2020我國5G通信基站數據中心電源市場趨勢分析行業產業研究報告（33頁）.docx

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1、2020 年深度行業分析研究報告正文目錄1. 傳統數據中心電源方案 UPS&HVDC 各據山頭，HVDC 更得互聯網廠商青睞41.1. 傳統 UPS：超大型數據中心牽引電源備份增加，向大功率、模塊化發展，電源整體價值量有望提升51.1.1. 大型及超大型數據中心采用更為節能的 ECO 模式，電源備份冗余增加61.1.2. 模塊化數據中心建設，引導 UPS 產品大功率化、模塊化71.2. 互聯網廠商率先推廣市電+HVDC，迎接未來數據中心電源新模式81.2.1. 模塊化 UPS 彌補了傳統 UPS 的技術缺陷，但在成本側和并機條件上仍稍弱于 HVDC 系統81.2.2. HVDC 系統對傳統 U

2、PS 電源的替代效應91.2.3. 市電+ UPS/HVDC 模式優于傳統集中供電系統；市電+HVDC 成為互聯網企業爭先應用的最新領 域 141.3. 超大型數據中心 HVDC 更具優勢，更低的運行成本能為其帶來更大的成本壓縮空間161.3.1. 市電+ HVDC 優于市電+ UPS 模式，將成為未來發展的趨勢181.3.2. HVDC 市場化推廣仍存在一定局限，滲透率提升空間較大181.4. 數據中心電源市場 HVDC 市場復合增長率超過 30%202. 5G 基站能耗高、基站規模大，基站電源有望迎來“量價齊升”212.1. 基站側：5G 基站能耗增加電源功耗加大，新增 HVDC、鋰電池等

3、方案為 5G 基站供電222.1.1. 5G 基站功耗大幅增加，可靠性要求更高，單站電源模塊價格有望提升252.1.2. 5G 基站能源新解決方案：鋰電逐漸成為趨勢272.2. 機房側：HVDC 替代 UPS 效益增強，市電+HVDC/UPS 或將成為主流供電模式302.2.1. 5G 機房能源解決方案312.2.2. 市電+HVDC/UPS 未來將成為 5G 機房主流供電模式322.3. 5G 通信電源市場整體市場有望超過 450 億33圖表目錄圖 1 UPS 典型方案與 ECO 方案6圖 2模塊化數據中心演進流程8圖 3 UPS 和 HVDC 可靠性分析10圖 4 HVDC 應用系統數量發

4、展情況（單位：個）14圖 5 HVDC 應用系統容量發展情況（單位：個）14圖 6市電+AC UPS 典型方案15圖 7市電+AC UPS 典型方案16圖 8市電直供+HVDC、雙路 HVDC 和 UPS 供電效率對比17圖 9國內 UPS 市場銷量規模19圖 10 國內 UPS 市場銷售額規模19圖 11 國內模塊化 UPS 銷量19圖 12 全球模塊化 UPS 銷量19圖 13 國內 UPS 市場20圖 14 5G 移動通信架構圖22圖 15 基站內部設備布線安裝示意圖23圖 16 5G 接入網23圖 17 5G RAN 分級結構24圖 18 C-RAN 架構推動電源技術變革24圖 19

5、未來 5G 無線接入網將 D-RAN 和 CU 云化并存，協同組網25圖 20 基站退服原因統計27圖 21 站點疊光 ROI 分析27圖 22 直流遠程供電29圖 23 網元功能軟件與硬件分離30圖 24 5G 網絡架構31圖 25 5G 核心網網元結構31表 1 數據中心等級劃分5表 2 UPS 系統存在的技術架構問題6表 3 數據中心的 UPS 涉及配置的選取7表 4 不同類型 UPS 對數據中心需求的適配度表8表 5 HVDC 與傳統 UPS 電源比較9表 6 HVDC 與傳統 UPS 電源一次性投資比較11表 7 HVDC 與模塊化 UPS 對比12表 8 2007 年以來 HVDC

6、 技術標準規范制定13表 9 AC UPS 系統和市電+AC UPS 系統比較15表 108 年內兩種供電架構浪費電費對比18表 118 年內兩種供電架構浪費電費對比18表 12后備電源市場主要廠家20表 13不同模式能效對比25表 14相關 5G 主設備廠商功耗26表 154G 時代與 5G 時代全網電費對比26表 164G 時代與 5G 時代全網電費對比28表 174G 時代與 5G 時代全網電費對比32表 18通信電源市場基站側預測331.傳統數據中心電源方案 UPS&HVDC 各據山頭，HVDC 更得互聯網廠商青睞數據中心對能源利用率（PUE）的要求越來越高，數據中心配電系統的更新需求

