编者按
新型电力系统持续建设与算力产业迅猛发展紧密交织，算力用电呈“高比例可再生能源接入、高比例电力电子设备应用”的双高特征，宏大场景带来的技术革命机遇无疑令电力人感到振奋，不禁让人想起近十余年新能源发展的勃勃生机。但这一次，算力扮演的是负荷角色，容量电量爆发增长、用电特性复杂、配电装备快速迭代、算电深层交互解析困难，对配电架构、核心装备和安稳控保提出了更高要求。
国网冀北智能配网中心依托智能配用电装备与系统全国重点实验室，探索构建主配协同、电网友好的算力全直流配电架构，攻关核心算力配电装备研发研制，攻克配电系统就地安稳控保关键技术，推动具有引领性的“电-算-主-配”友好互动技术体系发展，有力支撑冀北“新能源-算力”双富集的算电协同场景。
如何凝练算电协同的时空物理发展内核、破解装备关键技术难题、构建“双高”算力负荷友好电网互动形态？本期《绿电漫谈》从配网装备视角，探讨算电协同新一代装备架构系列问题。
本期主讲人：李剑超
国网冀北智能配网中心算电协同项目团队负责人，国家自然基金委青年基金负责人、北京市高创计划青年托举人才、高级工程师。
随着算力中心爆发式投产并网，算力负荷与电网系统的交互愈发紧密。算力与电力建设在时间、空间、结构上存在哪些差异？会造成哪些影响？
▲近年来，算力产业发展迅猛
截至今年上半年，冀北域内算力用电量同比增长45%。从冀北电网运行实际看，算力爆发式增长下，算力与电力在建设时间、空间、结构上存在深层结构性差异，已成为算电协同的核心制约因素。
时间上，算力中心约8个月投产，配套输变电工程需2至3年，建设时序错配；AI负荷秒级波动，电网调度为分钟级，响应节奏不一致，易引发局部电压频率偏移。
空间上，算力负荷向市场、用户和产业配套集聚，新能源多在远离负荷中心的区域，源荷分布不重合；叠加电网输送容量与安稳约束，绿电难以灵活流向算力中心，形成“资源送不出、负荷缺绿电”的空间错配。
结构上，配电网是单向链式层级结构，算力是分布式网状扁平架构，传统不间断电源（UPS）架构下多变换单元强耦合，易引发系统振荡；算力作为高电力电子非线性负荷，冲击传统保护体系；算力2N冗余备电与电网N-1安全准则重复配置——简单说，算力中心和电网各自为“防停电”预留了备用容量，两套备用相互叠加，大量容量平时处于闲置状态，造成电力容量虚耗。
这些问题和挑战的存在，正是冀北布局新一代中压直流零碳算力技术体系、攻关固态变压器等核心装备的根本出发点——以算力配电物理架构升级打破结构性错配，构建算电深度协同的全新范式。
在传统供电模式下，电能经历多次交直流转换往往会带来不小的损耗。新一代直流配电技术具备怎样的优势，能够为算力中心铺就一条高效流畅的“绿电直通车”？
▲基于兆瓦级固态变压器和灵活配储技术的新一代算力中心全直流配电架构示意图
当前，算力功率密度快速攀升：服务器单机柜可达230千瓦，单体机房用电需求超100兆瓦，大型园区规划可达1吉瓦，全球甚至出现10吉瓦级基地规划。现有配电装备和主流架构已难以满足算力负荷的超大容量、集约用地和安全稳定控制要求，更难以支撑电-算-主-配协同友好运行。
新一代算力全直流配电架构的变化，可从结构和功能两方面看。结构上，以固态变压器为核心，先把电网侧的高压交流变换为直流，再降至低压直流，形成稳定可靠的园区直流主干网，可直接兼容800伏算力机柜。园区光伏和集中式储能本身就是直流电，可经隔离式DC-DC（相当于“带隔离的直流变压器”）直接接入这条直流主干网。每少一道变换，就少一分损耗：既提高了从交流电网送电的效率，也提升了就近光伏、储能的转换利用效率，这正是直流架构能够为算力中心铺就“绿电直通车”的底层逻辑。
功能上，固态变压器具备双向调节能力，相当于一座“电力电子变电站”，集电力输送、电压变换、交直转换、无功调节和双侧稳控于一体：既能统一调节本地配电潮流和电能质量，又能利用直挂光储反向支撑主网。相比传统架构，优势显著。
固态变压器作为新一代算力配电核心装备，在面对算力的源荷双波动性时，它如何发挥毫秒级调控本领，保障算力平稳运行？
▲固态变压器工作示意图
算力负荷有一个突出特点：波动极快，毫秒之间便可能大幅起落，传统供电设备难以跟上。固态变压器正是针对这一问题攻关的核心装备。
它主要承担三项任务：第一，稳住中间的直流电压，不让它忽高忽低；第二，控制功率双向流动，既能从电网取电，也能反向送电；第三，在需要支撑电网时，帮助电网稳住交流侧的电压和频率。仅有这三项能力还不够。由于算力负荷波动剧烈，还需叠加一套快速调节机制：主动控制与被动稳压相配合，专门应对强暂态功率冲击。
