Yapay Zekâ Veri Merkezi Altyapısı için Yeni Nesil Orta Gerilim Mimarisinin Tasarımı ve Geliştirilmesi

Özet

Çalışma, yapay zekâ eğitim yükünün (0,1-10 Hz bandında deterministik salınımlı, tepe/ortalama oranı yaklaşık 1,40, kampüs ölçeğinde onlarca MW/s rampa) mevcut AG dağıtım mimarisinin tasarlanmadığı bir yük sınıfı oluşturduğu savından yola çıkıyor. 100 MW'lık bir kampüs (Abu Dhabi, 50 °C ortam) için çift 132/33 kV girişli, SF6'sız 33 kV ring, dağıtık 20 MVA katı hal transformatör blokları ve 13,8 kV'u sıraya taşıyıp 1,5 MW'lık sıra dönüştürme üniteleriyle ±800 VDC baraya tek kademede çeviren mimari tasarlanıp boyutlandırılıyor ve eski 400 V ile geliştirilmiş 415 V varyantına karşı değerlendiriliyor.

Analitik çerçeve stokastik yapay zekâ yük modeli, iletken ekonomisi, kademeli verim, IEC 60909 kısa devre, depolama boyutlandırma, IEC 60287 derating, β-faktörlü ortak neden içeren Markov kullanılabilirlik modeli ve IEEE 1584 olay enerjisini birleştiriyor. Yük modeli 1,40 tepe/ortalama oranı, 0,35, 1,70 ve 6,20 Hz tonları, 260 kW'lık raf için yaklaşık 480 kW/s raf rampası ve kc = k∞ + (1 − k∞)N^−α ile k∞ = 0,86 ve α = 0,42 eşzamanlılık faktörü kullanıyor.

Sonuçlar: uçtan uca verim %80,28'den %90,26'ya (9,98 puan) çıkıyor; iletken kütlesi %97,1, elektriksel kapladığı alan %58,1 azalıyor; beklenen yıllık kesinti %92,5 azalıp 3,2 dakikaya (kullanılabilirlik 0,999994) iniyor; toplam talep bozulması %86,1 azalıp %1,63 oluyor; en kötü olay enerjisi 48,6'dan 6,4 cal/cm²'ye düşüyor; şebekeye dayatılan rampa 96'dan 11,8 MW/s'ye iniyor; yıllık ortalama PUE 1,42'den 1,11'e düşüyor; on beş yıllık toplam sahip olma maliyeti %32,4 azalıyor ve başlangıçtaki varsayımın aksine ilk yatırım maliyeti de düşüyor.

Sınırlar belirgin: çalışma tek yazarlı, hakem değerlendirmesinden geçmemiş ve tek bir modellenmiş vakaya dayanıyor; maliyet ve güvenilirlik girdileri yazarın seçimi, sonuçlar gösterge niteliğinde okunmalı. Markov sonuçları fiziksel ve kontrol ayrımının ne kadar sağlandığına (β = 0,05 kalıntı ortak neden) duyarlı ve ±800 VDC için ekipman olgunluğu ve standartlar henüz oturmuş değil.

Öne çıkan noktalar

1. Uçtan uca verim eski mimaride %80,28'den önerilen mimaride %90,26'ya çıkıyor; modellenen önlemsiz kampüs rampası 96'dan 11,8 MW/s'ye düşüyor.
2. Markov kullanılabilirliği: eski mimari A için N = 0,995800 (yılda 2.207 dk), N+1 = 0,999350 (342 dk/yıl), 2N = 0,999919 (42,6 dk/yıl); önerilen mimari C için 2N = 0,999974 (13,7 dk/yıl) ve 2(N+1) + BESS = 0,999994 (3,2 dk/yıl).
3. Baskın arıza modları: UPS modülü arızası (A, N), UPS ve statik bypass (A, N+1), AG panosunda ortak neden (A, 2N) ve en iyi durumda β = 0,05'te kalıntı ortak neden; sonuçlar fiziksel ve kontrol ayrımına duyarlı.
4. En yüksek olay enerjisi eski tasarımda 400 V ana panoda 48,6 cal/cm²; önerilen tasarımda en kötü durum 33 kV panoda 6,4 cal/cm² (KKD kategori 2), DC sınırları 0,9-3,1 cal/cm².
5. Topraklama: 33 kV trafo nötrleri 400 A'e, 13,8 kV 200 A'e dirençle topraklı; ±800 V DC orta nokta, birinci arıza akımını 10 A altında sınırlamak için yüksek dirençle topraklı ve IEC 61557-8'e göre yalıtım izlemeli; birinci kutup arızası açmak yerine alarm veriyor.
6. Yapay zekâ eğitim yükü modeli: tepe/ortalama 1,40; 0,35, 1,70 ve 6,20 Hz tonları; 260 kW'lık rafta yaklaşık 480 kW/s rampa; eşzamanlılık faktörü kc = k∞ + (1 − k∞)N^−α, k∞ = 0,86, α = 0,42.
7. İletken kütlesi %97,1, elektriksel kapladığı alan %58,1, yıllık PUE 1,42'den 1,11'e, 15 yıllık TCO %32,4 azalıyor.