7、 增大。隨著云計算技術成熟，數據中心的規模也在不斷擴大，達到萬級甚至十萬級服務 器的水平，成為數據存儲、處理的重要樞紐。在 DC 管理不斷細致化和智能化過程中，數據中心相對于普通機房對外界環境要 求具有極高的嚴苛性（包括濕度、溫度、磁場干擾等）。為使 DC 核心設備服務器等能 夠正常運行，需要大量基礎設施的輔助，這也是目前 IDC 能耗巨大的原因之一。2007 年， The Green Grid 提 出 了 數 據 中 心 能 源 利 用 率 （ Power Usage Effectiveness，PUE）被用來作為衡數據中心能耗的關鍵指標之一。PUE=數據中心總功率峰值/IT 設備功率峰值P

8、UE 值越接近 1，即 IDC 總功率峰值越接近 IT 設備功率峰值，說明 DC 能耗越低。 然而目前的大多數傳統 IDC 的 PUE 值一般在 2.5-3 之間，與理想能耗值仍有很大差距。在一個典型的數據中心的能耗分析中，IT 主設備、空調系統和供配電系統的耗 電比例大致為 5：4：1。由此可以得出以下三點結論：（1）數據中心節能的關鍵在于 IT 主設備負載效率的提高與節能；（2）空調系統的節能是整個數據中心基礎設施節能的重點對象；（3）供配電系統的節能也不容忽視。 根據數據中心能耗分布，可以將 PUE 分解為： PUE=（IT 主設備+空調+供配電）/ IT 設備=1+CLF+PLF即 P

9、UE 由 IT 主設備因子 1、制冷能耗因子 CLF 和供配電能耗因子 PLF 三部分構 成。當前數據中心集中使用大規模的服務器和小型機，穩定安全的電源系統是保證數 據中心穩定運行的最基礎的動力保證。因此只有根據計算中心服務器等設備用電特性 和使用中面臨的問題進行預先設計并選擇最優方案，才能在數據中心運行中保證供電 的高可靠性和高可用性。傳統數據中心配電系統主要由以下四部分構成：（1）備用電源：IDC 一般設置雙電網的供電系統，一條在市電正常情況下作為 負載提供電源，另一路市電則用于備用電源，也可以用發電機組代替。最后備用電源 在市電和發電機均出現故障時，為負載供電。（2）電源轉換設備：包括自

10、動轉換開關電器（ATS）、UPS 和靜態轉換開關（STS） 三部分。ATS 能夠實現從一路電源自動切換到另一路電源，保證一級負荷的穩定運行。 如果交流供電發生故障，UPS 提供后備電源，將蓄電池通過 DC/AC 轉換成交流電持續 給負載供電。（3）配電設備：主要包括交流輸入配電、UPS 輸入配電、UPS 輸出配電、負載 機架排配電（列頭柜）以及機架配電（PUD）等。（4）諧波抑制與治理設備：由于系統存在整流環節，不可避免的帶來諧波源， 所以必須增加諧波抑制與治理設備來減少諧波對電網造成的污染。表 1 數據中心等級劃分根據 GB50174-2008電子信息系統機房設計規范，電子信息系統應劃分為

11、A、 B、C 三級。具體分級如下：序號數據中心等級不間斷電源系統配空調配電可用性典型解決方案置1A雙路電源（其中至少一路為應2N 或 M(N+1)冗余急電源），末端切換，采用放99.99999%雙總線系統射式配電2B雙路電源，末端切換。采用放N+X 冗余99.999%并機系統射式配電3CN采用放射式配電99.99%單機系統資料來源： GB50174-2008電子信息系統機房設計規范，供電系統中的交直流相互轉換，不僅是電能損耗的主要來源，同時也可能危及供 電系統的穩定性與安全性。理想的數據中心供電系統即是電能直接以直流電的形式相 互轉換，忽略整流和逆變單元。IDC 和數據機房作為數據業務專用機房

