随着人工智能大模型训练与推理需求的爆发,全球算力基础设施正加速从传统 IDC 向 AIDC(人工智能数据中心)转型。高功率密度带来的供电挑战,促使架构向高压直流与电力电子化方向演进。
AIDC 供电架构:向高压直流与电力电子化加速演进
AIDC 以 GPU、ASIC 等高功率芯片为核心,单机柜功率密度显著提升,负载呈现高峰值、强波动及对供电质量极高要求的特征。当机柜功率突破兆瓦级,传统 415V/480V 三相交流配电已触及热极限,800V 高压直流(HVDC)架构成为必然选择。该架构通过提升电压降低电流强度,有效缓解传输损耗与热管理压力,为算力扩容提供弹性基础。
相较于传统低压交流供电需经历多次交直流转换造成的损耗,800V HVDC 架构简化了供电拓扑,实现“单级直达”。这不仅消除了冗余转换节点,提升了整站电能利用率(PUE),还释放了机柜内部空间。电源系统已从配套环节升级为算力基础设施的核心约束,其架构升级直接决定集群的部署密度与运行效率。
固态变压器(SST):从示范验证走向工程化导入
在确立 800V 直流架构趋势后,如何将电网中压交流电高效转化为机柜所需直流电成为关键。产业界主要存在两种路径:一是“传统工频变压器+HVDC 整流柜”的过渡方案,二是代表终极形态的“固态变压器(SST)”方案。传统方案受限于体积庞大的硅钢片变压器及多级转换损耗;而 SST 利用碳化硅(SiC)等大功率半导体器件替代传统铜线与铁芯,可直接将中压交流电一步转换为 800V 直流输出。
SST 通过前端电力电子器件将直流逆变为高频交流电,工作频率可达 20kHz 甚至 100kHz 以上。依据法拉第电磁感应定律,高频化使磁芯体积大幅缩小,同等功率下仅为传统工频变压器的几十分之一。这种“单级直交转换”与“高频微缩”特性,不仅缩短供电链路、提升 PUE,更为 AIDC 释放海量空间以容纳更多算力机柜。此外,SST 原生具备高频控制与直流母线属性,可无缝对接储能系统,从容应对百毫秒级、兆瓦级的功率波动,彻底规避算力宕机风险,实现从被动配电向主动能源调度的跨越。
产业壁垒重构:规格定义权与系统工程能力成关键
AIDC SST 并非标准化通用设备,其核心壁垒在于客户规格定义权、中压系统工程能力及高频电力电子产品化能力。具备以下三类能力的企业有望形成持续竞争优势:
客户规格定义权
能够早期参与云厂商架构定义,精准获取一手规格需求,围绕真实机柜功率、供电冗余、瞬态响应、液冷适配及运维认证体系进行系统定义。
中压系统工程能力
具备处理 10kV/35kV 中压接入、绝缘耐压、局部放电、故障隔离及系统级可靠性的技术实力。
高频电力电子产品化能力
能够将 SiC、高频变压器、直流母线、储能接口、热管理及控制系统集成为可量产、可维护、可认证的模块化产品。
产业发展节奏上,SST 将沿"HVDC 先行验证—工程化场景放量—AIDC 模块化电力电子平台”路径渐进推进。短期看,传统干变+UPS/HVDC 整流柜仍为主流;中期,光储充、微电网及部分高密度数据中心将承担 SST 工程化验证功能;长期看,若 800VDC 成为主流,SST 有望演进为贴近算力侧的模块化平台,重塑数据中心供配电价值链。
核心零部件价值量重估:高频化与高压化驱动
SST 与 HVDC 的升级将带动上游核心零部件价值重估,主要体现在高频磁性器件与功率半导体领域。
高频磁性器件
作为 SST 小型化的核心受益环节,高频变压器位于中压侧功率变换与低压直流输出之间。相比传统工频变压器,其虽体积重量大幅下降,但内部集成高频磁芯、绕组、高压绝缘、灌封材料及冷却结构等关键部分,属于高集成度、高可靠性核心零部件,单位功率价值量有望显著提升。
碳化硅(SiC)与保护器件
SiC 是 SST“硅进铜退”的核心增量。凭借更高击穿电场、更低开关损耗及更快开关速度,SiC MOSFET 更适合承担中高压、高频功率变换任务,替代部分传统“铜铁”设备。同时,高压直流场景下故障电流上升快、电弧难熄灭,依赖功率器件高速关断的固态断路器重要性凸显;高可靠电容在直流母线支撑、纹波吸收及瞬态缓冲方面的价值量亦同步提升。
(报告来源:国金证券。本文仅供参考,不代表任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

