一、机架外部：降压和配电环节

配变电系统包括中压开关柜、变压器和低压开关柜等设备，主要功能有电压变换、控制、计量、补偿等。中压开关柜的功能是进线、控制、保护、计量，实现主备高压之间的倒换。电压变换指通过变压器将高压电降转为低压电。低压开关柜的功能是电能分配、控制、补偿、保护，实现主备低压之间的倒换。

A级数据中心供配电系统主要有三种架构：2N、DR（分布冗余）、RR（后备冗余）。以2N架构为例，它由两套供配电单元组成，每个单元均能满足全部负载的用电需要，两个单元同时工作，互为备用。正常运行时，每个单元向负载提供50%的电能，当一个单元出现故障停止运行时，另一个单元向负载提供100%的电能。

核心设备：数据中心供配电系统是从电源线路进用户起经过高/低压供配电设备到负载止的整个电路系统，主要包括高压变配电系统、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（UPS）系统、UPS列头配电系统和机架配电系统、电气照明、防雷及接地系统等。

中压配电系统：数据中心中压外市电通常是由变电站引入两路10 kV市电，输入到大楼中压配电系统，通过10 kV开关柜，其柜体内设计不同的单元隔室，集成负荷开关、真空断路器、接触器、高压熔断器、接地开关、隔离开关、电压电流互感器，对中压系统进行电能的分配和保护，保障设备的用电安全。

变压器系统：经过中压电能分配后，输入10 kV/0.4 kV变压器，将电压从10 kV降至400 V，满足数据中心内IT和动力等负载设备用电电压制式。变压器一般采用干式变压器，变压器容量最大至3 150 kVA，目前常用的容量在2 500 kVA及以下。

自动转换开关系统：主要应用于紧急供电系统，自动完成市电与市电或者市电与柴油发电机之间的备用切换。自动转换开关系统由一个或几个转换开关电器和其他必需的电器组成，用于监测电源电路，并将一个或几个负载电路从一路电源自动转换到另一个电源的电器，如市电与发电机的转换、两路市电的转换。该系统主要适用于低压供电系统，在转换电源期间中断向负载供电。

柴油发电机：作为数据中心标配，柴油发电机组与市电、UPS共同构成三级供电体系。柴油发电机组是由柴油发动机、同步发电机、控制系统及辅助装置构成的独立供电系统，通过柴油燃烧驱动曲轴旋转并带动发电机转子切割磁感线产生电能。柴油发电机广泛应用于汽车、工程机械、农业机械、船舶、发电、航空等领域，柴油发电机组在应急电源、偏远地区供电等方面发挥了重要作用，可靠性高。

在应用领域方面，该设备主要服务于四大场景：工业制造领域，保障生产线连续运转；基础设施建设，支撑工程机械供电；医疗系统，维持生命支持设备运行；通信网络，确保基站信号传输稳定。

柴油发电机组与市电、UPS共同构成三级供电体系，当市电中断时，可快速进行负载切换，进行持续供电。柴油发电机单机功率通常覆盖1.6~3 MW，并联技术扩展至20 MW总容量。

数据中心断电后的供电流程为：UPS先供电，柴油发电机随后接替供电，两者为分阶段配合模式。市电中断瞬间，UPS立即启动，通过蓄电池或飞轮储能系统为负载提供瞬时电力支持，避免设备宕机；市电中断后，柴油发电机需经过启动检测—点火—转速稳定—输出电压稳定的过程，通常耗时10~30秒（具体时间取决于设备性能）。在此期间，UPS持续供电以填补电力空缺，当柴油发电机输出电压稳定后，通过自动转换开关将负载从UPS切换至柴油发电机供电。此时，UPS停止放电并转为待机状态，或仅承担短时滤波、稳压等辅助功能。

目前，数据中心柴油发电机多按N  1冗余设计。N 1冗余设计指在满足基础供电需求（N台发电机）基础上，额外配置1台备用机组，形成“主用机组数量 备用机组”的组合模式。当任意主用机组故障或停机维护时，备用机组可立即接管负载，避免单点故障导致供电中断。