12、，根據直交流轉換的不同，目前的數據中 心供電方式主要有以下三種模式：傳統 UPS 供電系統、HVDC 供電系統和市電直供。1.1.傳統 UPS：超大型數據中心牽引電源備份增加，向大功率、 模塊化發展，電源整體價值量有望提升UPS（Uninterruptible Power Supply）利用電池的化學能作為能量后備，當市 電發生斷電或異常等電網故障時，為用戶設備提供不間斷的（交流）電能的一種能量 轉換裝置，被稱之為不間斷電源。目前數據中心應用最廣的主流產品即在線雙變換 UPS。目前 UPS 從儲能方式大致分為動態 UPS 和靜態 UPS，動態 UPS 和靜態 UPS 又可以 細分為后備式，在線

13、互動式，在線雙轉換式等；從技術上又分為工頻機和高頻機， 高頻機中又細分為塔式機和模塊化。UPS 作為應用最為成熟的不間斷電源產品在各行各業應用廣泛，尤其是通信、互 聯網、電力、軍事等對于供電要求比較嚴格的行業。UPS 主要分為三大部分：整流模塊、逆變模塊和蓄電池。當電網給系統輸電時， 經過整流模塊整流后，將 AC 轉化為 DC，DC 經逆變模塊逆變成 AC 供給給各個負載， 并給蓄電池充電，而大多負載又通過內部適配器將 AC 再次轉化為 DC 使用。若電網故 障無法給系統輸電時，蓄電池中儲存的電能立刻就會大幅度輸出，經過逆變器輸送給 各個負載。圖 1UPS 典型方案與 ECO 方案資料來源：李

14、晶晶，C114 中國通信網，AC UPS+后備電池方案由于高成熟度在世界范圍內廣泛應用。但是隨著數據中心 建設規模越來越大，用戶對數據中心能耗和可用性要求逐漸提高，該方案固有的低效 率和可用性差等缺點逐漸暴露。UPS 技術架構存在的缺陷： 表 2 UPS 系統存在的技術架構問題系統缺陷附注a、N+1 UPS 系統上下游UPS 供電時，IT 設備內部的電容器每秒鐘發生 100 次的充放電過程，充放電過仍存在單故障點，無法程中電流通過電容器產生熱量，熱量加速電容器的老化，無法克服單點故障率高?？朔吸c故障率高b、增加逆變器設備，使系統效率降低，能耗增加當 UPS 處于旁路運行時，市電電源的高頻開關

15、操作電壓、瞬態過電壓變化、雷電過電壓和諧波等都可能直接干擾通信設備。即是 UPS 正常運行，由于逆變器輸出交流電，接到下一級高頻開關整流器等電源設備而產生的諧波也有可能干擾數據中c、UPS 受到的干擾多心設備。如果干擾過大或頻繁發生，輕者導致互聯網傳輸速率下降，網絡服務器的數據“丟包率”增大等隱患，從而導致互聯網設備被迫進入“降額”使用狀態，嚴重時還會導致網絡癱瘓。d、三次諧波的火災隱三次諧波在中性線中不會抵消而產生過載發熱，甚至發生火災，也會經常發生患斷路器跳閘或熔斷器熔斷現象。為了達到高可靠性要求，UPS 供電模式必須采用 UPS 冗余供電系統、雙總線輸出e、供電系統復雜性的配線方式，有時

16、還需要在三相交流饋電線的中性線中加裝隔離變壓器設備，增加供電系統復雜性。負載端線路發生短路事故時，直流回路由于有蓄電池并聯工作，蓄電池能吸收f、負載端的短路瞬變短路瞬變電流，或者利用電纜配電系統使領近饋電線路不受影響。但在交流 UPS 系電流影響統中，負載接到逆變器上，臨近饋電線路會受到瞬變電壓影響。資料來源：郵電設計技術，朱雄世，整理1.1.1.大型及超大型數據中心采用更為節能的 ECO 模式，電源備份冗余增 加由于 UPS 結構復雜，因此自身容易發生故障，因此在實際應用中，依靠設備冗余 能夠提高供電可靠性，普遍采用 N+1（冗余并聯 UPS）或 2N（雙系統 UPS）的供電架構。除此之外，

17、UPS 系統設計配置方案還包括無冗余、串聯冗余、分布式冗余等，其 相關使用信息如下表：表 3 數據中心的 UPS 涉及配置的選取配置過往使用使用原因 減少投資成本和能源成本無冗余（N）串聯冗余 并聯冗余（N+1） 分布式備用冗余帶 STS 的分布式冗余 無 STS 的分布式冗余（如：三重冗余）小型公司具有多個本地辦公地點的公司 具有地理冗余數據中心的公司中小型公司IT 容量通常小于 500kW 的數據中心有數據中心的大中小型公司，其 IT 容量通常小于 500kW有數據中心的大型公司，其 IT 容量 通常大于 1MW有數據中心的大型公司，其 IT 容量 通常遠大于 1MW大型外包服務提供商支持

