數(shù)據(jù)中心全直流供電系統(tǒng)的構(gòu)建及其綜合評(píng)價(jià)

韓雪姣，屈 魯，王長(zhǎng)永，崔康生，余占清，，崔 健

（1. 清華大學(xué) 能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院，北京 100085；2. 臺(tái)達(dá)電子集團(tuán)，上海 201209；3. 清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院，成都 610299）

0 引言

數(shù)據(jù)中心的高能耗問(wèn)題一直是制約其發(fā)展的首要問(wèn)題［1］。自2020 年3 月，數(shù)據(jù)中心被列入國(guó)家“新基建”七大領(lǐng)域之一以來(lái)，建設(shè)進(jìn)入了加速發(fā)展的快車道。數(shù)據(jù)中心作為占全社會(huì)用電量超過(guò)2%的用能大戶，其能效問(wèn)題、節(jié)能問(wèn)題、碳排問(wèn)題更加凸顯，亟待解決［2］，研究并解決這些問(wèn)題對(duì)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。

供電系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心可靠穩(wěn)定運(yùn)行的動(dòng)力和保障，直接影響數(shù)據(jù)中心的效率、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性等。經(jīng)調(diào)研，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量流動(dòng)單一，總結(jié)文獻(xiàn)［3-5］對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心供電結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)分析，歸納主要存在如下問(wèn)題：主電源取自市電，并通過(guò)交流UPS（不間斷電源）系統(tǒng)供電，這種方式采用AC/DC整流、DC/AC逆變的雙變換，能量損耗大，系統(tǒng)效率較低；交流UPS系統(tǒng)供電方式中間能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多，系統(tǒng)整體可靠性不高；儲(chǔ)能設(shè)備一般以UPS 形式集中于電源和配電柜之間，僅在供電異常時(shí)作為應(yīng)急電源使用，作用單一，利用率低；能源供給主要來(lái)自火力發(fā)電，碳排放高。

針對(duì)以上問(wèn)題，已有學(xué)者提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，歸納起來(lái)主要有幾類：采用一定比例可再生能源供電、天然氣分布式能源系統(tǒng)［6-7］、直流供電［8-10］、儲(chǔ)能型數(shù)據(jù)中心、更高效率的設(shè)備、綜合能源管理和負(fù)荷管控［11-13］以及先進(jìn)冷卻技術(shù)。

鑒于直流供配電的優(yōu)勢(shì)［14］及其與數(shù)據(jù)中心直流負(fù)荷的匹配性，文獻(xiàn)［8-10］對(duì)數(shù)據(jù)中心的直流供電方式進(jìn)行了探討，文獻(xiàn)［8］圍繞張北交直流混合配電網(wǎng)及柔性變電站示范工程，介紹了包括光伏發(fā)電站、直流輸電、柔性變電站和交直流并存的高耗能負(fù)荷中心的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可為本文供電架構(gòu)的設(shè)計(jì)提供參考；文獻(xiàn)［9］從電力系統(tǒng)的角度提出了4種不同電壓等級(jí)、不同組合方式的直流配電系統(tǒng)，可為本文在直流系統(tǒng)供電架構(gòu)設(shè)計(jì)方面提供參考，但文章未對(duì)這幾種系統(tǒng)的優(yōu)劣做出綜合評(píng)價(jià)分析；文獻(xiàn)［10］提出了電力電子變壓器接入的交直流混合系統(tǒng)示范方案，可為本文的供電架構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考，但文章側(cè)重點(diǎn)在于配電網(wǎng)工程，而不是數(shù)據(jù)中心。

鑒于當(dāng)前文獻(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的研究較為分散，鮮有一套系統(tǒng)的綜合提升方案。因此，本文從“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”相協(xié)調(diào)的角度出發(fā)，綜合考慮整體需求，提出了一種全直流供電系統(tǒng)，可接入可再生能源和大規(guī)模儲(chǔ)能，構(gòu)建“儲(chǔ)能型”數(shù)據(jù)中心。綜合系統(tǒng)效率、可用性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性4個(gè)維度構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并采用AHP（層次分析法）和模糊綜合評(píng)價(jià)法，開(kāi)發(fā)了DCES（數(shù)據(jù)中心能源系統(tǒng)）綜合評(píng)價(jià)分析工具，DCES 為數(shù)據(jù)中心交直流供電方案的多場(chǎng)景應(yīng)用分析提供了軟件工具。利用DCES 將全直流供電系統(tǒng)與傳統(tǒng)的交流供電系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明，本文所提方案提升了數(shù)據(jù)中心整體能效和可靠性，降低了碳排放。

