数据中心面临在新型电力系统中，多种新能源接入而产生的电能质量挑战
数据中心存在多种新能源接入的趋势
据中国算力平台统计测算，2023年中国数据中心耗电量约为1500亿千瓦时，占全社会用电量的1.6%，中国算力市场规模平均增速达到30%，数据中心耗电量年增速为15%，数据中心作为一个典型的吃电大户，推动其使用绿色电力，改善能源结构，有助于中国3060双碳目标的达成，持续落实“东数西算”战略，鼓励引导数据中心向资源丰富的西部地区转移，消纳西部地区的绿色电力，减少对传统电网的依赖，改善中国的能源结构，优化东西部资源互补。
2023年4月财政部、生态环境部、工信部联合发布的《绿色数据中心政府采购需求标准(试行)》指出，数据中心使用的可再生能源使用比例应逐年增加，要求2030年达到100%。2023年7月国家发展改革委、工业和信息化部、国家能源局、国家数据局联合发布《数据中心绿色低碳发展专项行动计划》指出，将新建及改扩建数据中心可再生能源利用目标和方案作为节能审查重要内容，鼓励有关地区探索开展数据中心绿电直供，要求到2025年底，八大国家枢纽节点新建数据中心绿电占比超过80%。
多种能源接入在数据中心行业开始陆续出现。据腾讯数据中心相关专家说明，腾讯在多地数据中心并网了数据中心分布式光伏项目，风光总装机功率达到66MW，如腾讯在天津高新云数据中心和河北怀来东园数据中心都采用多种新能源接入并网的方式，并成功落地，腾讯相关专家表示，数据中心对供电稳定性极为严苛，电能质量差会造成智能服务器闪烁，会造成数据中心重大损害或损失，是不能够接受的，为了改善电能质量，新能源接入的数据中心，会对绿电进行精准的无功和谐波治理，保障绿电在数据中心的安全性和稳定性。
图：腾讯天津高新云数据中心项目图
图：腾讯河北怀来数据中心项目图
此外其他企业和地区也在探索多种新能源接入在数据中心的落地方案，如2023年年初开始建设的呼和浩特全国一体化算力网络和林格尔数据中心集群绿色能源供给示范项目，项目规划总装机规模360MW，其中风电装机容量为300MW、光伏装机容量为60MW，配套259.2MWh的储能系统，为园区的中国移动、中国电信、中数云科、并行科技四家数据中心提供绿电直供服务，打造以源、网、荷、储一体化的新型电力系统在数据中心行业的应用，多种新能源接入数据中心的方案，同时带来了无功和谐波问题需要用户去重视和解决。
多种新能源接入将新能源的无功和谐波带入电网系统
由于新能源系统（风、光）的随机性、波动性、间歇性，与电网的交互过程中，将给电网引入一定的谐波，引起次同步振荡、电能质量等问题，严重时将导致电网崩溃，同时因为光伏逆变器在每天不同时段产生的谐波和功率因数具有较大的波动性。如国家电网相关专家公布相关数据标明，对2024年江苏电网新能源（风、光）并网点电能质量进行统计分析，结果如下表
表：国家电网江苏电网公布2024年江苏光伏接入台区遇到的电能质量问题
同时中国移动设计院相关专家反馈新能源带来的新挑战，新能源发的电带有大量的无功和谐波问题，当前的数据中心很多设备都是集群化管理，设备是非常精密和高效的，电能波动超过一定限度，有概率会导致板卡和整个机架有烧毁的风险，这对数据中心行业的用户来说，是绝对不能接受的风险和损失，因此不进行精确补偿和谐波处理的绿电，无法在数据中心直接并网使用。
使用高开关频率、高补偿率、高整机效率的电能质量产品处理新能源接入带来的无功和谐波
常规解决方案
可以考虑使用基于Si基的SVG（低压静止无功发生器）和APF（有源滤波器）搭配使用提高用电质量，SVG（低压静止无功发生器）去解决新能源绿电的功率因数变化大的问题，实现动态精准补偿，提高功率因数，APF（有源滤波器）去解决新能源绿电的谐波问题，实现动态精准去除谐波，降低谐波电流畸变率，通过部署EMA的软件和多功能仪表可以做到精准监测电能质量波动和及时响应，配合电能质量产品做到精准治理无功和谐波。
新解决方案
针对新能源发出的电具有严重且波动明显的无功和谐波挑战，可以使用基于SiC基功率器件的SVG（低压静止无功发生器）和APF（有源滤波器），对比传统的Si基的电能质量产品，有更高的开关频率（响应更快）、更高的补偿率（处理效果更好）能够对绿电的电能质量问题及时响应和处理，同时有更高的整机效率（效率达到99%，高于Si基产品2%以上），也能帮助业主节省电费支出，为提高数据中心的PUE（电能利用率）做出贡献。
