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随着AI工作负载的扩展，数据中心正面临新的运营挑战，这些挑战可能导致建设和并网延迟。两大关键障碍已经浮现：1) GPU的极端负载波动性；2) 电网运营商要求大型负载在电网扰动期间保持并网。解决这些问题已经超出了基于UPS的系统以及传统构网型电池储能系统的能力范围。面对这些新挑战，获取电网接入许可以及保护现场发电设备免受负载波动影响，已成为数据中心部署的关键难题。作为美国公用事业规模项目储能变流器的最大制造商，EPC Power公司以其敏捷构网型技术为这两大挑战提供了一个清晰的解决方案。
负载波动平滑化
AI数据中心，尤其是那些运行GPU密集型工作负载的数据中心，呈现出高度波动的功率曲线。这些快速波动会导致电能质量问题，更重要的是，会通过扭矩脉动对发电资产造成损害。
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GPU服务器的代表性负载曲线（图源：EPC Power）
为了平滑这种负载波动，有几个位置值得关注：靠近负载处（机架侧）、在UPS处，或在变电站/电网连接点。基于机架的解决方案看似是一个很好的起点，尽管成本相当高昂。大多数机架解决方案基于超级电容器或其他短时储能技术，以消除最剧烈的功率陡升。如果这是唯一的解决方案，则仍需要在其他地方配置更多储能（即更长时）才能将功率变化率降至足够低，以符合涡轮机、往复式发动机或公用事业公司的速率限制。最终结果是一个昂贵且复杂的解决方案，并且占用了数据中心的宝贵空间。
在UPS处进行平滑处理，可以将设备一定程度上移出数据中心，并且储能时长稍长（分钟级），但这些系统最初并非为处理严重的负载陡升而设计，并且在扰动期间维持电网或原动机上的负载方面，其稳健性甚至不如标准BESS技术。此外，仍有一些问题存在：分钟级的储能是否足够？UPS在严重的热循环下能否长期生存？UPS的真正目的是否仍适用于此应用？
当我们考虑在电网连接点平滑负载时，这个位置允许BESS在基本负载平滑用例之外发挥其他电网效益（如套利、需求管理、辅助服务等）。我们将评估的第一种方法是跟网型BESS解决方案。在此类系统中，功率指令设定值由高层控制器决定，这会导致数十到数百毫秒的延迟，信号才能到达变流器。这种延迟严重限制了系统消除负载波动的能力。
次优的解决方案是更先进的"构网型"BESS解决方案。这些系统能更好地在几毫秒内自行响应由负载引起的频率和电压偏差。然而，系统响应很大程度上取决于BESS是否并网、电网的强度、现场发电情况等。最终，构网型BESS只能补偿40%-60%的负载波动。虽然这可以减轻问题，但并未彻底解决。
构网型解决方案的下一代演进是EPC Power的敏捷构网型BESS。在构网型BESS的基础上改进，敏捷构网型BESS可以清晰地补偿近100%的负载阶跃，远超先进构网型解决方案的性能。这一性能无论是在强大的并网系统（如PJM）中，还是在具有现场燃气轮机的弱孤岛系统中都能实现。
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负载平滑消除了来自电源（电网、本地涡轮机等）的波动（图源：EPC Power）
前所未有规模的甩负荷风险
在欠压事件或其他电网扰动期间，低压UPS通常会将负载从电网切换到备用电源。随着数据中心在几乎每个市场都以吉瓦级规模扩张，这给公用事业公司带来的风险也随之增加。在这些暂态过程中，一个超过1GW的大型负载从他们的系统中消失，其严重性几乎不亚于一个超过1GW的发电设施跳闸并对大电网造成不可预见的风险。
这些并非理论担忧。北美电力可靠性公司在最近的报告中强调了电压敏感型负载同时削减的风险，并有一个实际案例：1500MW的数据中心负载从电网中消失数小时，如下图所示。
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图源：《考虑同时发生的电压敏感型负载削减》，北美电力可靠性公司报告，2025年1月。
德州电力可靠性委员会设立了一个大型负载工作组，试图解决这些问题，许多其他独立系统运营商也是如此。有一点是明确的：针对这些大型数字负载的并网规则正在改变。换句话说，在此问题解决之前，项目将面临延迟和取消。
挑战在于如何在保持数据中心期望的同等可靠性水平与在电网扰动期间保持与电网连接之间取得平衡。通过将敏捷构网型BESS与数据中心共建，数据中心可以按设计运行——暂时将负载离线。一旦故障清除，BESS将自动模拟负载最后的运行设定点，直到UPS重新连接到电网，在公用事业公司看来维持了负载的连续性。此外，在发生电网扰动时，敏捷构网型BESS的固有响应会自然最小化数据中心内部经历的电压下降，从而进一步增强整个系统的稳定性。
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电网扰动期间的负载平滑与故障穿越（图源：EPC Power）
面向未来的AI基础设施方法
随着AI持续重塑数据中心格局，电力系统必须演进以满足新需求。EPC Power的敏捷构网解决方案提供了一种面向未来的方法，结合了快速响应、电网支持和灵活集成，以确保在极端波动性面前的可靠性。EPC的解决方案可与现有基础设施无缝集成，为开发商提供改造和新建项目的机会。
