数据中心供配电发展趋势
系统和产品的发展趋势往往决定于以下两个因素：一是系统产品的使用者（用户）的需要的不断发展；二是系统和产品的自身技术的发展。

数据中心供配电系统也基本遵从这样的规律。

因为数据中心供配电系统的服务对象是IT设备（比如服务器、路由器、网络交换机、存储器等等），所以IT设备的不断发展和供配电系统自身不断的演进决定了数据中心供配电系统的发展速度和方向。

下文从器件、电源设备、标准和系统的角度分别加以阐述。

1．电力电子技术的发展
供配电系统的组成要素中UPS系统和IT设备自身的电源设备等的演进的过程基本上就是电力电子基本器件的演进的过程。

现代电力电子技术的发展方向，是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学，向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。

电力电子技术起始于20世纪50年代末60年代初的硅整流器件，其发展先后经历了整流器时代、逆
变器时代和变频器时代，并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。

80年代末期和90年代初期发展起来的集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。

（1）整流器时代
大功率的工业用电由工频（50Hz）交流发电机提供，但是大约20％的电能是以直流形式消费的，其中最典型的是电解（有色金属和化工原料需要直流电解）、牵引（矿井电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等）和直流传动（轧钢、造纸等）三大领域。

大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电，因此在六七年代，大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。

（2）逆变器时代
70年代出现了世界范围的能源危机，交流电机变频调速节能效果显著而迅速发展。

变频调速的关键技术是将直流电逆变为0～100Hz的交流电。

随着变频调速装置的普及，大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管（GTR）和门极可关断晶
闸管（GTO）成为当时电力电子器件的主角。

类似的应用还包括高压直流输出，静止式无功功率动态补偿等。

这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变，但工作频率较低，仅局限在中低频范围内。

（3）变频器时代．
进入20世纪80年代，大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，为现代电力电子技术的发展奠定了基础。

将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合，出现了一批全新的全控型功率器件。

首先是金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）的问世，导致了中小功率电源向高频化发展，而后绝缘门极双极晶体管（IGBT）的出现，又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。

MOSFET和IGBT的相继问世，是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。

用IGBT 代替GTR在电力电子领域已成定论。

为了使电力电子装置的结构紧凑，体积减小，常常把若干个电力电子器件及必要的辅助器件做成模块的形式，后来又把驱动，控制，保护电路和功率器件集成在一起，构成功率集成电路（PIC）。

目前
PIC的功率都还较小但这代表了电力电子技术发展的一个重要方向。

新型器件的发展使现代电子技术不断向高频化发展，为用电设备的高效节材节能，实现小型轻量化，机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。

除了器件技术的革命之外，各种新型线路拓扑技术、开关变换器技术、谐振开关技术、新型软开关技术、功率因数校正技术、环路控制技术、均流技术等都在不断迅速发展并在产品中得到广泛应用，从而使得包括UPS、IT设备电源在内的电源朝着更低的成本，更高的可靠性的方向上不断前进。

2．数据中心IT设备电源的发展
数据中心的IT设备主要包括服务器、交换机、网络路由器、存储器等等，构成本书前面章节提到的IT平台。

这些设备本身的电源系统主要是在晶体管兴起后发展起来，目前主要是以交流/直流（AC/DC）型开关电源的型式存在。

如下图：
图77 IT设备电源拓扑示意图
近年来，IT设备的基本电路结构没有发生大的变革，而仅在细节上不断有改良。

总的来说，IT设备电源朝着功率密度越来越高、效率越来越高、成本越来越低、应用方式越来越灵活、齐全的保护功能、智能化的监控与管理等方向上不断发展。

其中可靠性的提升始终是电源设计者最为关注的问题之一，为了提升可靠性，IT设备电源做出了冗余的设计。

如下图：
图78 IT设备冗余电源实例图
这种冗余的电源设计极大的提高了IT设备用电的可靠性，而且从根本上对传统的供电方式提出了新的要求，为数据中心采取双路供电（2N）提供了最为重要的基础。

3．从标准的角度看供配电系统的发展
如前所述，器件及设备的发展已经为供配电系统的优化提供了坚实的物质基础，但IT设备要得到可靠的用电保护，还极大程度上取决于供配电系统的设计。

设计必须依照标准，从以下几个关键标准在供电系统内容界定的演进状况，就能从另外一个角度观察供配电系统在最近十几年的发展。

《电子计算机房设计规范》GB 50174—93中在其“第六章电气技术”阐述供配电系统。

从“第6.1.4条”到“第6.1.14条”涉及到的供配电系统要件包括电力变压器、UPS、动力配电箱、柴油发电机、插座等。

但是对于上述器件的组网和运行方式都未做详细的界定。

此外，还有一些组件（比如自动转换开关）也未提及。

这都客观地反应了在1993年或者以前的机房设计与建设相对初级的历史状况。

但在《电子信息系统机房设计规范》GB 50174—2008中，其在“8 电气技术”中对高压变配电做出了型号的规定
“干式变压器”；对UPS的基本容量、旁路方式、回路配电方式等都做了明确的界定；对柴油发电的负荷范围、运行方
式、照明方式等都做了明确界定：要求市电和柴油机切换必须采用自动转换开关等等。

除了这些，最为重要的是在其《附录A 各级电子信息系统机房技术要求》中按照机房的A、B、C三级对各子系统的建设和供电电源质量做出了详细的要求，从标准源头上厘清了供配电系统的设计和建设方式。

《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16—2008相比较其92版，新增加了“23 电子信息设备机房”来专门阐述机房系统的建设，同时关于供配电系统的建设指导在其他相关章节也有大量叙述。

4．从系统的角度看供配电系统的发展
数据中心供配电系统在随着数据中心的大规模兴起，基本完成了从设备到系统、从单系统到冗余系统建设的阶段。

随之而来的供配电系统的安全性、可用性、可维护及可管理的特性也都得到了极大的提高。

（1）从电源设备到电源系统的演变
对于以往的计算机或通信等重要设备，为了保证其运行的连续性和可靠性，都安装有净化电源、调压器、直到UPS等
市电
可用性
等级
带的冗余
电力系统
U P S关键
负载
电源保障设备。

在计算中心、数据中心出现之后，电源保障性的要求有了大幅度的提高，单机的UPS电源已经不能满足可靠性的要求，于是引入了“冗余”的概念，产生了并联结构，包括“热备份”、“公共旁路”和“模块化”等，这种变化表现了从单一的电源设备向综合供电系统的演变。

电源系统是包含了从供电电源到UPS、再到负载之间的每一个供电环节（见下图）。

图79 供电系统示意图（2）从单电源体系到多电源体系的演变
随着网络时代的到来，出现了大型的因特网数据中心、大型的网络通信中心，这些中心连续地读取数据、组成数据结构、备份数据并使数据传输保持完整性。

数据处理量的增大，基础设施的规模也增大，需要更高的电源保障，即对可靠性又提出了新的要求，
以更高可靠性为目标的电源系统，要求不会出现供电的“瓶颈”现象或单点故障的可能性，即从供电电源到负载之间必须具有两条或以上的供电通路。

以往的单一供电电路已经不能满足可靠性的要求，因此出现了以多路供电方式向负载供电的多电源体系（见图10-6）。

多电源供电体系的兴起是直接对应于IT设备冗余电源的大规模商用。

多电源的供电体系是在GB 50174—2008中要求A级系统或者TIA-942中所述的等级3或者等级4系统。

◆单电源体系：即所有负载都由一套供配电系统供电。

◆多电源体系：即负载由多套冗余供配电系统供电。