1 數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)特征分析

將數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)從“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”角度劃分，分析其特性如下。

1.1 源側(cè)

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的主電源取自市電，備用電源由柴油發(fā)電機(jī)（以下簡(jiǎn)稱“柴發(fā)”）提供。這種方式可靠、穩(wěn)定、技術(shù)成熟，但存在一次能源利用效率較低、碳排放高等問(wèn)題。本文將考慮一定比例的可再生能源接入。

1.2 網(wǎng)側(cè)

隨著互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的持續(xù)快速發(fā)展，主要通過(guò)UPS 進(jìn)行供電的傳統(tǒng)交流供電系統(tǒng)的缺陷不斷暴露，其工作效率較低、穩(wěn)定性不高、并機(jī)復(fù)雜、負(fù)載率較低、可維護(hù)性較差。由于數(shù)據(jù)中心大部分為直流負(fù)荷，采用直流供電可以減少中間電能轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)、提高電能變換效率、提升可靠性，因此數(shù)據(jù)中心的直流供電系統(tǒng)成為一種新的嘗試。

本文考慮到直流配電網(wǎng)在接納分布式電源、儲(chǔ)能、柔性負(fù)荷等方面的優(yōu)勢(shì)，提出建立10 kV直流母線的配電架構(gòu)方案，即先將10 kV交流轉(zhuǎn)換成10 kV直流，建立10 kV直流母線，然后分別轉(zhuǎn)換為750 V、240 V 直流，750 V 用于接入分布式電源和儲(chǔ)能，240 V為直流負(fù)載供電，實(shí)現(xiàn)全直流供電架構(gòu)。這將有助于數(shù)據(jù)中心及周邊新能源、儲(chǔ)能的廣泛接入，支持負(fù)荷側(cè)的智能化調(diào)控。

1.3 荷側(cè)

數(shù)據(jù)中心的主要負(fù)荷包括電負(fù)荷、冷負(fù)荷、熱負(fù)荷，本文主要關(guān)注電負(fù)荷。對(duì)于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，電負(fù)荷主要包括IT設(shè)備、制冷系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)及其他設(shè)施，大多為直流負(fù)荷。因此，直流供電方式與數(shù)據(jù)中心的直流負(fù)荷特性相匹配。此外，通過(guò)負(fù)荷管理、智能調(diào)控，可以進(jìn)一步優(yōu)化負(fù)荷特性，提升數(shù)據(jù)中心整體性能。

1.4 儲(chǔ)側(cè)

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心交流供電系統(tǒng)，UPS 作為儲(chǔ)能設(shè)備集中于電源和配電柜之間，多采用鉛酸電池，僅在供電異常時(shí)作為應(yīng)急電源使用，電池投資高，資源閑置浪費(fèi)。電池長(zhǎng)期處于浮充狀態(tài)，健康狀態(tài)不明。當(dāng)采用全直流供電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心時(shí)，直流母線可以接入更大容量的儲(chǔ)能裝置，不僅可以改善可再生能源發(fā)電的不穩(wěn)定性，同時(shí)為儲(chǔ)能裝置參與電網(wǎng)互動(dòng)（如需求響應(yīng)）提供了條件，可以盤活電池資源、創(chuàng)造收益。

通過(guò)以上分析可知，從“荷側(cè)”考慮數(shù)據(jù)中心的負(fù)荷特點(diǎn)，結(jié)合“源側(cè)”和“儲(chǔ)側(cè)”對(duì)可再生能源、大容量?jī)?chǔ)能裝置接納的需求，全直流供電是一種非常適合數(shù)據(jù)中心的新型供電架構(gòu)。本文從“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”協(xié)調(diào)發(fā)展的角度，提出一種采用全直流供電、接入可再生能源和大規(guī)模儲(chǔ)能的全直流供電系統(tǒng)。

2 全直流供電系統(tǒng)架構(gòu)

全直流供電系統(tǒng)典型架構(gòu)如圖1所示。本文以直流負(fù)荷平均功率PDC在1～10 MW范圍內(nèi)的大中型數(shù)據(jù)中心為例進(jìn)行典型方案設(shè)計(jì)。

圖1 全直流供電系統(tǒng)典型架構(gòu)Fig.1 The typical architecture of full DC power supply system