案例介绍：“特发信息港数据中心”由深圳市特发数据科技建设，信昌机器与深圳市特发信息港数据中心达成合作，为其提供12台卡特彼勒3516B（连续运行功率1 600 kW）发电机组。

项目电力设计方面，市电电力系统按传统2N架构设计，备用电力系统则采用12台（N 1）连续运行功率为1 600 kW的卡特彼勒3516B柴油发电机组，当两路市电停电时，11台柴油发电机能带起全部负荷，储油时间符合A级数据中心标准。

燃气轮机：在电网薄弱地区作为主电源、在市电中断时快速切换为备用电源。燃气轮机是由压气机、燃烧室、燃气涡轮组成的旋转叶轮式热力发动机，空气经压缩后与燃料混合燃烧生成高温燃气，推动涡轮带动压气机和外负荷转子高速旋转，输出电功。燃气轮机广泛应用于工业发电、机械驱动、油气生产、航空航天、军事装备等领域。它具备快速启动、电力输出稳定、运输安装便捷等优势，能够使用混合燃料单独组网运行。在电网基础设施薄弱或电力供应不稳定的地区，燃气轮机可作为主要电源，也可作为备用电源进行应急供电。

燃气轮机发电组在AIDC领域主要服务于两大场景：一是在电网薄弱地区作为主电源，二是在市电中断时快速切换为备用电源。

场景一：在电网薄弱地区作为主电源。

随着AI的迅猛发展，AIDC对电力的需求呈现指数级增长，部分新增AI数据中心开始使用大型燃气轮机作为主力电源，以填补电力缺口。其供电系统通常配置两台燃气轮机，每台各自承担约70%的电容量需求，以确保电力供应的稳定性和冗余，并配备10%~20%电力需求容量的柴油发电机作为应急备用电源。此外，利用燃气轮机的尖峰负荷能力以及UPS的短期供电能力，确保电力供应的连续性。

案例介绍：为满足北美数据中心快速增长的电力需求，美国工业燃气轮机集成商TURBINE-X能源公司与全球能源科技巨头贝克休斯于2025年3月3日达成合作协议，贝克休斯将向TURBINE-X能源公司提供其NovaLT™燃气轮机技术及相关设备，包括齿轮系统和发电机技术，用于北美的数据中心项目。NovaLT™燃气轮机系统支持天然气、天然气与氢气混合燃料（最高50%氢掺混）及100%纯氢燃料运行，可实现毫秒级快速启动与负荷响应，以保障关键业务供电。

场景二：在市电中断时快速切换为备用电源。

移动燃气轮机发电单元可在1~5分钟内启动并达到满负荷运行状态，孤网运行的特点叠加模块化设计可使其迅速运输和部署到紧急区域及偏远地区，配备拖车作为必要辅助支撑，运输过程无须混凝土安装，减少对混凝土基础的依赖的同时压缩安装时间，可为紧急区域及偏远区域提供可靠的电力支持。

当前数据中心机房的主流供电方法是通过10 kV/0.4 kV的低压供配电系统，将10 kV市电转换为400 V低压电力，再通过二级、三级配电完成整个系统的供电。由于该过程中使用了大量如UPS、变频器、整流器的非线性负载，在工作过程中会产生大量谐波电流，将导致配电系统的严重谐波污染，进而加速零件老化，危害设备安全。同时，数据中心存在大量的容性负载和感性负载，运行时会发出容性无功功率返送给高压系统，造成无功损耗，使得发电机运行不稳，容易导致并机及崩溃。运行过程中的谐波污染、无功损耗以及三相不平衡，是数据中心电能质量的三大核心问题。

电能质量治理设备通常布置在UPS/HVDC等机架供电设备之前、中压变压器之后，接入0.4 kV母线上，用于吸收UPS/HVDC及之后的各种电力电子变换设备所产生的谐波。在电能质量问题的治理方案中，目前最为成熟的解决方式是有源滤波器和静止无功发生器相结合。有源滤波器采用先进的电力电子技术，实时检测电网中的谐波，通过变流器产生反相的补偿电流，动态滤除电网中的谐波。静止无功发生器能够实时动态补偿，可以补偿感性无功和容性无功，且不会发生过补、欠补，可以稳定系统电压。二者组合使用可以同时解决谐波污染、无功损耗和三相不平衡三大问题。