得益于碳化硅等先进器件损耗低、控制频率高，典型固态变压器直流侧工作频率达到20千赫兹，完全跟得上毫秒级波动。在此基础上，团队将固态变压器与储能、固态开关、被动稳压装置配合，研究先进的控制算法，同步建立高标准直流保护体系，再通过样机攻关和示范工程验证，最终整体满足算力负荷强波动的特性需求。
在高效样机研制中，已取得三项关键突破：一是突破高频磁集成与软开关技术，整机变换效率提升2%以上；二是研发毫秒级多模块协同控制算法，实现并联均流与故障快速隔离，响应时间不超过5毫秒；三是突破高功率密度集成封装技术，单机柜功率密度提升2倍，适配算力机房紧凑部署的需求。
如果说上述三项突破解决的是“电如何高效、平稳地送达算力负荷”，那么源侧要回答的则是另一个问题：送进来的电够不够绿、够不够稳。
对此，团队提出了园区光储直流耦合技术方案：光伏出力波动直接在储能的共直流母线上予以平抑，再将平稳的绿电注入算力配电系统，同时最大限度挖掘负荷侧备电储能的潜力，实现园区高质高效零碳运行。从更长远的角度看，绿电直连算力中心也可在这一技术基础上进一步拓展容量和控保适应性。
实现绿电高比例就地消纳、算力配电系统效率提升，新一代中压直流零碳算力中心应用前景中，包含了哪些前沿技术探索？
▲新一代中压直流架构算电协同零碳算力中心示意图
新一代中压直流算力中心技术体系的前沿探索，核心是跳出了“电供算用”的传统单向逻辑，真正构建起算电深度协同的底层物理融合范式。
配电架构的代际升级。打破传统多级交流供电的路径依赖，打造从电网侧到芯片端“端到端”全直流配电体系，以大容量固态变压器为核心枢纽，一步完成电压变换、电气隔离与电能质量治理，砍掉冗余变流环节，推动系统效率提升。由此，算力设施从“被动用电的负荷”转变为“可互动的单元”。
源荷共生的消纳模式创新。构建光储原生融合方案，让光伏、储能直接在直流母线侧与算力负荷对接，省去多次交直流转换的损耗与延迟，真正实现绿电高比例就地消纳。相当于把新能源电站和算力中心整合为一个自平衡的“能源—算力共同体”。
主配网协同的稳定控制突破。针对算力负荷波动快的特性，构建分层功率支撑机制，配套毫秒级故障选择性隔离技术，既保障算力侧99.999%的超高供电可靠性，又能让算力中心主动支撑电网电压与频率，实现配网与主网双向协同、安全互动。
从“实验室样机”走向“工程规模化”，全重实验室如何打通新型装备应用的“最后一公里”？
▲全重实验室算电协同试验专区规划效果图
打通“最后一公里”，核心是把运行场景前置、把验证标准前移，让实验室成为算电协同技术落地的“预演场”，而非单纯的指标验证空间。
团队将依托全重实验室算电协同试验专区平台，完整复刻 “算力负荷波动+绿电出力间歇”的真实运行场景，搭建源网荷储联合仿真环境，验证固态变压器动态调节功率、匹配绿电出力、支撑算力稳定的算电协同控制策略，提前暴露硬件、控制与保护层面的潜在缺陷，把工程现场的试错成本降到最低。
同时，团队将依托全场景试验数据，打磨固态变压器在“算力—绿电”场景下的检测与验收规范，形成标准化试验结论支撑算力装备涉网试验规程编制，解决新装备入网难、评判无统一依据的行业痛点。并联动设备厂商、算力中心与电网侧开展联合技术攻关，沉淀可复制的技术方案，彻底打通 “样机研制—型式试验—运行分析”创新链条，推动固态变压器快速从实验室走向算力绿电项目的规模化落地，让算电协同的技术价值真正落地服务到产业一线。
当前，高密度智算集群快速落地叠加绿电大规模接入，固态变压器作为算电协同的枢纽，正从样机示范进入产业化起步阶段，是支撑算力提升绿电消纳、拉高算力“含绿量”的核心装备。
现阶段行业仍处于工程化攻坚期，碳化硅器件成本、高频绝缘散热、模块并联均压均流、宽频振荡抑制等工程难题尚未完全解决，配套检测、入网验收标准尚不健全，多数项目还停留在小规模试点；同时算力强暂态负荷、风光间歇性波动耦合带来的算电协同控制逻辑复杂，设备长期可靠性缺少长时间工况验证，全重实验室算力涉网装备试验平台就成为前置复现极端工况、暴露缺陷、加速迭代的关键载体。
长远来看，800伏高压直流供电架构有望成为算力中心主流方案，固态变压器将升级为源网荷储一体化、算电协同调度的核心枢纽。要依托试验平台完成多场景联合试验、标准编制与示范验证，持续降低设备成本，实现从单机装备向系统解决方案转型，未来将广泛用于绿电直供算力园区，助力新型电力系统下绿色算力规模化落地。
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