18、關鍵性較低的應用 簡單配置和安裝 允許停機維護與“1N”相比具有較好的容錯性 允許使用不同型號的 UPS 允許未來增加負載 與“1N”相比具有較好的容錯性 允許未來增加負載 允許使用不同型號的 UPS 允許添加更多容量與 2N 相比更加經濟 并行維護的能力 與 2N 相比更加經濟 與 2N 相比更加經濟通過帶有 STS 的設計可以節約成本 在 A 側和 B 側之間完全冗余雙系統冗余（2N,2N+1）大型 MW 級數據中心資料來源：施耐德電氣數據中心科研中心，整理更容易保持 UPS 系統平衡負載實際應用 N+1 或 2N 系統配置，因冗余度較高而造成實際負載率較低，直接導致 實際系統效率僅約 2

19、00kW，能效過低。另外， UPS 由于自身原理特性，系統架構復 雜，內部器件繁多，導致可靠性差（尤其是輸出端靜態開關切換時容易產生瞬斷）， 維護難度大，實際可用性較低。但 UPS 的雙變換拓撲的穩壓、濾波功能使得傳統 UPS 能夠保證引入儲能系統并提 供穩定輸出，因此其抗干擾能力在交通、通信等行業及其他具備惡劣使用環境（礦場、 車間）一直廣泛應用。雖然傳統 UPS 系統配合雙路市電引入及后端雙路供電服務器設備能夠達到符合要 求的可靠性，但是同時也帶來投資的增長。對于目前規模體量不斷增加的數據中心來 說，其系統架構越來越復雜，成本越來越高并不適用其長期發展。因此隨著電網環境不斷轉好，且服務器成

20、本下降，同時包括數據中心采用 ECO 模式（經濟模式）供電應用越來越廣泛：ECO 模式即 UPS 通過旁路來進行供電，在停電或者電網波動超過設定上線時自動 切換到雙變換模式。在數據中心供電系統中，如今數據中心大多選在一線城市或周邊，其電網環境普 遍較好，同時服務器不僅價格低廉且電源抗干擾能力不斷增強（自帶 PFC 校正功能）， 因此在歐洲等電網環境較好的地區 ECO 模式應用不斷增加。1.1.2.模塊化數據中心建設，引導 UPS 產品大功率化、模塊化隨著云計算、虛擬化等技術成熟以及集中化、高密化服務器的發展，數據中心需 要更加可靠、高效并能夠整體快速部署的建設方案，模塊化數據中心就應需而生，并

21、 逐漸成為目前廣受市場認可的新模式。而在數據中心初期建設過程中，就必須要考慮未來擴容增量的需求，因此統一標 準化的模塊化設計能夠為未來規劃設計帶來便利，同時其整理快速部署也能大大縮減 建設周期，尤其有利于大規模數據中心的分階段投產以及后期的統一維護等。模塊化數據中心簡單來說是指供配電和空調系統能夠標準化并整體快速部署組成 數據中心并開始運行的系統，即可以是一個機房，一層樓或者是一整棟建筑作為一個 模塊。但實際應用中，模塊化數據中心并不只是簡單的模塊化 UPS 和列間空調的簡單組 合，還應該考慮靈活匹配不同行業需求，根據數據中心規模大小、場景、應用等作出 差異化部署。其能夠靈活運營于中小型數據中

22、心部署，同時在數據中心超大型規模導 向下，其產品化、標準化的模式也能有效解決超大型數據中心“高可靠、高效節能和 整體快速部署”的需求。不過從技術演進角度來說，模塊化數據中心源自于模塊化 UPS 的出現，模塊化 UPS 的可拓展性、高能效性等方面補足了對比 HVDC 模塊的缺陷。而模塊化數據中心 在模塊化 UPS 基礎之上進一步集成制冷系統、電力分配系統以及機柜系統，同時模塊 化設計能夠幫助數據中心分期投資，減少一次到位的資本支出負擔以及縮短大規模數 據中心建設初期低負載的運行時間，最終達到節約成本，提高能效的目的。圖 2模塊化數據中心演進流程資料來源：CAICT，整理1.2.互聯網廠商率先推廣