普华有策《中国电能质量设备行业市场调研及“十四五”发展趋势研究报告》指出，电能质量设备行业是一个充分竞争、市场化程度较高的行业。2025年国内能生产销售有源滤波器和静止无功发生器的厂家共100余家，具备自主研发能力、对电能质量全系列产品能够更新换代的厂家约有20家。盛弘股份是国内较早涉足电能质量领域的国产厂商。作为行业龙头，盛弘深耕行业近20年，技术护城河深厚，规模效应明显，稳居第一梯队。

二、机架供电：UPS、HVDC等

UPS作为传统供电设备，仍是市场主流方案，正在向大功率不断演进。UPS即不间断电源，是一种能够为关键设备提供稳定、不间断电力供应的电力保障设备，主要由整流器、逆变器、电池组、静态转换开关等组成。铅蓄电池常作为电池组部件，在UPS系统中承担着能量储备库的功能。当市电正常时，铅蓄电池处于充电状态，可将电能转化为化学能储存；当市电中断或出现异常时，铅蓄电池立即向逆变器放电，提供直流电源，逆变器再经过DC/AC（直流电/交流电）整流变换，可以继续向负载提供稳定的交流电，保证负载设备的正常运行。

数据中心备电系统通常采用2N配置。所谓2N配置，是指一座数据中心采用两个独立的供电系统，双系统同时运行，互为备用，各自承担50%的电能负载。当其中一个供电系统出现故障时，另一个系统向负载提供100%的电能，保障数据中心供电的稳定与持续。每套供电系统下设两个变压器，各自连接一个UPS模块。一套完整的2N架构共需要使用四套UPS系统。

目前通算中心（传统数据中心）主流UPS容量为400 kVA/500 kVA/600 kVA，智算中心向兆瓦级、超高效及高密化演进。UPS单机容量由600 kVA提升至1 MVA及1.2 MVA，可减少并机台数，同时可进一步节省系统占地面积及后期运维成本，成为演进的趋势。此外，UPS需要持续提升功率密度，减小设备占地面积，以改善供配电设备辅助占比。以600 kVA UPS为例，业界常规占地宽度一般为1 200 mm，但业界已有头部厂商通过架构及器件创新，将宽度缩减至600 mm，功率密度提升100%，占地面积下降50%。

采用SiC等新型功率器件，可以不断提升UPS能效，减小发热量，从而应对UPS高密化带来的发热挑战。随着大功率SiC器件的不断成熟及成本下降，运行效率可提升至97.5%以上，相对于传统器件UPS 96%的效率，UPS单台主机发热量至少可降低37.5%。

N 1方案可以提高设备利用率、减少资本开支。超大规模企业通常使用4N3R（4套设备可用，而正常运行时仅需要3套）或N 2C（也称为“Catcher”）等方案来提高UPS负载利用率，包含多个较小的UPS（3×1 MW）和一个冗余单元。静态转换开关在发生故障时立即将负载从一个UPS切换到另一个UPS（静态转换开关动作远快于自动转换开关）。在4N3R中，4个独立的电力系统，正常操作中只需要3个。

HVDC未来有望成为智算中心主流，800 V新品已推出。机架供电电源选择中，常见的有两种方案：AC 400 V不间断电源和DC 240 V高压直流电源。这两项技术经过多年的市场考验，已证明其技术可行性，市场接受度较高，产业链较为成熟。对于功率密度更高的AIDC而言，更高的电压等级能够节省导线横截面积，有助于减少造价，提高功率密度。再考虑到AIDC中直流设备（光伏、储能、电池、IT服务器、直流充电桩、直流照明和空调设备等）的比重将越来越大，全直流供电架构成为迫在眉睫的技术。

未来可能会向10 kV交流转低压直流的全直流供电模式演进。这种供电架构将10 kV交流输入转换为750 V、400 V、240 V直流，750 V直流用于接入分布式电源和储能以及直流空调室外机组用电，400 V直流为空调室内机组等直流设备供电，240 V直流为照明、IT服务器等直流负载供电，实现全直流供电架构。这种全直流供电模式可以很好地适配新能源供电，光伏、储能、充电桩等可以快速接入全直流系统，减少交直流变换的环节，提升供电效率。