2.1 供電架構(gòu)的選擇

供電架構(gòu)主要取決于數(shù)據(jù)中心可用性等級(jí)。對(duì)于大中型數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，對(duì)可用性等級(jí)的要求極高，本文選擇2（N+1）手拉手型架構(gòu)，如圖2所示。數(shù)據(jù)中心由兩路電源供電，每路電源配置一臺(tái)柴發(fā)作為后備電源。

圖2 供電架構(gòu)與關(guān)鍵設(shè)備配置Fig.2 Power Supply architecture and the configuration of key equipment

2.2 電壓等級(jí)的選擇

電壓等級(jí)選擇應(yīng)充分考慮換流設(shè)備制造水平、負(fù)荷容量、輸送容量、輸送距離等相關(guān)因素之間的匹配程度。本文選擇中壓直流電壓等級(jí)為±10 kV，低壓直流配電網(wǎng)電壓等級(jí)為750 V和240 V。

2.3 電源與負(fù)荷接入方案

對(duì)數(shù)據(jù)中心電源與負(fù)荷需求進(jìn)行分析，提出的換流站、可再生能源、負(fù)荷等容量及接入點(diǎn)的典型配置方案如圖2所示。

1）換流站和柴發(fā)按照1.5 倍的冗余容量來(lái)配置。

2）可再生能源既可利用園區(qū)自身的屋頂光伏，也可從附近的光伏電站、風(fēng)電場(chǎng)等接入，本文接入直流負(fù)荷容量10%的屋頂光伏。

3）儲(chǔ)能裝置按照兩倍于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的容量來(lái)配置，不僅能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心UPS的功能（在市電中斷時(shí)維持全部交直流負(fù)荷運(yùn)行0.25 h），同時(shí)保障有等同于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的儲(chǔ)能容量被用于每日充放電、參與電網(wǎng)互動(dòng)。

設(shè)數(shù)據(jù)中心的PUE（能源利用效率指標(biāo)）為1.5，則交流負(fù)荷平均功率PAC=0.5PDC，本文提出的方案中換流站、可再生能源、負(fù)荷等容量及接入點(diǎn)的典型配置如表1所示。

表1 電源與負(fù)荷接入方案Table 1 The access scheme for power supply and loads

2.4 關(guān)鍵設(shè)備

全直流架構(gòu)中的關(guān)鍵設(shè)備主要包括：換流閥（布置于換流站中）、中低壓直流母線間DC/DC變換器、直流斷路器等。有別于交流系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，配置如圖2所示。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)測(cè)算及工程實(shí)際情況，關(guān)鍵設(shè)備參數(shù)如表2所示。

表2 關(guān)鍵設(shè)備參數(shù)Table 2 Parameters of key equipment

2.5 優(yōu)化儲(chǔ)能配置

在數(shù)據(jù)中心全直流供電系統(tǒng)中，省去了傳統(tǒng)供電系統(tǒng)中的交流UPS，在750 V 直流母線上直掛大規(guī)模儲(chǔ)能裝置。儲(chǔ)能裝置不僅具備后備電源的功能，平抑可再生能源的不穩(wěn)定性，而且還可通過(guò)每天循環(huán)充放電來(lái)盤活電池資源，削峰填谷、創(chuàng)造價(jià)值，實(shí)現(xiàn)“儲(chǔ)能型數(shù)據(jù)中心”的功能。其典型配置方案如下：

1）接入位置的選擇：儲(chǔ)能裝置采取集中式接入750 V直流母線的方式。

2）電池形式的選擇：“儲(chǔ)能型數(shù)據(jù)中心”需要儲(chǔ)能電池的循環(huán)次數(shù)高、能量密度高（占地小）、能適應(yīng)不同的充放電倍率特性、安全性大幅提升。本文選擇磷酸鐵鋰電池。

3）儲(chǔ)能容量的配置：考慮在放電0.25 h 之后仍然滿足為負(fù)荷（本文中包括交、直流負(fù)荷）至少持續(xù)供電0.25 h的要求，則儲(chǔ)能容量按照表1進(jìn)行配置。

4）儲(chǔ)能控制策略：市電正常時(shí)為儲(chǔ)能模式、市電中斷時(shí)為應(yīng)急模式。

（1）當(dāng)市電正常時(shí)，按照峰谷電價(jià)時(shí)段進(jìn)行充放電，放電深度KDOD控制在一定值（30%KDOD、50%KDOD、70%KDOD），每天充放電1次。

