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摘 要：隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、5G等技術(shù)的快速發(fā)展，算力總規(guī)模不斷擴(kuò)大，用能需求不斷增長(zhǎng)。以智算中心為代表的算力基礎(chǔ)設(shè)施作為算力的重要載體，承載著支撐數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重任。柔性直流供電系統(tǒng)通過采用電力電子技術(shù)和智能控制策略，能夠顯著減少電能傳輸過程中的損耗，具有高效率、低損耗、靈活性、安全性和可靠性等優(yōu)勢(shì)，是未來解決智算中心算力爆發(fā)式增長(zhǎng)的最佳方案。
關(guān)鍵詞：智算中心；DC750V；柔性直流供電
doi：10.12045/j.issn.1007-3043.2024.10.006
前言
隨著以ChatGPT和Sora為代表的AIGC技術(shù)的迅速發(fā)展，全球各行各業(yè)正經(jīng)歷著從傳統(tǒng)模式向數(shù)字化、智能化的轉(zhuǎn)型，這導(dǎo)致智算中心數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，從而對(duì)數(shù)據(jù)處理能力和計(jì)算速度提出了更高要求。同時(shí)，CPU/GPU芯片功耗隨著算力提高也大幅提升。過去5年，CPU功耗從130W提升至500W，GPU功耗從250W提升至700W，從而導(dǎo)致單機(jī)柜功率也持續(xù)大幅提升。目前常采用的6kW機(jī)柜，在未來3~5年預(yù)計(jì)會(huì)快速提升至50kW，且功耗快速持續(xù)上漲的趨勢(shì)非常確定。功率需求及功率密度的大幅提升，未來將給智算中心供電系統(tǒng)帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
目前數(shù)據(jù)中心和智算中心的通用供配電解決方案是采用UPS供電系統(tǒng)，將中壓柜、變壓器、低壓配電、UPS、饋電柜等模塊集成為一體化電源設(shè)備（見圖 1），雖然能夠滿足客戶對(duì)不間斷電源的使用需求，但受限于傳統(tǒng)的供電架構(gòu)、電壓等級(jí)、電源種類，單套系統(tǒng)供電效率和供電密度很難有更大提升，在場(chǎng)地占用面積、系統(tǒng)能效、新能源消納等方面仍存在一定的技術(shù)局限。
隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，直流供電系統(tǒng)以其高度的可控性、靈活性、高效能和環(huán)境友好性，成為智算中心供配電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，其特別適用于高能效要求和新能源接入的場(chǎng)合，可有效支撐智算中心供配電系統(tǒng)向小占地面積、高功率密度和智能化控制過渡。
柔性直流供電系統(tǒng)基于電力電子變壓器構(gòu)建輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)（ISOP）型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高-低壓直流變換，即10 kV高壓交流輸入、DC 750 V低壓直流輸出（見圖2）。
通過比較圖 1 和圖 2 所示的 2 種供電系統(tǒng)架構(gòu)不難看出，柔性直流供電系統(tǒng)具有更少的電壓變換環(huán)節(jié)，極大縮短了供電鏈路長(zhǎng)度。通過采用小體積、高效率的第3代功率半導(dǎo)體器件取代傳統(tǒng)磁電系機(jī)電設(shè)備，同時(shí)自身具備無功補(bǔ)償和諧波治理能力，也省去了原有的SVG/APF的無功補(bǔ)償設(shè)備，可使電力室面積進(jìn)一步減小，且效率更高、容量更大，更方便匹配光伏儲(chǔ)能等新能源直接并網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的光儲(chǔ)柔直系統(tǒng)。
因此，應(yīng)盡快開展柔性直流供電系統(tǒng)的相關(guān)研究，通過打造以柔性直流供電系統(tǒng)為基礎(chǔ)的光儲(chǔ)柔直微型直流配電網(wǎng)，建立直流輸配電領(lǐng)域新的用電生態(tài)，推動(dòng)智算中心由交流配電向以新能源為主體的直流配電轉(zhuǎn)型發(fā)展。