以2025年来看，数据中心采用直流供电的比例约为10%。与UPS不同，HVDC是交流输入、直流输出，原理上即为整流器。它输入400 V三相交流电，输出240V/336 V直流电，当前国内多采用电信系统通用的240 V直流电压。输入服务器内部后，每个服务器内部的PSU（电源供应单元）通过DC-DC变换，以及电压调节模组调节电压后，输出到芯片层级。HVDC的突出优点在于效率较UPS更高，由于HVDC没有DC-AC的逆变环节，效率较UPS更高，通常高1%以上。

随着数据中心功率密度的不断提高，HVDC电压等级已经提升到800 V，单机功率从72 kW到MW级不等，产品形态从厚度仅1U（1U=4.445 cm）的电源架到机柜级的侧柜不等。台达、麦格米特等头部电力电子厂商纷纷推出了自己的HVDC产品。

固态变压器也称为“能源路由器”，在基于直流电网区域架构中，适用于微电网的直流用电场景。固态变压器省去了中压10 kV交流电降至220 V/400 V交流电的环节，通过高频电力电子变压器和AC-DC环节，可实现10 kV交流电输入直接转换至800 V直流电输出。固态变压器还具有电能管理、能源管理以及故障管理的能力，支持不同直流发电单元、储能系统、光伏电站，以及不同用电单元的交互。

固态变压器由于存在电压制式及拓扑器件成熟度问题，在可靠性、可维护性及使用规范方面面临着挑战，现在仍以试点为主，需要进一步完善业界产品生态。西安西电电力电子公司曾交付固态变压器的试点产品，具备10 kV交流输入直接输出240 V/336 V直流的能力，额定容量达到2.4 MW。

由于AIDC建设越来越专业化，各家互联网云厂商、头部IDC设备供应商开始联合变压器设备商等开发模块化供电设备。采用模块化、集成化设备之后，AIDC的交付周期可以缩短到3~9个月甚至更短，而传统的通算中心建设周期高达12~15个月。

传统数据中心普遍采用传统分散式供配电结构。电力室分为高压室、变配电室、低压室、不间断电源、高压直流室等，类型多且布局分散，占地面积大。电源设备由不同的厂家生产，高压柜、低压柜、交/直流不间断电源系统分散部署在不同的机房。供配电系统的一次线缆和二次线缆都需要现场连接，线缆线路长、损耗大，后续的线缆检修和系统扩容难度高。

预制化供配电电力模组将中压柜、变压器、不间断电源、高压直流、制冷、馈电等预制集成交付，电力室面积减少约30%，交付周期可缩短50%，实现更高的利用率、可扩展性和更快的部署。目前，已进入工程化实际运用的集成化供配电模组包括台达与阿里巴巴联合推出的巴拿马电源等，巴拿马电源柔性集成了10 kV交流电的配电，隔离变压，模块化整流器和输出配电等环节，采用移相变压器取代工频变压器，并从10 kV交流电到240 V直流电整个供电链路做到了优化集成。相比传统数据中心的供电方案，集成化供配电模组占地面积减少50%，其设备和工程施工量可节省40%，功率模块的效率高达98.5%，架构简洁、可靠性高。

不仅巴拿马电源，各家也纷纷推出集成化供配电模组产品，如腾讯的T-block、维谛的Power Train等。

目前国内电池市场上铅酸电池份额仍较高，在75%~90%，未来可能逐步向锂电演进。相较于锂电池，铅酸电池化学性质稳定，在正常使用情况下，不易发生热失控、起火、爆炸等安全事故。此外，铅酸电池的回收利用已经形成了较为完善的体系，回收渠道广泛、回收率高，原料成本也更低，在大规模应用时，其成本优势更加明显。铅酸电池与锂电池比较如表2-20所示。

2023年12月，中国建筑节能协会正式发布《数据中心锂离子电池室设计标准》，为锂电池在数据中心行业的规范化和规模化应用奠定基础。锂电池作为一种节能环保的电池技术，凭借占地面积小、能量密度高、承重要求低、循环寿命长、维护成本低等显著优势，有望逐步取代铅酸电池，成为智算中心的首要选择。行业内UPS头部厂商已全面兼容锂电池储能技术。