（2）當(dāng)市電中斷時(shí)，儲(chǔ)能裝置發(fā)揮UPS 功能，直接投入后備電源。

2.6 保護(hù)配置和控制模式

本文根據(jù)直流配電的故障特點(diǎn)配置不同的保護(hù)原理，劃分為保護(hù)區(qū)，根據(jù)各保護(hù)區(qū)被保護(hù)設(shè)備的特點(diǎn)分別制定保護(hù)方案。保護(hù)系統(tǒng)包含測(cè)量裝置、繼電器、出口斷路器、隔離開(kāi)關(guān)等。通過(guò)方向判斷、保護(hù)策略以及動(dòng)作延時(shí)定位故障區(qū)域及區(qū)域內(nèi)故障元件，確保準(zhǔn)確切除故障區(qū)域內(nèi)故障元件，盡量縮小停電范圍，使系統(tǒng)的非故障部分繼續(xù)運(yùn)行。關(guān)鍵設(shè)備的控制模式如表3所示。

表3 關(guān)鍵設(shè)備的控制模式Table 3 Control mode of key equipment

當(dāng)市電正常時(shí)，直流中壓母線為負(fù)荷提供100%的功率，由于該功率遠(yuǎn)大于光伏輸出功率，因此負(fù)載需求的功率大部分由電網(wǎng)通過(guò)AC/DC換流器提供，光伏發(fā)出的功率全部提供給負(fù)荷。儲(chǔ)能裝置根據(jù)儲(chǔ)能控制策略改變與電網(wǎng)之間的潮流方向。當(dāng)市電中斷時(shí)，由光伏和儲(chǔ)能裝置聯(lián)合為負(fù)荷供電。

3 對(duì)比評(píng)價(jià)

本章將對(duì)全直流供電系統(tǒng)進(jìn)行定量的評(píng)價(jià)分析，并與傳統(tǒng)的交流供電系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比。

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

在參考當(dāng)前國(guó)內(nèi)外多種評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，綜合考慮數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)本身的特點(diǎn)及“雙碳”目標(biāo)對(duì)供電系統(tǒng)的需求，選擇從系統(tǒng)效率、可用性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性4個(gè)維度構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，具體評(píng)價(jià)指標(biāo)選取為：功率效率、可用度、凈現(xiàn)值、碳減排比。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖3所示。

圖3 綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.3 Comprehensive evaluation index system

圖3 中藍(lán)色實(shí)線框內(nèi)容作為評(píng)價(jià)指標(biāo)（功率效率、可用度、凈現(xiàn)值、碳減排比）；灰色虛線框內(nèi)容是與評(píng)價(jià)指標(biāo)密切相關(guān)的重要數(shù)據(jù)或者有實(shí)際意義的過(guò)程數(shù)據(jù)。

3.1.1 系統(tǒng)效率

系統(tǒng)功能效率η反映了供電系統(tǒng)在能量傳輸和轉(zhuǎn)換過(guò)程中的損耗。

式中：Eout為供電系統(tǒng)總輸出功率；Ein為供電系統(tǒng)總輸入功率。

3.1.2 可用性

數(shù)據(jù)中心可用性是指系統(tǒng)在使用過(guò)程中，可以正常使用的時(shí)間與總時(shí)間之比。可用性綜合反映了可靠性和可維護(hù)性［15-16］，用一個(gè)比率指標(biāo)可用度A來(lái)量化，由A可得到數(shù)據(jù)中心的年平均停供時(shí)間。

式中：TMTBF為平均無(wú)故障時(shí)間，也稱為平均故障間隔時(shí)間，是指失效間隔工作時(shí)間的數(shù)學(xué)期望；TMTTR為平均可修復(fù)時(shí)間，是隨機(jī)變量恢復(fù)時(shí)間的期望值。

3.1.3 經(jīng)濟(jì)性

數(shù)據(jù)中心的經(jīng)濟(jì)性主要受到原始投資、年度運(yùn)營(yíng)成本、年度收益3個(gè)因素的影響［17-18］。

1）原始投資

原始投資主要考慮：UPS系統(tǒng)（針對(duì)傳統(tǒng)交流系統(tǒng)）、直流供電設(shè)備（針對(duì)全直流系統(tǒng)）、備用柴發(fā)、各級(jí)配電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備、光伏發(fā)電設(shè)備（若有）、電纜等輔材，以及工程管理成本（不考慮建筑土建、空調(diào)系統(tǒng)、IT設(shè)備等的投資）。