23、市電+HVDC，迎接未來數據中心電源新模式1.2.1.模塊化 UPS 彌補了傳統 UPS 的技術缺陷，但在成本側和并機條件上 仍稍弱于 HVDC 系統前文中就體積模塊化 UPS，彌補了傳統 UPS 在彈性擴展、匹配性、高可用性、高 密度、高效率等多方面的不足，產品性能與 HVDC 模塊差異不大。表 4 不同類型 UPS 對數據中心需求的適配度表工頻 UPS高頻 UPS模塊化 UPS彈性擴展可用性效率難以按需擴容難以按需擴容按需擴容 可用性低，一旦故障運維人可用性低，一旦故障運維人可用性高，N+X 冗余實現更高 員無法處理，需要原廠維員無法處理，需要原廠維可靠性；運維人員更換故障護，故障恢復時間

24、長護，故障恢復時間長模塊即可消除故障 低，低負載率及諧波治理措較高，運行效率一般典型值高，一般均采用低載高效設 施導致運行效率遠低于宣傳90%-94%計，典型值 95%。模塊 N+X 冗效率，運行效率一般在 85%左余配置時運行效率可達 96%右低，內置變壓器用于升壓和功率密度產生中線，功率密度難以提較高，變壓器取消之后效率有一定提升較高，效率一般較高，易實現更大的功率密度升取決于設計，但工頻 UPS 主智能化程度要廠商大多已停止研發，智取決于設計取決于設計。一般為各廠商高端產品，智能化程度較高能化程度相對較低匹配程度不匹配一般匹配資料來源：電子變壓器咨詢網，整理但是 HVDC 系統的直流模塊

25、并機只涉及模塊均流，只需調壓即可，而 UPS 模塊在 實際運用中，并機需要幅度、頻率和相位一致才能可靠并機，因此 HVDC 模塊能夠更 為安全的去熱插撥增加或者更換故障模塊。1.2.2.HVDC 系統對傳統 UPS 電源的替代效應相對傳統 UPS 而言，HVDC 系統結構大大簡化，同時在低故障率、在線擴容、系 統復雜度、可維護性上都具有一定優勢。表 5 HVDC 與傳統 UPS 電源比較項目HVDC（240V）UPS（22V/360V）輸出波形直線正弦波或方波輸出參數高低輸出電壓240V220V/380V系統結構模塊化程度高模塊化程度低控制可自主控制輸出對控制模塊依賴性高蓄電池供電直接經逆變器

26、并機條件極性、電壓相同極性、電壓、相位、頻率相同并機復雜程度可在直流側簡單并接不可簡單并接單點故障少多在線擴容可行性大可行性小可維護性較高較低占地面積小大資料來源：電力信息與通信技術，整理其架構優勢具體表現為： a、拓撲簡單：蓄電池連在輸出母線上，可靠性高； b、維護便捷，割接改造更為方便：插拔式設計，可在線擴容、不掉電割接；對于采用 UPS 供電的設備來說，除非其采用雙電源（或四電源、六電源），或專 門配置有 STS 設備，否則通常只能采用停電方式割接。對于重要系統來說，這是難以 忍受的，更為麻煩的是，一些沒有廠家支撐的老型設備，很有可能出現停機不能重啟 的現象。直流電源只要做到輸出電壓和極

27、性相同即可連接到一起，從而實現不停電割接。 c、受到干擾少，可靠度更高：UPS 在斷電時蓄電池需要通過逆變電路進行輸出，而 HVDC 蓄電池與輸出共母排，理論上備電系統更加簡單可靠。但同時電池長期熱備份同樣對其使用壽命造成影響，因此 HVDC 對電池管理要求更高；高壓直流供電技術引入的主要目的就在于提升系統的可靠性。UPS 系統本身僅并 聯主機具有冗余備份，整機系統組件之間更多是串聯關系，總體可靠性低于單個組件 的可靠性。直流系統，系統的并聯整流模塊、蓄電池組均構成了冗余關系，總體可靠 性高于單個組件的可靠性。理論計算和運行實踐都表明，直流系統的可靠性要遠遠高 于 UPS 系統。圖 3UPS

