Architektura dystrybucji prądu stałego dla centrów danych AI o dużej gęstości

Klastry obliczeniowe sztucznej inteligencji o wysokiej gęstości mocy gwałtownie przekraczają fizyczne i termiczne ograniczenia konwencjonalnej dystrybucji prądu przemiennego (AC). W miarę jak szafy z akceleratorami zbliżają się do mocy 1 MW i więcej, tradycyjne tory dystrybucji niskiego napięcia napotykają poważne bariery związane z przekrojami przewodników, rozpraszaniem ciepła oraz stratami konwersji. Firma ABB odpowiedziała na te wyzwania infrastrukturalne, wprowadzając ofertę Infinitus Direct Current (DC) podczas targów Data Centre World Asia w Singapurze. Prezentuje ona zintegrowaną topologię zasilania typu „od źródła do szafy” (source-to-rack), zaprojektowaną do obsługi architektur o napięciu do 800 VDC w obiektach AI nowej generacji.



MNS 4.0 rozdzielnica niskiego napięcia i zespół przekładni sterującej

Mechanizm działania infrastruktury DC typu „źródło-szafa”
Konwencjonalne topologie elektroenergetyczne w centrach danych obniżają napięcie sieciowe za pomocą transformatorów średniego napięcia, zasilają prostowniki i falowniki systemów UPS, a następnie przesyłają zasilanie 415 VAC lub 480 VAC do jednostek rozdziału zasilania (PDU). W szafie serwerowej zasilacze (PSU) przekształcają prąd przemienny na niskonapięciowy prąd stały (zazwyczaj 12 V lub 54 V), co generuje kumulujące się straty termiczne na kolejnych etapach konwersji.

Portfolio Infinitus DC konsoliduje konwersję energii w zintegrowaną architekturę prądu stałego od źródła do szafy, obejmującą układy napędowe średniego napięcia, wsparcie sieci, rozdzielnice dystrybucyjne, zabezpieczenia obwodów oraz optymalizację termiczną. Dzięki wyeliminowaniu powtarzających się cykli konwersji AC-DC i DC-AC poza przestrzenią IT (white space), architektura ta obniża całkowite straty instalacji elektrycznej o ponad 5%. W obiekcie o mocy 500 MW zysk sprawności rzędu 5% pozwala zachować do 25 MW mocy elektrycznej, którą można przekierować bezpośrednio do zasilania obciążeń obliczeniowych.



System dystrybucji wtyczek SMISSLINE TP HP

Konwersja średniego napięcia i modułowy sprzęt dystrybucji DC
Na poziomie dystrybucji w obiekcie portfolio wykorzystuje platformę rozdzielnic MNS 4.0, której wdrożenie u klientów zaplanowano na 2027 rok. Zaprojektowana do pracy w topologiach AC oraz DC, MNS 4.0 zawiera wbudowane mechanizmy cyberbezpieczeństwa ułatwiające integrację z nadrzędnymi systemami automatyki zakładowej, a także zintegrowane algorytmy predykcyjnego utrzymania ruchu, które analizują wzorce degradacji podzespołów.

Dystrybucję zasilania w dół toru, wprost do rzędów szaf, realizuje wtykowy system szynoprzewodów SMISSLINE TP HP. Jednostka pracuje przy obciążalności prądowej 800 A, wykorzystując bezpieczną w dotyku architekturę (touch-safe), która pozwala personelowi technicznemu na wymianę modułów zabezpieczeniowo-łączeniowych pod napięciem (hot-swap) bez konieczności wyłączania zasilania na poziomie nadrzędnym. System posiada podwójną certyfikację IEC oraz UL i zachowuje identyczne wymiary montażowe w wariantach AC i DC. Pozwala to operatorom modernizować starsze rzędy 415 VAC do architektury 800 VDC poprzez samą wymianę modułów odpływowych, bez naruszania konstrukcji nośnych ani zmian w układzie obudów. Zintegrowany system InSite zapewnia ciągły monitoring poszczególnych obwodów, wykrywając przeciążenia fazowe, asymetrie oraz skoki temperatury.



Robotic inspection technology (FIDO)

Bezwładność sieciowa i dynamiczne buforowanie w magazynach energii
Trening zaawansowanych modeli AI generuje gwałtowne skoki obciążenia (step-load transients), powodujące strome wahania napięcia w obiekcie oraz częstotliwości w sieci zasilającej. Aby ustabilizować punkty przyłączenia do sieci elektroenergetycznej i lokalne źródła wytwórcze, portfolio wdraża prefabrykowany pakiet kompensatora synchronicznego (Synchronous Condenser Package). Układ ten łączy fizyczny kompensator synchroniczny, silnik rozruchowy, koło zamachowe w klatce ochronnej, dedykowany układ smarowania olejowego, konfigurowalne opcje chłodzenia (powietrzne, wodne lub bezpośrednie) oraz modułowy fundament typu eHouse, wstrzykując fizyczną bezwładność i dynamiczną kompensację mocy biernej bezpośrednio do szyny stacji elektroenergetycznej.