2）年度運(yùn)營(yíng)成本

本文進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí)，不考慮固定資產(chǎn)折舊成本，只考慮耗電成本、人工及維護(hù)成本。耗電成本主要是配電網(wǎng)及電源系統(tǒng)損耗的電費(fèi)，人工及維護(hù)成本按原始投資的8%計(jì)算。

3）年度收益

年度收益主要由儲(chǔ)能裝置參與電網(wǎng)互動(dòng)帶來(lái)的收益，包括峰谷電價(jià)差套利和需求響應(yīng)收益。

基于以上3個(gè)因素，本文采用凈現(xiàn)值法來(lái)進(jìn)行成本效益的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估［18］，利用凈現(xiàn)金效益量的總現(xiàn)值與凈現(xiàn)金投資量計(jì)算出凈現(xiàn)值，然后根據(jù)凈現(xiàn)值的大小來(lái)評(píng)價(jià)方案的經(jīng)濟(jì)性。凈現(xiàn)值指標(biāo)考慮了資金流量的時(shí)間價(jià)值，較合理地反映了方案真正的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

3.1.4 環(huán)保性

本文環(huán)保性指標(biāo)的優(yōu)劣主要用碳減排占比來(lái)衡量，采取排放因子法計(jì)算數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的碳排放量。碳減排主要來(lái)自兩方面：節(jié)能量（本文只考慮供能系統(tǒng)節(jié)電量，不考慮IT設(shè)備、制冷設(shè)備的節(jié)電量）、清潔能源的利用（如光伏）。

平均效率為η0的供電系統(tǒng)年度碳排放量為：

以C0為參考，效率為η1、碳排放量為C1的供電系統(tǒng)年度碳減排量為：

式中：μ為區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線碳排放因子，本文取值0.839 kg/kWh；PDC、PAC、PPV分別為數(shù)據(jù)中心直流設(shè)備平均功率、交流設(shè)備平均功率、光伏發(fā)電功率，單位為kW；t1、t2、t3分別為數(shù)據(jù)中心直流設(shè)備、交流設(shè)備、光伏年利用小時(shí)數(shù)；k為負(fù)載率。

3.2 綜合評(píng)價(jià)模型

本文選擇AHP和模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)［19］。流程如圖4所示。

圖4 綜合評(píng)價(jià)流程Fig.4 Comprehensive evaluation flow process

1）確定數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)為評(píng)價(jià)對(duì)象。

2）確定評(píng)價(jià)因素。

U=｛功率效率，可用度，凈現(xiàn)值，碳減排占比｝

3）確定評(píng)價(jià)等級(jí)

P=（差，較差，一般，較好，好）量化評(píng)分之后以5分制等同于P=｛1，2，3，4，5｝。

4）確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

采用AHP進(jìn)行權(quán)重計(jì)算。將每個(gè)元素行對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)與列對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)相比較，重要程度由“稍重要”到“強(qiáng)烈重要”分別用1～9 標(biāo)注，不重要?jiǎng)t取倒數(shù)，構(gòu)成判斷矩陣。最終得到判斷矩陣特征向量的轉(zhuǎn)置即為各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重矩陣W。

5）單因素模糊評(píng)價(jià)

廣泛調(diào)研行業(yè)內(nèi)對(duì)系統(tǒng)效率、可用性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性指標(biāo)的經(jīng)驗(yàn)范圍取值，劃分出每個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)的取值范圍。計(jì)算得到各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)際值，根據(jù)各評(píng)價(jià)等級(jí)對(duì)應(yīng)的指標(biāo)取值范圍模擬專家評(píng)價(jià)，若指標(biāo)實(shí)際值落在某個(gè)區(qū)間范圍內(nèi)，則對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)等級(jí)隸屬度為1，其他評(píng)價(jià)等級(jí)隸屬度為0。最后由各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)集構(gòu)成綜合評(píng)價(jià)矩陣R。

6）綜合評(píng)價(jià)模型

根據(jù)權(quán)重矩陣W和綜合評(píng)價(jià)矩陣R，選擇加權(quán)合成算子可得綜合評(píng)價(jià)模型。

式中：b1、b2、b3、b4、b5分別表示評(píng)價(jià)結(jié)果隸屬于評(píng)價(jià)等級(jí)｛差，較差，一般，較好，好｝的隸屬度。將B歸一化并對(duì)應(yīng)到5分制的評(píng)價(jià)等級(jí)中去，進(jìn)行加權(quán)乘積求和，可得到數(shù)值為1～5的綜合評(píng)價(jià)值，該值越高，說(shuō)明系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)越好。