母线槽替代PDU（电源分配单元）和柔性电缆，成为AIDC的趋势。传统数据中心倾向于使用柔性电缆和PDU，但在应对大量电力和高密度电力需求时，母线槽通常是首选解决方案，多年来已被超大规模数据中心广泛采用。为了实现冗余，母线槽成对使用，由独立的UPS系统供电，并且每个机架通常有两个母线分接单元。

传统的列头柜方式需要占用一个IT机柜的位置，而智能母线系统采用沿机柜排布，不占用机柜面积，可显著提升空间利用率。同时，其模块化结构和即插即用的特性可简化安装和维护流程，降低长期运维成本，并且智能母线的铜排使用寿命要高于导线寿命。智能母线这种方案具有弹性高、节省占地面积、部署快速、可靠性高及易维护等优点，特别适用于智算中心高密度、需求不明确的场景。

三、服务器供电：高功率带动单瓦价值提升

服务器PDU是数据中心和服务器机柜中用于电力管理与分配的核心设备，可以将从UPS输入的电源分配到多个输出端口，支持多台服务器、网络设备等同时接入；还能实时监测电流、电压、功率等参数，并提供过载保护、短路保护、防雷击等多重安全功能。

PDU在机架两侧也呈2N配置，以实现2N分布冗余，从而避免单点故障。随着AIDC对末端配电需求的不断提升，传统单相rPDU（机架配电单元）已难以适应更高功率的应用场景，三相rPDU可提供更高的功率支持，监控型三相rPDU通过实时监控电流、电压等关键参数，优化电源分配，确保三相负载平衡，从而提升供电的稳定性和安全性。

PSU通常指服务器机架上的AC/DC电源，AC/DC是镶嵌在服务器机架上的电源，同时具备降压和整流作用。因为其体积层面受机架限制较大，伴随服务器整体功耗快速提升，其功率密度也需要快速提升。当前AI服务器主要采用三种规格的AC/DC电源：CRPS185、CRPS265、OCP。三种电源长宽高尺寸分别为：185 mm×73.5 mm×40 mm、265 mm×73.5 mm×40 mm、700 mm×73.5 mm×40 mm，即仅在长度层面存在差异，采用行业性的共同标准有助于服务器产品快速升级。

伴随服务器（尤其是AI服务器）功耗总额的快速提升，在OCP ORV3标准限制下，服务器电源必须提升功率密度并维持高能源转化率（钛金96%以上），以满足服务器运转需要。采用更好的材料、更优的拓扑及更多的集成是提升功率密度的主要途径。而较为集中的市场格局与稳定上升的毛利率则确保了从成本到价格的传导路径，并直接带来电源在服务器整机中的价值量提升。

对于AC/DC电源而言，电源价格由总功耗数与单瓦价格共同决定，并逐渐在服务器整机中占据更大的价值量比重。单瓦价格随功率密度的提升而快速提升（见表2-21）。以京东上显示的长城电源为例，GW-CRPS 1 600W对应功率密度为48 W/立方英寸b，售价1 300元，单瓦价格为0.8元，能源转化率为94%。而GW-CRPS 2 700W对应功率密度为81 W/立方英寸，售价2 700元，单瓦价格为1元，能源转化率为94%，相较1 600 W产品在价格上有一定提升。

BBU（备用电池单元）、CBU（超级电容）是解决AI服务器备电、电能质量问题的优选方案。BBU的主要作用在于，当供电不稳定时为服务器供电，避免停电带来的数据损失。相比UPS，BBU可以安装在服务器内部，但只能提供数秒至几分钟的紧急供电，它主要由高倍率的锂电池组供电，不需要额外占用机房空间。

BBU内部由锂电池提供电源，布置在机架的内部，可以在停电时立即响应，确保AI服务器数据不遗失。同时，为了在AI服务器负荷突变时维持母线电压稳定，需要进一步使用超级电容，利用电容的电压稳定性，保证设备工作在正常电压下。

目前，微软已在其NVL72服务器上批量应用BBU。而英伟达的GB300有望将BBU和CBU列为标配