Do absorbowania mikrosekundowych stanów przejściowych na obrzeżach infrastruktury ABB łączy tę architekturę z magazynami energii Modus LTO. Zastosowanie ogniw litowo-tytanowych (LTO) zapewnia czas reakcji rzędu milisekund, pozwalając na ciągłe cykle ładowania i rozładowania wysoką mocą bez szybkiej degradacji ogniw, typowej dla technologii litowo-żelazowo-fosforanowych (LFP) czy niklowo-manganowo-kobaltowych (NMC). Stanowi to lokalny bufor mocy szczytowej podczas nieprzewidywalnych skoków poboru energii przez procesory GPU.



Synchroniczny Pakiet Skraplacza

Ograniczanie ryzyka operacyjnego dzięki telemetrii robotycznej
W zakresie bieżącej konserwacji pod napięciem ABB zintegrowało autonomiczną platformę inspekcyjną FIDO do kontroli infrastruktury dystrybucyjnej DC średniego i wysokiego napięcia. Roboty poruszają się wzdłuż korytarzy rozdzielnic i wewnątrz przedziałów elektrycznych o ograniczonym dostępie, gromadząc sygnatury akustyczne, telemetrię termowizyjną oraz obraz wizyjny. Dane te pozwalają wychwycić anomalie termiczne rozdzielnic oraz symptomy wyładowań łukowych, zanim personel techniczny wkroczy w strefę zagrożenia.



Modus LTO Battery-rozwiązanie do magazynowania energii o dużej mocy

Kontekst dodatkowy
Ta sekcja przedstawia parametry techniczne oraz analizę porównawczą na tle rynku, które nie znalazły się w pierwotnym komunikacie produktowym.

Przejście na dystrybucję 800 VDC rozwiązuje podstawowe ograniczenia wynikające z prawa Ohma w serwerowniach megawatowej skali. W szafie obliczeniowej o mocy 1 MW zasilanej z tradycyjnych szynoprzewodów 54 VDC prąd przekracza 18 500 A, co wymaga użycia miedzianych szyn o masie ponad 200 kg na pojedynczą szafę. Podniesienie napięcia dystrybucyjnego w przestrzeni serwerowej do nominalnych 800 VDC obniża pobór prądu dla obciążenia 1 MW do 1 250 A. Taka redukcja natężenia pozwala zmniejszyć masę miedzi w przewodnikach o około 45%, ogranicza straty ciepła wynikające z rezystancji omowej ($I^2R$) i odzyskuje cenną przestrzeń montażową w obudowach serwerowych, zgodnie z wytycznymi Open Compute Project (OCP) dotyczącymi dystrybucji wysokiego napięcia.

Branżowe standardy dla scentralizowanej dystrybucji DC w centrach danych koncentrują się wokół półprzewodnikowych łączników prądu oraz beztransformatorowych interfejsów średniego napięcia. Półprzewodnikowe wyłączniki nadprądowe (SSCB) przerywają prądy zwarciowe DC o wysokiej wartości w czasie liczonym w mikrosekundach za pomocą łączników półprzewodnikowych (węglik krzemu SiC lub tyrystory IGCT). Zapobiega to podtrzymywaniu niszczącego łuku prądu stałego, którego zestyki mechaniczne nie są w stanie skutecznie ugasić bez rozbudowanych komór łukowych. Porównywalne megawatowe architektury DC — takie jak platforma transformatorów półprzewodnikowych klasy 15 kV firmy Eaton o sprawności przekraczającej 97% przy wyjściu 800 VDC, rzędowe systemy DC o mocy 660 kW od Delta Electronics czy wielkoskalowe architektury Galaxy DC firmy Schneider Electric — stanowią bezpośrednią konkurencję w tym segmencie. ABB zachowuje istotny wyróżnik technologiczny dzięki certyfikowanemu komercyjnie wyłącznikowi półprzewodnikowemu zgodnemu z normą IEC 60947-2 oraz statycznemu zasilaczowi UPS średniego napięcia HiPerGuard, współpracującemu bezpośrednio z sieciami elektroenergetycznymi o napięciu do 34,5 kV.

Opracowanie: Evgeny Churilov, Induportals Media – adaptacja AI.

www.new.abb.com