3.3 對(duì)比分析

利用前文提出的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和綜合評(píng)價(jià)方法，開(kāi)發(fā)了DCES，其界面如圖5所示。算例中的基本輸入?yún)?shù)如表4 所列，其他輸入?yún)?shù)，詳見(jiàn)DCES 參數(shù)缺省值（在線網(wǎng)址為http：//dev01.eiri.tsenc.cn：9098）。

圖5 DCES界面Fig.5 The DCES interface

利用DCES 分別對(duì)本文構(gòu)建的全直流供電系統(tǒng)和傳統(tǒng)交流供電系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，最終可得出兩者在系統(tǒng)效率、可用性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性4個(gè)維度上的優(yōu)劣及綜合評(píng)價(jià)值，各項(xiàng)指標(biāo)實(shí)際值如表5所示。

表5 各項(xiàng)指標(biāo)實(shí)際值Table 5 Actual values of indicators

根據(jù)AHP，本文所賦予的判斷矩陣如表6所示。

表6 判斷矩陣Table 6 judgment matrix

則4 個(gè)維度的權(quán)重矩陣為W=［0.30，0.44，0.20，0.06］。

將表5的經(jīng)驗(yàn)取值區(qū)間進(jìn)行隸屬劃分，得出4個(gè)維度下的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果如表7所示。

表7 綜合評(píng)價(jià)結(jié)果Table 7 Comprehensive evaluation results

對(duì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，可以得出如下結(jié)論：

1）本文所提出的全直流供電系統(tǒng)在系統(tǒng)效率、環(huán)保性兩個(gè)維度上明顯優(yōu)于傳統(tǒng)交流供電系統(tǒng)。直流供電的系統(tǒng)架構(gòu)提升了系統(tǒng)效率，減少了中間變換環(huán)節(jié)，降低了相應(yīng)的損耗。環(huán)保性的提升一方面是由于系統(tǒng)效率的提升而減少了耗電量及碳排放，另一方面是由于可再生能源接入也減少了碳排放。

2）兩者在可用性方面都很好，但全直流供電系統(tǒng)的可用度較傳統(tǒng)交流供電系統(tǒng)有所提升。一方面是由于城市電網(wǎng)本身的可用性高，另一方面是因?yàn)椤叭绷麟p路供電+柴發(fā)+分布式光伏+儲(chǔ)能”的系統(tǒng)架構(gòu)提升了可用性。

3）兩者在經(jīng)濟(jì)性方面都一般，通過(guò)定量分析，全直流供電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性比傳統(tǒng)交流供電系統(tǒng)要差。這主要是因?yàn)橹绷麝P(guān)鍵設(shè)備的成本遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)交流配電設(shè)備。直流關(guān)鍵設(shè)備目前處于開(kāi)發(fā)試驗(yàn)、示范應(yīng)用階段，平均成本較高，但隨著規(guī)模化的發(fā)展，成本下降空間還很大；全直流供電系統(tǒng)由于效率提升、損耗下降能夠節(jié)約大量電費(fèi)成本；全直流供電系統(tǒng)儲(chǔ)能裝置帶來(lái)的收益不可忽略，尤其是在一些峰谷電價(jià)差大、需求響應(yīng)補(bǔ)貼力度大的區(qū)域，收益更加可觀。所以，未來(lái)數(shù)據(jù)中心全直流供電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性會(huì)越來(lái)越好。

4）綜合系統(tǒng)效率、可用性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性4個(gè)維度來(lái)看，數(shù)據(jù)中心全直流供電系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)要優(yōu)于傳統(tǒng)的交流供電系統(tǒng)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)分析數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”各環(huán)節(jié)的特點(diǎn)和需求，提出了一種采用全直流供電的、接入可再生能源和大規(guī)模儲(chǔ)能的全直流供電系統(tǒng)。綜合系統(tǒng)效率、可用性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性4 個(gè)維度構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；利用AHP 和模糊綜合評(píng)價(jià)法開(kāi)發(fā)了DCES，將全直流供電系統(tǒng)與傳統(tǒng)交流供電系統(tǒng)性能進(jìn)行了對(duì)比評(píng)價(jià)分析。

綜合4個(gè)維度來(lái)看，本文提出的全直流供電系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)要優(yōu)于傳統(tǒng)交流供電系統(tǒng)，是一種可以考慮的新型方案。