28、和 HVDC 可靠性分析資料來源：NTT Data，整理d、低冗余度和模塊休眠功能提高實際運行效率：雖然 HVDC 和 UPS 的單機設備 在一定負載率下效率相差無幾，但 HVDC 系統整流模塊采用小容量 N+1 冗余，冗余度 較低，且具備模塊休眠功能，使得其在實際應用中整流模塊能夠運行在 50%-80%的高 負載率區間中，大幅提高實際運行效率，較傳統 UPS 實際效率高出 10%-15%。目前大量使用的 UPS 主機均為在線雙變換型，在負載率大于 50%時，其轉換效率 與開關電源相近。為了保證 UPS 系統的可靠性，UPS 主機均采用 n+1 方式運行，UPS 單機的設計最大穩定運行負載率僅

29、為 3553%。而受后端設備虛提功耗和業務發展的 影響，很多 UPS 系統通常在壽命中后期才能達到設計負載率，甚至根本不能達到設計 負載率，UPS 主機單機長期運行在很低的負載率，其轉換效率通常為 70%，甚至更低。 對于直流電源系統而言，因其采用模塊化結構，可根據輸出負載的大小，可靈活控制模塊的開機運行數量，使整流器模塊的負載率始終保持在較高的水平，從而使系統的 轉換效率保持在較高的水平。e、帶載能力大大提高UPS 系統帶載能力受兩個因素的制約，一是負載的功率因數，二是負載的電流峰 值系數，通常 UPS 主機的設計波峰因數為 3，如果負載的電流峰值系數大于 3，則 UPS 主機將降容使用。對

30、于直流系統而言，不存在功率因數的問題；因其并聯了大容量蓄電池組，加之 整流器模塊有大量的富余（充電和備用），其帶大電流峰值的負荷能力很強，不需專 門增加安全余量。但在實際應用過程中，HVDC 普遍還被商家宣傳效率高，節能環保，雖然 HVDC 系 統效率比工頻 UPS 高，但與目前模塊化 UPS 并沒有明顯差別（模塊化 UPS 在下文再 詳細描述）；此外在模塊化方面，HVDC 模塊支持熱插撥，相比傳統塔式 UPS 在擴容和維護上 都有很大優勢，但與模塊化 UPS 差別不大。小結：HVDC 系統以其在系統效率、可靠性、可維護性及建設成本等方面的突出 優勢大獲互聯網廠商青睞。雖然傳統 UPS 行業也

31、衍生出了高頻 UPS 等技術分支，部 分解決了傳統 UPS 負載率低、分期建設難、可擴展性差等問題，但由于多模塊的交 流并機復雜性、單點并機板、異常轉旁路、電池掛接在逆變器前逆變損壞等風險都 無法和 HVDC 技術媲美。此外目前模塊化 UPS 在產品端與 HVDC 產品也差別不大，但 由 HVDC 構成的供電系統及其后端服務器的變化才是 HVDC 真正的價值體現。A、成本端：大大壓縮前期投資和后期維護成本（1）高壓直流電源投資成本低HVDC 系統比傳統 UPS 系統節省至少 40%的投資，且占用更少機房面積，而對于 數據中心來說更小的占地面積也意味著更低的成本。以 2N UPS 和 240V

32、HVDC 為例，目前數據中心應用最為廣泛的容量等級約為 400KVA、UPS 輸出功率因數典型值為 0.8-0.9，折算成 360KW，相當于同樣功率的單套 1200A 的高壓直流系統。表 6 HVDC 與傳統 UPS 電源一次性投資比較單套電源系統設備配置1 主輸入+2 柜整流逆變+1 主機輸出1 交流輸入+2 整流+1 直流輸出造價及占地面積15*2=30 萬（雙框架）占地面積：2 配電柜8+5=13 萬（但框架）占地面積 1.5 配電柜造價及占地面積24*2=48 萬占地面積：8 個配電柜22*1=22 萬元占地面積：4 個機柜造價及占地面積（8+5）*2=26 萬占地面積：4 個配電柜

33、0末端配電投資10*5=50 萬占地面積：2.5 個配電柜10*5+5*5=75 萬占地面積：5 個配電柜1.變壓器低壓輸出柜800A 柜 2 臺，每臺 2 框架斷路器800A 柜 0.5 臺 1 框架,5*250A 柜 1 臺2不間斷電源系統2 套 400KVA UPS 主機1 套 240V HVDC 主機3 不間斷電源輸出配電柜2 套 UPS 主輸出+2 套之路配電04.末端配電柜數量5 套交流10 套交直流設備類型400KVA 2N UPS1200A 直流 240V HVDC5.線纜數量多輸出配電及維修旁路線纜等單項直流線纜比三相交流線纜稍貴一次性投資成本154 萬（不含配套濾波）110

