中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
隨著AI工作負(fù)載的擴(kuò)展，數(shù)據(jù)中心正面臨新的運(yùn)營(yíng)挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)可能導(dǎo)致建設(shè)和并網(wǎng)延遲。兩大關(guān)鍵障礙已經(jīng)浮現(xiàn)：1) GPU的極端負(fù)載波動(dòng)性；2) 電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商要求大型負(fù)載在電網(wǎng)擾動(dòng)期間保持并網(wǎng)。解決這些問題已經(jīng)超出了基于UPS的系統(tǒng)以及傳統(tǒng)構(gòu)網(wǎng)型電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的能力范圍。面對(duì)這些新挑戰(zhàn)，獲取電網(wǎng)接入許可以及保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電設(shè)備免受負(fù)載波動(dòng)影響，已成為數(shù)據(jù)中心部署的關(guān)鍵難題。作為美國(guó)公用事業(yè)規(guī)模項(xiàng)目?jī)?chǔ)能變流器的最大制造商，EPC Power公司以其敏捷構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)為這兩大挑戰(zhàn)提供了一個(gè)清晰的解決方案。
負(fù)載波動(dòng)平滑化
AI數(shù)據(jù)中心，尤其是那些運(yùn)行GPU密集型工作負(fù)載的數(shù)據(jù)中心，呈現(xiàn)出高度波動(dòng)的功率曲線。這些快速波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致電能質(zhì)量問題，更重要的是，會(huì)通過扭矩脈動(dòng)對(duì)發(fā)電資產(chǎn)造成損害。
EPC Power
GPU服務(wù)器的代表性負(fù)載曲線（圖源：EPC Power）
為了平滑這種負(fù)載波動(dòng)，有幾個(gè)位置值得關(guān)注：靠近負(fù)載處（機(jī)架側(cè)）、在UPS處，或在變電站/電網(wǎng)連接點(diǎn)?；跈C(jī)架的解決方案看似是一個(gè)很好的起點(diǎn)，盡管成本相當(dāng)高昂。大多數(shù)機(jī)架解決方案基于超級(jí)電容器或其他短時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)，以消除最劇烈的功率陡升。如果這是唯一的解決方案，則仍需要在其他地方配置更多儲(chǔ)能（即更長(zhǎng)時(shí)）才能將功率變化率降至足夠低，以符合渦輪機(jī)、往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)或公用事業(yè)公司的速率限制。最終結(jié)果是一個(gè)昂貴且復(fù)雜的解決方案，并且占用了數(shù)據(jù)中心的寶貴空間。
在UPS處進(jìn)行平滑處理，可以將設(shè)備一定程度上移出數(shù)據(jù)中心，并且儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)稍長(zhǎng)（分鐘級(jí)），但這些系統(tǒng)最初并非為處理嚴(yán)重的負(fù)載陡升而設(shè)計(jì)，并且在擾動(dòng)期間維持電網(wǎng)或原動(dòng)機(jī)上的負(fù)載方面，其穩(wěn)健性甚至不如標(biāo)準(zhǔn)BESS技術(shù)。此外，仍有一些問題存在：分鐘級(jí)的儲(chǔ)能是否足夠？UPS在嚴(yán)重的熱循環(huán)下能否長(zhǎng)期生存？UPS的真正目的是否仍適用于此應(yīng)用？
當(dāng)我們考慮在電網(wǎng)連接點(diǎn)平滑負(fù)載時(shí)，這個(gè)位置允許BESS在基本負(fù)載平滑用例之外發(fā)揮其他電網(wǎng)效益（如套利、需求管理、輔助服務(wù)等）。我們將評(píng)估的第一種方法是跟網(wǎng)型BESS解決方案。在此類系統(tǒng)中，功率指令設(shè)定值由高層控制器決定，這會(huì)導(dǎo)致數(shù)十到數(shù)百毫秒的延遲，信號(hào)才能到達(dá)變流器。這種延遲嚴(yán)重限制了系統(tǒng)消除負(fù)載波動(dòng)的能力。
