓄电池通过 DC/AC 转换成交流电持续
给负载供电。
（3）配电设备：主要包括交流输入配电、UPS 输入配电、UPS 输出配电、负载
机架排配电（列头柜）以及机架配电（PUD）等。
（4）谐波抑制与治理设备：由于系统存在整流环节，不可避免的带来谐波源，
所以必须增加谐波抑制与治理设备来减少谐波对电网造成的污染。
证券研究报告|行业深度研究报告
请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明
5
根据 GB50174--2008《电子信息系统机房设计规范》，电子信息系统应划分为 A、 B、C 三级。具体分级如下：
表 1 数据中心等级划分
序号
数据中心
等级
不间断电源系统配
置
空调配电 可用性 典型解决方案 1 A 2N 或 M(N+1)冗余
双路电源（其中至少一路为应
急电源），末端切换，采用放
射式配电
99.99999% 双总线系统
2 B N+X 冗余 双路电源，末端切换。采用放
射式配电 99.999% 并机系统
3 C N 采用放射式配电 99.99% 单机系统
资料来源： GB50174--2008《电子信息系统机房设计规范》，华西证券研究所
供电系统中的交直流相互转换，不仅是电能损耗的主要来源，同时也可能危及供
电系统的稳定性与安全性。理想的数据中心供电系统即是电能直接以直流电的形式相
互转换，忽略整流和逆变单元。
IDC 和数据机房作为数据业务专用机房，根据直交流转换的不同，目前的数据中
心供电方式主要有以下三种模式：传统 UPS 供电系统、HVDC 供电系统和市电直供。
1.1.传统 UPS：超大型数据中心牵引电源备份增加，向大功率、
模块化发展，电源整体价值量有望提升
UPS（Uninterruptible Power Supply）利用电池的化学能作为能量后备，当市
电发生断电或异常等电网故障时，为用户设备提供不间断的（交流）电能的一种能量
转换装置，被称之为不间断电源。目前数据中心应用最广的主流产品即在线双变换
UPS。
目前 UPS 从储能方式大致分为动态 UPS 和静态 UPS，动态 UPS 和静态 UPS 又可以
细分为后备式，在线互动式，在线双转换式等；从技术上又分为工频机和高频机，
高频机中又细分为塔式机和模块化。
UPS 作为应用最为成熟的不间断电源产品在各行各业应用广泛，尤其是通信、互
联网、电力、军事等对于供电要求比较严格的行业。
UPS 主要分为三大部分：整流模块、逆变模块和蓄电池。当电网给系统输电时，
经过整流模块整流后，将 AC 转化为 DC，DC 经逆变模块逆变成 AC 供给给各个负载，
并给蓄电池充电，而大多负载又通过内部适配器将 AC 再次转化为 DC 使用。若电网故
障无法给系统输电时，蓄电池中储存的电能立刻就会大幅度输出，经过逆变器输送给
各个负载。
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