34、 萬占地面積（不含電池室且交直流分開）16.5 面柜10.5 面柜資料來源：騰訊數據中心，（2）電源維護成本低在維修成本方面，高壓直流供電采用的整流模塊化結構，現場替換非常方便，而 且由于直流供電系統的可靠性遠高于交流 UPS 系統，故維修概率也大大減小。B、技術端：HVDC 系統與當前的模塊化 UPS 產品差異并不大模塊化 UPS 彌補了傳統 UPS 在彈性擴展、匹配性、高可用性、高密度、高效率等 多方面的不足，產品性能與 HVDC 模塊差異不大，但成本略高于 HVDC，安全性高于 HVDC。實際系統效率95%-96%96%以上架構復雜程度簡單簡單表 7 HVDC 與模塊化 UPS 對比安全

35、性模塊化 UPS較高HVDC較低節能效果節約 30%節約 25%以上可靠性高高維護費用低低占地面積一次性投資成本節約 40%較高節約 40%節約 30%-40%維護難度低低可擴展性高高資料來源：C、政策端：通信行業及國家技術標準逐漸完善近幾年來，隨著國家隊節能減排以及綠色數據中心技術的愈加重視，中國通信行 業及國家相關 HVDC 標準相繼發布，不斷引導和支持 HVDC 推廣工作。2012 年，為貫徹落實節能減排，加快節能技術推廣普及，發改委公布的國家 重點節能技術推廣目錄（第五批）中就有“通信用 240V 高壓直流供電系統技術”， 是信息通信行業的唯二項目之一。2014 年，國家發改委將此相關

36、技術納入國家重點節能低碳技術推廣目錄（2014 年版）。2015 年，工信部、國家機關事務管理局及能源局為開展綠色數據中心試點工作， 共同研究制定國家綠色數據中心試點工作方案，其中特別強調“數據中心關鍵設 備生產企業要加強生態設計，提高設備能源使用效率，控制有毒有害物質使用，采用 易于拆解和回收處理的設計。試點單位要加強綠色智能服務器、能源管理信息化系統、 熱場管理、余熱利用、自然冷源、水循環利用、分布式供能、直流供電等技術和產品 應用”。2016 年，工信部組織開展綠色數據中心先進適用技術篩選工作，其中通信用通信行業標準已發布：YD/T 23782011通信用 240V 直流供電系統YD/T

37、 25552013通信用 240V 直流供電系統配電設備YD/T 25562013通信用 240V 直流供電系統維護技術要求YD/T 26562013基于 240V/336V 直流供電的通信設備電源輸入接口技術要求與試驗方法YD/T 30882016通信用 336V 整流器YD/T 30892016通信用 336V 直流供電系統YD/T 30912016通信用 240V/336V 直流供電系統運行后評估要求與方法YD 52102014240V 直流供電系統工程技術規范 編制中：通信用 240V/336V 直流配電單元（報批中）通信用 240V/336V 輸入直流-直流電源模塊（報批中）通信用

38、240V 直流供電系統使用技術要求（報批中）通信 240V/336V 供電系統用直流斷路器（報批中）國家標準已發布：GB 512152017通信高壓直流電源設備工程設計規范 編制中：通信用 240V/336V 直流供電系統技術要求和試驗方 法（報批中）通信高壓直流電源設備工程驗收規范（編制中） 國際標準化組織Uninterruptible power systems(UPS)Part 5-3 DC output UPS-IEC IEC 62040-5-3-2016Performance and test requirementsDirect current power feeding inte

39、rface up to 400 V at the input toITU ITU-T L.1200-201205telecommunication and ICT equipmentITU-T L.1201-2001403Architecture of power feeding systems of up to 400 VDCITU-T L.1300-201111Best practices for green data centres240V/336V 直流供電技術位列供配電類技術首位。 表 8 2007 年以來 HVDC 技術標準規范制定資料來源：信通院與開放數據中心委員會 2018 年