次優(yōu)的解決方案是更先進(jìn)的"構(gòu)網(wǎng)型"BESS解決方案。這些系統(tǒng)能更好地在幾毫秒內(nèi)自行響應(yīng)由負(fù)載引起的頻率和電壓偏差。然而，系統(tǒng)響應(yīng)很大程度上取決于BESS是否并網(wǎng)、電網(wǎng)的強(qiáng)度、現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電情況等。最終，構(gòu)網(wǎng)型BESS只能補(bǔ)償40%-60%的負(fù)載波動(dòng)。雖然這可以減輕問題，但并未徹底解決。
構(gòu)網(wǎng)型解決方案的下一代演進(jìn)是EPC Power的敏捷構(gòu)網(wǎng)型BESS。在構(gòu)網(wǎng)型BESS的基礎(chǔ)上改進(jìn)，敏捷構(gòu)網(wǎng)型BESS可以清晰地補(bǔ)償近100%的負(fù)載階躍，遠(yuǎn)超先進(jìn)構(gòu)網(wǎng)型解決方案的性能。這一性能無(wú)論是在強(qiáng)大的并網(wǎng)系統(tǒng)（如PJM）中，還是在具有現(xiàn)場(chǎng)燃?xì)廨啓C(jī)的弱孤島系統(tǒng)中都能實(shí)現(xiàn)。
EPC Power
負(fù)載平滑消除了來(lái)自電源（電網(wǎng)、本地渦輪機(jī)等）的波動(dòng)（圖源：EPC Power）
前所未有規(guī)模的甩負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)
在欠壓事件或其他電網(wǎng)擾動(dòng)期間，低壓UPS通常會(huì)將負(fù)載從電網(wǎng)切換到備用電源。隨著數(shù)據(jù)中心在幾乎每個(gè)市場(chǎng)都以吉瓦級(jí)規(guī)模擴(kuò)張，這給公用事業(yè)公司帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)也隨之增加。在這些暫態(tài)過程中，一個(gè)超過1GW的大型負(fù)載從他們的系統(tǒng)中消失，其嚴(yán)重性幾乎不亞于一個(gè)超過1GW的發(fā)電設(shè)施跳閘并對(duì)大電網(wǎng)造成不可預(yù)見的風(fēng)險(xiǎn)。
這些并非理論擔(dān)憂。北美電力可靠性公司在最近的報(bào)告中強(qiáng)調(diào)了電壓敏感型負(fù)載同時(shí)削減的風(fēng)險(xiǎn)，并有一個(gè)實(shí)際案例：1500MW的數(shù)據(jù)中心負(fù)載從電網(wǎng)中消失數(shù)小時(shí)，如下圖所示。
NERC
圖源：《考慮同時(shí)發(fā)生的電壓敏感型負(fù)載削減》，北美電力可靠性公司報(bào)告，2025年1月。
德州電力可靠性委員會(huì)設(shè)立了一個(gè)大型負(fù)載工作組，試圖解決這些問題，許多其他獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商也是如此。有一點(diǎn)是明確的：針對(duì)這些大型數(shù)字負(fù)載的并網(wǎng)規(guī)則正在改變。換句話說(shuō)，在此問題解決之前，項(xiàng)目將面臨延遲和取消。
挑戰(zhàn)在于如何在保持?jǐn)?shù)據(jù)中心期望的同等可靠性水平與在電網(wǎng)擾動(dòng)期間保持與電網(wǎng)連接之間取得平衡。通過將敏捷構(gòu)網(wǎng)型BESS與數(shù)據(jù)中心共建，數(shù)據(jù)中心可以按設(shè)計(jì)運(yùn)行——暫時(shí)將負(fù)載離線。一旦故障清除，BESS將自動(dòng)模擬負(fù)載最后的運(yùn)行設(shè)定點(diǎn)，直到UPS重新連接到電網(wǎng)，在公用事業(yè)公司看來(lái)維持了負(fù)載的連續(xù)性。此外，在發(fā)生電網(wǎng)擾動(dòng)時(shí)，敏捷構(gòu)網(wǎng)型BESS的固有響應(yīng)會(huì)自然最小化數(shù)據(jù)中心內(nèi)部經(jīng)歷的電壓下降，從而進(jìn)一步增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
EPC Power
電網(wǎng)擾動(dòng)期間的負(fù)載平滑與故障穿越（圖源：EPC Power）
面向未來(lái)的AI基礎(chǔ)設(shè)施方法
隨著AI持續(xù)重塑數(shù)據(jù)中心格局，電力系統(tǒng)必須演進(jìn)以滿足新需求。EPC Power的敏捷構(gòu)網(wǎng)解決方案提供了一種面向未來(lái)的方法，結(jié)合了快速響應(yīng)、電網(wǎng)支持和靈活集成，以確保在極端波動(dòng)性面前的可靠性。EPC的解決方案可與現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施無(wú)縫集成，為開發(fā)商提供改造和新建項(xiàng)目的機(jī)會(huì)。