02
存量数据中心大范围改造，电能质量产品面临平衡性能需求提升和占地空间不足的挑战
存量数据中心面临大范围改造的趋势
随着要求数据中心的PUE（电能利用率）逐年降低和常规数据中心向AI数据中心的转型，都带来了大量的数据中心改造项目，2023年7月国家发展改革委、工业和信息化部、国家能源局、国家数据局联合发布《数据中心绿色低碳发展专项行动计划》指出，推进存量项目节能降碳改造，加快推进低效数据中心节能降碳改造和“老旧小散”数据中心整合改造。
2024年11月北京市经济和信息化局、市发展改革委、市通信管理局联合印发《北京市存量数据中心优化工作方案（2024-2027年）》，根据工作方案，北京将引导存量数据中心完成绿色低碳改造，转型为智能算力中心，促进绿色电力消纳，提高存量数据中心能效、碳效水平，推动数据中心集约化、绿色化、智能化建设，到2027年实现北京市数据中心能效水平全面达到地方标准，年均PUE值（电能利用率）降低至1.35以下，通过对PUE高于1.35以上的数据中心征收差别电价，推动存量数据中心改造。以上政策的陆续推出，为数据中心的改造项目打下了政策基础。
改造升级数据中心，对电能质量产品的占地空间、安装便捷、补偿率高低、是否省电费有了更高的要求
改造类数据中心项目，在选型上平衡性能提升和空间不足的矛盾，如常规数据中心加装或更换AI服务器，将带来更高装机功率和能源消耗（通用型服务器原来只需要2颗800W服务器电源，而AI服务器的需求直接提升为4颗1800W高功率电源），高功率密度大幅提高，目前托管的数据中心普遍存在单机架12-15kW的功率限制，人工智能工作负载功率，受AI芯片功率大幅提升，单机架功率攀升到达到30-40kW，存量数据中心一般都无法满足，散热、能耗等诸多方面的要求，更高的设备功率带来了更高的无功和谐波，安装空间受限和电能质量需求容量增大产生了矛盾，如金融类客户的数据中心，呈现网点式分布，面临改造空间预留不足的问题，对于电能质量设备能否方便安装、占地空间更为看重。
不同于传统存量数据中心，存量数据中心主要用作云存储，智算数据中心的CPU、GPU、存储这些最基本的算力核心硬件和内容都要放在数据中心，设备成集群化布置，往往需要增加群控系统，整个数据中心的暖通、动力、布线、配电等都需要重新布局和通盘考虑，多种设备进入数据中心，不同设备带来的功率因数和谐波频次不同，对整个数据中心的用电安全和稳定带来了新的挑战。
针对存量数据中心加装新能源电力接入并网，提高整个数据中心的绿色化、低碳化，并网的同时也将新能源绿电严重的无功和谐波问题带入数据中心电网，严重影响数据中心安全稳定运行。
存量数据中心改造面临PUE（电能利用率）必须降低的硬性要求，对非生产用电设备的高效节能有新的要求，对于电能质量设备的效率有了更高的挑战。
使用体积更小、效率更高（节省电费）、功率密度更高的电能质量产品去解决改造数据中心遇到的电能质量挑战
常规解决方案
可以考虑加装基于Si基的模块化SVG（低压静止无功发生器）和APF（有源滤波器）搭配使用解决无功和谐波挑战。
新解决方案
国内某国有银行数据中心负责人反馈，现在业内可以选择基于SiC功率模块的SVG和APF，SiC功率模块具有更高的耐热性和功率密度，相同规格下，体积约占常规Si基功率模块的50%左右，同时能够模块化、壁挂式安装，这些特点非常契合金融行业数据中心的改造。
对改造后的数据中心，加装EMA的软件和多功能仪表可以做到精准监测电能质量，了解新增无功设备和谐波来源，合理的在源侧或者负荷侧配备电能质量产品。
可以选择整机效率更高的电能质量产品，比如基于SiC基功率器件的APF整机效率可达到99%，明显优于基于Si基功率器件APF整机效率2%以上，为数据中心的运行减少电费支出，降低运营成本，降低PUE（电能利用率）做出贡献。
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可见通过配置低压SVG和APF可以应对当前数据中心建设面临的新挑战，使用基于SiC功率器件的低压SVG和APF将会更好地破解电能质量难题。