AI数据中心的算力爆发正在重塑供配电系统的技术路线。光大证券研报显示，HVDC（高压直流）供电方案相较于传统交流UPS，可节约占地面积28.44%、节约建设成本49.09%、节约运营成本13.95%。当前HVDC在运营商和互联网交直流电源市场渗透率约10%，但2021-2023年年均增长率达33%。随着AI芯片功率从400W向1000W+演进，HVDC正从240V向更高电压等级发展，渗透率有望持续提升。
供配电系统——AI数据中心的“心脏与血管”
数据中心供配电系统是整个从电源线路进用户起，经过高、低压供配电设备到负载为止的电路系统。系统主要包括市电引入、高压变配电系统、柴油发电机系统、自动转换开关系统、输入低压配电系统、不间断电源系统、列头柜/母线槽配电系统和机架配电系统等。
供配电系统在数据中心内发挥着至关重要的作用，是数据中心的“心脏和血管”，负责把能量输送到系统的每台设备。一旦供配电系统故障导致IT设备断电宕机，大型数据中心供电的任何故障都可能带来重大经济损失。
我国A级数据中心供配电系统主要有3种架构：2N系统（2个供配电单元互为备用，每个单元可承担100%负载）、DR系统（N≥3个单元“手拉手”供电，每个单元负荷率66%）、RR系统（多个单元组成，其中一个作为其它单元备用）。不同架构对应不同可靠性等级和投资规模。
数据中心供电架构分类及特点| 架构类型 | 组成 | 运行方式 | 可靠性 |
|---|
| 2N系统 | 2个供配电单元 | 互为备用，各带50%负载 | 高 |
| DR系统 | N个（N≥3）供配电单元 | “手拉手”供电，各带66%负载 | 较高 |
| RR系统 | 多个供配电单元 | 一个备用、其余运行 | 中等 |
HVDC vs UPS：技术对比与替代逻辑
当前数据中心供电方案主要分为交流UPS供电架构、HVDC供电架构、巴拿马电源和电能路由器四大类，其中交流UPS和HVDC是应用最多的两种方案。
交流UPS由整流器、逆变器、蓄电池组、静态STS切换开关组成。正常工作时，交流电经AC/DC整流转换成直流电，再经DC/AC逆变转换成需要的交流电。HVDC则省去了逆变环节，交流市电经AC/DC整流后直接为负载供电。
HVDC的核心优势体现在：①省去逆变环节减少电能损耗、提高效率；②系统结构简单、故障点少、可靠性高；③无“零地”电压问题；④有利于新能源（光伏等）接入。以100kW供电系统为例，HVDC比UPS节约面积28.44%、建设成本49.09%、运营成本13.95%。
巴拿马电源是HVDC的进阶方案。2019年台达携手阿里巴巴推出“数据中心巴拿马电源”，将10kV配电、隔离中压变压、模块化不间断电源和输出配电等环节柔性集成，功率模块效率达98.5%，占地面积减少50%、设备工程量节省40%。
AI算力驱动HVDC向高电压演进，渗透率有望持续提升
英伟达AI芯片功率从A100的400W提升至B200的1000W及以上，服务器功率密度显著增加。AI数据中心供配电系统面临效率和节地等指标进一步提升的迫切需求，推动供电技术由交流UPS向HVDC发展。
目前HVDC输出电压以240V和336V为主，其中240V占绝大部分，主要原因是240V HVDC能够兼容原来使用交流220V供电的IT设备。未来随着HVDC向更高电压等级发展（如400V），AI数据中心将能实现更高的功率密度。维谛已具备400V HVDC供电系统解决方案（效率≥96.5%）。
根据国企网数据，2023年运营商和互联网交直流电源市场中，HVDC占总容量比例约10%，但2021-2023年年均增长率达33%，呈现快速发展趋势。随着AI数据中心建设加速和功率密度提升，HVDC在AI数据中心渗透率有望持续提升。
