为何电能质量 (PQ) 对新一代数据中心至关重要?
什么是电能质量(PQ)?
电能质量是指数据中心内电力的纯净度与稳定性，以理想的电压和频率为基准进行衡量。
电能质量的核心指标包括：电压稳定性、谐波、电压闪变、电压骤变、电压暂降、电压暂升以及供电中断。
为何电能质量在数据中心的重要性日益凸显?
算力规模高速增长：受云服务、5G 网络扩容和人工智能落地应用的推动，2024 至 2028 年亚太地区数据中心的算力规模预计将以 21% 的复合年增长率持续扩张。
数据来源：Powering possibility: Closing the clean energy for asia pacific data centers
电力供应承压：随着亚太地区数据中心算力规模不断扩大，获取稳定可靠的电力供应成为核心关注点。人工智能及其他高算力负载的高功率需求，推动运营商优先选择电力供应稳定、供电容量充足且停电或故障风险极低的区域建设数据中心。
数据来源：Powering possibility: Closing the clean energy for asia pacific data centers
电能质量成为关键要素：即便电力供应充足，电能质量也会成为影响运行的关键。电压波动、谐波干扰和短暂的供电中断，都可能导致人工智能和高性能算力负载运行中断。事实上，电力相关问题是数据中心非计划停机的首要原因，这也凸显了纯净、稳定的电力对保护设备、避免停机并保障可靠运行的重要性。
数据来源：How Power Quality Intelligence Can Drive Data Center Sustainability Efforts | Data Center Frontier
Annual outage analysis 2025 | Uptime Intelligence
现实问题：电能质量不佳 = 算力浪费 + 运营成本高企
数据中心电能质量不佳的劣势？
- 非线性负载产生的谐波干扰普遍存在：数据中心内 90% 以上的负载均来自非线性用电设备，谐波会快速累积。从服务器到制冷系统，每一台设备都会产生自身的 “电噪声”，导致整体供电波形畸变。这种累积效应会加重设备运行负荷、降低能效，进而破坏数据中心的电能质量。
数据来源：The hidden disruptor of data center harmony: Vol 1 - DCD
- 电压暂降和瞬态过电压频发：数据中心内常出现电压暂降和瞬态过电压问题，可能引发数据错误和硬件损坏。电压暂降指供电电压在数毫秒内降至额定值的 90% 以下，会造成灯光闪烁、数据错误和存储数据丢失；而瞬态过电压是指持续时间极短、电压高达数千伏的过压现象，会损坏电源和信息技术硬件。
数据来源：Siemens · Announcement · Power Quality for data centers
- 公用电网干扰：电网电压和频率波动等公用电网问题，是导致电能质量下降的重要外部因素，可能干扰数据中心正常运行，迫使运营方更多地启用备用供电系统。
- 停机损失惨重，数据面临丢失风险：电能质量问题是造成数据中心停机的主要原因之一，可能引发数据损坏和硬件故障，导致业务中断并产生高额损失。
- 服务可靠性下降，企业声誉与客户信任受损：电能质量不佳引发的非计划停机和性能故障，会降低服务可靠性，进而影响客户对数据中心服务商的信任。
- 能源效率降低，提升能源使用效率（PUE）并增加二氧化碳排放：谐波和电压畸变会增加电能损耗和产热量，不仅降低能效，还会推高数据中心行业核心能效指标 PUE，带来相应的环境影响。
- 设备与基础设施加速老化：电能质量不佳会加重信息技术设备（服务器、存储设备、制冷系统）和电力基础设施（变压器、电缆、开关柜）的电气和热负荷，导致设备故障频发、使用寿命缩短。
数据来源:
Costly Downtime & Reputational Damage: Annual outage analysis 2023: The causes and impacts of IT and data center outages
Equipment Failure: Behind some of the biggest data center challenges | Flex
内置主动式PFC
如何降低谐波干扰、提升电能质量？
什么是内置主动式PFC?
- 功率因数（PF）是衡量电力利用效率的指标，计算公式为：功率因数 = 有功功率 ÷ 视在功率。
- 功率因数为 1（即 100%）时，意味着从电网汲取的所有电力都被转化为有效功。
- 功率因数校正则是提升功率因数的过程，通过该过程能让电网供电得到更高效的利用，减少无功功率造成的 “电能浪费”，同时提升整个系统的电能质量。
传统功率因数校正方案
- 内置谐波滤波器
- 集成于设备端
- 从源头降低谐波干扰
- 基于无源功率因数校正设计
- 对整体功率因数的改善效果有限
- 外置谐波滤波器
- 安装于电路或配电层面
- 降低下游多个负载产生的谐波
- 普遍采用无源功率因数校正设计
- 占用大量物理空间，
- 可能增加配电布局的复杂性
- 施耐德电气近期的报告指出，暖通空调系统采用电子换向（EC）电机的数据中心，存在谐波特征值过高的问题，满负荷运行时电流总谐波畸变率（THDi）甚至超过 40%，这一问题大概率由无源功率因数校正方式导致。
数据来源: Power Quality eGuide for Data Centers | Schneider Electric
EC 风机内置主动式PFC技术
- 依必安派特EC风机内置主动式PFC技术
- 直接集成于风机的电控模块中
- 通过重塑电流波形，使电流与电压保持同步，从源头降低谐波干扰、减少无功功率消耗，实现电能质量提升
- 基于有源功率因数校正技术，可在全功率范围内持续进行校正
- 实现接近1.0的功率因数，且电流总谐波畸变率低（通常≤5%）
- 无需额外配置外置谐波滤波器或加大功率元器件规格，简化安装流程
- 电流波形更纯净，可搭配更小规格、更经济的电力基础设施（如变压器、电缆）
成功案例：
内置主动式PFC技术实现节能与空间节约
改造后（ EC 风机内置主动式PFC）
在数据中心设计阶段，与行业标准方案相比，依必安派特三相主动式PFC风机能在电能质量和功率因数方面带来切实可见的优势。传统风机会产生更高的电压和电流谐波（电压总谐波畸变率(THDU)、电流总谐波畸变率(THD(I)），为满足合规的电能质量限值，往往需要配备加大规格的变压器和应急发电机。而三相主动式PFC风机可大幅降低谐波畸变、提升功率因数，助力打造更高效的电力系统设计。
因此，数据中心运营商可在符合电能质量标准的前提下，选用更小规格的变压器和发电机，实现电力系统整体成本的显著节约和能效的提升。