Tasarımda kullanımı

• Yapay zekâ kampüsü yük modelinde 0,1-10 Hz salınım, 1,40 tepe/ortalama oranı ve eşzamanlılık faktörünü açık girdi yapın; şebeke rampa sınırlarına karşı depolama ve tamponlamayı kontrol edin.
• MV'yi sıraya taşıyıp ±800 VDC'ye tek kademede çeviren mimariyi eski çift dönüşümlü UPS ile verim, iletken, alan, kullanılabilirlik, olay enerjisi ve TCO açısından aynı yük üzerinde karşılaştıran bir senaryo olarak sunun; sonuçları gösterge olarak etiketleyin.
• DC orta nokta yüksek dirençli topraklama ve IEC 61557-8 yalıtım izlemeyi, ilk arıza akımı sınırı (10 A) ve alarm mantığıyla birlikte DC dağıtım şablonuna ekleyin.
• Kullanılabilirlik hesabında ortak neden β faktörünü açık girdi yapın ve fiziksel ve kontrol ayrımına duyarlılığı gösterin.

Kimler okumalı

Çok yüksek yoğunluklu yapay zekâ kampüslerinde orta gerilimden rafa kadar elektrik mimarisini değerlendiren tasarımcılar ve karar vericiler.

Belgenin bölümleri

1. I. Giriş
2. II. İlgili çalışmalar ve araştırma boşluğu (MV dağıtım ve katı hal dönüşümü, tesislerde doğru akım dağıtımı, boşluk)
3. III. Yapay zekâ hesaplamasının elektriksel karakterizasyonu (stokastik yük modeli, toplama ve eşzamanlılık)
4. IV. Önerilen orta gerilim mimarisi (tasarım ilkeleri, topoloji, sıra güç dönüştürme ünitesi, topraklama ve hibrit depolama, kademeli verim)
5. V. Analitik çerçeve (gerilim regülasyonu ve iletken ekonomisi, kısa devre hesabı, üç görevli depolama boyutlandırma, 50 °C ortam için derating, kullanılabilirlik ve olay enerjisi, tasarım optimizasyonu)
6. VI. Sonuçlar ve karşılaştırmalı değerlendirme (verim ve kayıp, dinamik performans, güç kalitesi, güvenilirlik, güvenlik, PUE ve maliyet, birleştirilmiş karşılaştırma)
7. VII. Tartışma, sınırlamalar ve uyum
8. VIII. Sonuç

İlgili standartlar

• IEC 60909
• IEEE 1584-2018
• IEEE 519-2022
• IEEE 493
• IEEE 3006.7
• IEC 60287
• IEC 61557-8
• IEC 62619
• NFPA 855

Belgeyi okuyun

Yayın bilgileri

Yazarlar

Mohammad Ali

Yayıncı

Springer Science and Business Media LLC (preprint)

Yıl

2026

Belge dili

İngilizce

Kaynak türü

Bilimsel yayın

Erişim

Açık lisans — indirilebilir

DOI

10.21203/rs.3.rs-11196206/v1

Lisans

CC BY 4.0 — atıf vererek paylaşabilirsiniz

Lisans kanıtı

www.researchsquare.com

Künye