电力设备系列报告(42):HVDC是大规模数据中心供电升级的趋势,中国公司有机会.pdf下载

随着ICT设备功率密度持续攀升,传统UPS在效率、散热和占地方面的瓶颈日益凸显,HVDC因为其高效、结构简单、更优供电半径等明显优势,将会成为数据中心特别是超大型数据中心供电的主流路线。英伟达等公司联合电源、元器件供应商,加快研发800VHVDC供电方案,并发展出集成BBU、超级电容、PDU和Power Shelf的新解决方案。在此变革中,中国企业正在加速导入,未来有望获得优异回报。
□ICT功率密度升级催生一级电源向HVDC升级。数据中心供电分为多个层级:
首先通过变压器将市电降压,该环节普遍采用双路市电加柴油发电机保障高可靠性;一级电源则通过UPS或HVDC系统实现稳压、滤波和不间断供电;二级、三级电源为IT负载与芯片级,通过PSU和POL等电源模块将电力逐级降压至CPU/GPU所需的低电压。当前海外数据中心一级电源普遍采用UPS供电,随着ICT设备功率密度持续攀升,传统交流UPS系统在承载能力、空间效率和经济性方面已无法匹配,更高效率、结构更简单、供电半径更适配的HVDC方案,正逐步成为大型及超大型数据中心主流技术路线。
□海外企业加快研发部署800V HVDC供电方案。英伟达等企业开始加快营造
800VHVDC生态,正联合电源解决方案公司、上游功率器件供应商推动方案落地。值得注意的是,海外HVDC的内涵远超国内HVDC方案,其完整系统包含BBU、超容、PDU和Power Shelf,其中超容用于平抑AI负载“脉冲式”功耗带来的电流冲击,BBU提供微秒级备电保障训练连续性,PDU深度集成于Sidecar中提升系统紧凑性。相比之下,国内HVDC仍以传统架构为主,采用蓄电池备电、无超容设计、电压等级较低(240/336Vdc),且需额外配置列头柜,整体集成度与适配AI负载的能力与海外存在明显差距。
口中国企业在供电变革中可能有不错的机会。随着HVDC的大规模应用,海外传统柜外供电厂商(如伊顿、维谛、施耐德)面临格局重塑风险,较多的研发周期促使它们寻求中国企业代工或合作开发产品,中国公司过去积累的电力电子技术、快速响应能力和优质工程师团队将成为关键优势,有望通过代工OEM等方式进入海外体系,并获得优异回报。
口建议关注:1)HVDC:科华数据、麦格米特、科士达、阳光电源、中恒电气、盛弘股份、禾望电气。3)配套:蔚蓝锂芯、思源电气、江海股份、金盘科技、伊戈尔、四方股份。
□风险提示:AIDC需求不及预期、贸易壁垒加剧、行业竞争加剧等。

一、ICT设备功率密度升级带动HVDC渗透率加速
1、数据中心的供电涉及柜外电力设备和多级电源
1)柜外供电设备:
功能:通常由市电引入,经过变压器等设备将电压转换为适合数据中心设备使用的电压,海外一般是400-480Vac,国内一般是380Vac或220Vac等,为数据中心的核心设备和系统提供基础电力支持。
特点:可靠性高,一般采用双路市电供电,且两路市电来自不同的变电站或电源点,以确保在一路市电故障时,另一路市电能立即切换供电,保障数据中心的持续运行。大部分数据中心还会配备柴油发电机作为备用电源,在市电中断时迅速启动,为一级电源提供电力支持。
2)一级电源:
功能:对电力进行处理、监测和保障,类型包括不间断电源(UPS)系统、高压直流(HVDC)系统等。UPS系统可以在市电中断或电压波动时,通过电池储能和逆变器将直流电转换为交流电,为数据中心设备提供短暂的电力供应,确保设备在停电期间能够继续运行一段时间,避免数据丢失和系统崩溃。HVDC系统则将市电转换为高压直流电,通过直流母线为数据中心的设备供电,具有更高的供电效率和可靠性。HVDC系统内部一般也有蓄电池,在市电中断或电压波动时,一般通过DC-DC升压后,来给数据中心提供短时电力。
特点:对稳定性和可靠性要求高,需要对第一层级电源的电压和频率进行调节和补偿,确保输出的电力质量符合数据中心设备的要求。同时,第二层级电源系统通常具有冗余设计,如双路UPS或HVDC系统,以提高系统的可用性和容错性。
3)二级电源:
功能:IT负载级,在机柜内部,主要负责将柜外输入的电力转换为适合数据中心设备实际使用的电压和电流,一般通过机柜内部的电源转换模块(Powershelf)实现。一级电源主要是PSU(Power Suply Unit,为Powershelf的构成部分),其功能是将输入的如277Vac转换成48Vdc或者54Vdc。
特点:高电压、低电流。同时,二级电源系统通常具有过流、过压、短路等保护功能,以确保设备的安全运行。
4)三级电源:
功能:芯片级,在计算板(compute tray)上,主要负责将PSU输入的电力进一步降压,转换为芯片实际使用的电压和电流。三级电源主要是POL,其有两级,一级是将48Vdc/54Vdc降压到12Vdc的DC-DC,另外一级是将12Vdc降压到1Vdc的DC-DC,最终给GPU或者CPU来提供电力。
特点:低电压、高电流。具有较高的灵活性和可扩展性,可以根据不同设备的需求进行定制化设计和配置。

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