40、發布的數據中心白皮書中指出，“隨著 產業規?？焖僭鲩L，數據中心建設成本和能耗激增，可靠性高、成本低的高壓直流（HVDC），成為數據中心供電系統的新選擇，采用“HVDC+市電直供”相結合的模式， 供電效率可提升到 94%-95%，若采用 HVDC 離線模式，其供電效率可提升至 97%以上，目前 HVDC 已在 BAT 等大型互聯網公司得到了廣泛應用?！苯陙?，互聯網公司探索 48V、12V 供電模式，如谷歌、Facebook 的 48V 整機柜 供電架構、百度的 12V 分布式鋰電池系統等，進一步提高供電效率，并實現模塊化部 署，熱插拔維護?！翱傮w來看，供電系統逐漸由交流/集中式向直流/分布式轉

41、變，提高效率，降 低成本，簡化運維?！盌、應用情況：運營商和 BAT 等互聯網廠商大力推廣 HVDC 應用HVDC 作為一項已經成熟的技術，在國內外應用卻并沒有鋪開。直到近些年隨著 數據機房規模不斷擴大，對能耗指標的不斷提高才促使互聯網廠商等開始重視高壓直流的應用，2007 年江蘇電信就最早在國內嘗試。隨后通信網絡和數據中心就開始廣 泛應用 240V 的 HVDC 技術。前期，主要由三大運營商主導（主要是中國電信）HVDC 推廣應用，隨后 BAT 等互聯網企業在云數據中心建設中也紛紛開始嘗試相較于 UPS 更加節能減排且高效的 HVDC 技術應用當中。目前，高壓直流的主流方案為國內的 240V

42、、336V 和國外的 380V 等形式。由于大 部分標準交流輸入設備可直接采用 240V 直流供電，因此國內主流運營商正逐步擴大 面積推廣 240V HVDC 系統，但 336V、380V 等電壓等級的 HVDC 需要定制的服務器電源， 其推廣難度相對較大，且配套配電系統仍未成熟，因此應用范圍較少。同時，目前主流 HVDC 都是基于通信電源進行開發（即采用 48V 輸出），所以 HVDC 供電架構在數據中心和通信機房或基站電源應用中存在很大的共通之處。近年來運營商和 BAT 等互聯網企業不斷推動 HVDC 應用，在通信電源側的推廣是 基于其易維護、易擴容的特性導向下造成的，而互聯網企業則是基于

43、對 HVDC 較低成 本及系統簡單性的考量而選擇 HVDC 進行推廣。通信用 HVDC 大量應用于互聯網和運營商數據中心中，互聯網企業后來居上。據 不完全統計，截止 2017 年 11 月，國內通信用 HVDC 實際應用量已達到 5810 個，累計 總供電容量達到 5379800A。無論是數量還是容量上互聯網企業和運營商共占去 85%以 上的份額。HVDC 技術應用前期由三大運營商（主要中國電信）引導，后期互聯網企業成本 需求帶動技術廣泛應用：通過縱向對比，2007-2014 年之前，HVDC 應用系統主要以 電信運營商為主，在通信網絡應用的系統數占大頭。但是受制于供電需求和技術發展水平限制，

44、系統容量都不大。但近幾年隨著云計算逐步成熟，尤其是互聯網企業（BAT 等）開始大力建設大型 IDC、云數據中心等，HVDC 需求量突飛猛進，HVDC 應用 也后來居上。2017 年，互聯網企業的 HVDC 應用系統無論從數量還是容量均超過電信企業。 圖 4HVDC 應用系統數量發展情況（單位：個）圖 5HVDC 應用系統容量發展情況（單位：個）資料來源：電信技術，資料來源：電信技術，1.2.3.市電+ UPS/HVDC 模式優于傳統集中供電系統；市電+HVDC 成為互聯 網企業爭先應用的最新領域前文提到 UPS 的 ECO 模式，即是市電+UPS 模式的應用之一。在數據中心供電系 統中，傳統

45、UPS 系統依靠前端雙路引入市電來提高供電可靠性，但同時也帶來投資的增長。對于目前規模體量不斷增加的數據中心來說，其系統架構越來越復雜，成本越 來越高并不適用其長期發展。同時隨著虛擬化等技術普及，比如兩地三中心、同城雙活等備災方案也大幅提升 互聯網數據中心業務的連貫性，單個數據中心的 IT 設備本身對于供電可靠性的要求 也有所降低。因此，依靠引入一路市電直供+UPS/HVDC 的模式應用更受互聯網廠商青 睞。（1）市電+AC UPS 方案：該方案國內最初應用來自于百度在 2009 年自建機房， 在保證較高可用性基礎上，建設投資縮減近半，運行效率提升 5%以上。圖 6市電+AC UPS 典型方案資料來源：朱永忠，中國