21 10kV 交流输入直流不间断电源技术

　　一、技术名称：10kV 交流输入直流不间断电源技术 

　　二、技术类别：减碳技术

　　三、所属领域及适用范围：信息行业 通信领域，数据中心技术供电

　　四、该技术应用现状及产业化情况

　　中国数据中心年均增长率已经连续 8 年超过 12%，预计到 2023 年 总耗电量将达到 2962 亿千瓦时。据 ODCC 统计，我国现存数据中心 PUE 值在 1.6～2 之间，而对于大型及超大型数据中心，配电部分在 PUE 值中为 0.1 左右，仍有一定的节能空间。10kV 交流输入直流不间 断电源通过技术革新，减少 66%的配电环节，最高运行效率相比传统 方式提高 2%，全工况综合效率提高 4%以上，可直接降低 PUE 值 0.04 左右。目前，该技术在中国移动、中国联通、阿里巴巴、腾讯等通信运 营商和互联网企业累计应用 50 台，应用效果良好。

　　五、技术内容

　　1.技术原理

　　10kV交流输入的直流不间断电源是直流不间断电源技术的迭代与 发展，主要从供配电链路和整流模块拓扑两个维度对原有系统进行优 化设计，通过整合优化减少了配单系统66%的冗余，提高了系统效率。 首先，将原有配电链路中的中压隔离柜、变压器柜、低压配电柜组、 HVDC柜优化为一套10kV交流输入直流不间断电源，通过供配电链路4合1，降低中间环节供电损耗；其次将传统的HVDC模块拓扑优化为三相不控整流和Buck调压两个环节，借助整流模块拓扑5变2，实现功率密度从1.8W/cm3提升到3.6W/cm3，不仅降低电源成本，还可提升系统 效率和可靠性。

　　2.关键技术

　　（1）移相交错并联拓扑及其均流控制技术 

       移相交错并联拓扑通过电路叠加复用，减小了输出电流的波动，提高了系统稳定性，提升模块效率达98%以上；均流控制技术实现了多 个模块间的均流控制，降低了系统环流，提高了系统的可靠性。

　　（2）多磁路耦合的低阻抗比变压器设计技术 

       提出一种多磁路耦合的低阻抗比变压器设计技术，可以在34绕组的变压器中实现多绕组的均衡阻抗比，并控制所有绕组的阻抗比在10%以内。

　　（3）多保护策略叠加、复杂能流模式下的交直流一体化监控技术 

       提出一种考虑多绕组序网电流的多保护策略叠加、复杂能流模式 下的交直流一体化监控技术，通过对多能流拓扑的傅里叶分析和保护判据，保障整个系统的可靠性。

　　3.工艺流程

       六、主要技术指标

　　1.10kV 交流输入的直流不间断电源模块最高效率＞98%，10~100%负载率下效率＞97%；

　　2.10kV 交流输入的直流不间断电源模块最大功率＞30kW，功率密 度＞3.6W/cm3；

　　3.10kV 交流输入的直流不间断电源整机效率>97.5%；

　　4.10kV 交流输入的直流不间断电源满载 THDi＜4%。

　　七、技术鉴定及获奖情况

　　目前，已在中国泰尔实验室完成效率对比测试，10kV 交流输入直 流 不 间 断电源模块与传统通信用  240V 直流供电模块相比，节能达2.2~4.9%。

　　八、典型用户及投资效益 

　　典型用户：中国移动、中国联通、阿里巴巴、腾讯公司等。 

　　典型案例 1

　　案例名称：阿里云计算有限公司南通基地项目10kV交流输入直 流不间断电源灰度示范楼

　　建设规模：四层楼结构，建筑面积 2 万 m2，外市电容量 40MW，可用电力 20MW，建筑结构为整体预制的标准化设计，制冷模块和供 电模块全部为标准化设计，供电为自建 110kV 变电站。

       建设条件：新建项目，4 路 10kV 外市电。主要建设内容：设计机柜功率 12kW，机柜 1000 个。一楼为整体制冷及辅助配电区域，二三四楼为 IT 及配电 区域，全楼共有 6 个 IT 机房，配电区域与 IT 机房一一对应，模块化 布置。主要设备：全楼共采用 1.2MW10kV 交流输入的直流不间断电源18 台，采用 DR 架构配置。项目总投资 2 亿元（其中电源 2000 万元）， 建设期为 18 个月。年碳减排量2570tCo2，碳减排成本为 510~530 元/tCO2。年经济效益 295 万元，投资回收期 2 年。 

       典型案例 2 

      案例名称：中国移动集团浙江有限公司浙中、浙东产业园项目 

       建设规模：浙中产业园应用 10 台，浙东产业园应用 8 台，每栋楼四层，建筑面积 2 万 m2，可用电力 26MW，制冷模块和供电模块全部 为标准化设计。建设条件：新建项目，4 路 10kV 外市电。主要建设内 容：一楼为整体制冷及辅助配电区域，二三四楼为 IT 及配电区域，配 电区域与 IT 机房一一对应，模块化布置。主要设备：全楼共采用 1.8MW、10kV 交流输入的直流不间断电源 18 台，全部采用 2N 架构配置。项目 总投资 5 亿元，建设期为 20 个月。年碳减排量 2730tCO2，碳减排成本 为 510~530 元/tCO2。年经济效益 313 万元，投资回收期 3 年。 

       九、推广前景和减排潜力

       该技术是一种数据中心新型供电技术，未来在互联网及运营商数据中心中推广前景广阔。预计未来 5 年，该技术预期推广比例将达到10%，项目总投资 500 亿元，其中电源设备投资约为 50 亿元，可形成 的年碳减排能力约为 70 万 tCO2。

由武汉节能协会办公室整理