2025年电力设备行业专题报告：AI用电潮起，电源产业链扬帆起航

数据中心电源架构情况

数据中心供电系统——供配电架构

数据中心供配电系统离不开系统架构。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3种架构：2N、DR、RR。以2N架构为例，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，当一个单元故障停止运行时，另一个单元向负载 提供100%的电能。

数据中心供电系统——供配电架构核心设备

“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（ATSE，AutomaticTransferSwitchingEquipment）、输入低压配电系统、不间断电源系统（UPS， UninterruptiblePowerSystem）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。

高压变配电系统介绍

高压变配电系统：数据中心高压变配电系统是数据中心供配电系统联系市电供电网络和用户的中间环节，它起着变换和分配电能的作用。 从电压等级而言，该系统主要会涉及到35kV/10kV/6kV/3kV等电压等级。主要是将市电通过该变压器转换成380V/400V（3相），供 后级低压设备用电。

柴油发电机系统介绍

柴油发电机系统：主要是作为数据中心的后备电源，一旦市电失电，柴油发电机组将迅速启动，为后为低压设备提供备用电源，保证电 子信息设备等业务连续运行。 柴油发电机组，主要由柴油内燃机组、同步发电机、油箱、控制系统四个部分组成，利用柴油为燃料，柴油内燃机组控制柴油在汽缸内 有序燃烧，产生高温、高压的燃气，当燃气膨胀时推动活塞使曲轴旋转，产生机械能，通过传动装置带动同步交流发电机旋转，将机械 能转换为电能输出，给各用电负载提供电源。

自动转换开关系统介绍

自动转换开关系统（ATSE）：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。 ATSE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；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。

输入低压配电系统

低压配电系统：数据中心的低压配电设计特指频率50HZ，交流电压1200V及以下的配电方案及产品设计。主要由两部分组成：一部分由 UPS及机房空调、照明、动力等系统的输入配电系统组成；另一部分由UPS输出配电系统组成。主要作用是电能分配，将前级的电能按 照要求、标准与规范分配给各种类型的用电设备，如UPS、空调、照明设备等。 低压电器设备：低压电器通常是指工作在交流1200V或直流1500V以下的电器，在供电系统和用电设备的电路中起保护、控制、调节、 转换和通断作用。 1）配电保护用电器：用于电力网系统，主要是指低压熔断器、低压隔离电器（刀开关、隔离开关、负荷开关等）、低压断路器（自动开 关）等。技术要求是通断电流能力强、限流效果好、保护性能好、抗电动力和热耐受性好。 2）控制用电器：用于电力拖动及自动控制系统，主要是接触器、启动器和各种控制继电器、主令电器等。技术要求是有相应的转换能力、 操作频率高、电寿命和机械寿命长。

UPS与HVDC路线是当前数据中心备电两大路线

数据中心供电架构指数据中心供电系统所采用的供配电模式，根据其现有的供电方案，主要可以分为交流UPS供电架构、高压直流供电 架构、中压直供集成式供电架构和柔性直流输电架构，每种架构根据不同的应用场合又有不同的配置方式。 交流UPS 供电架构，由整流器、逆变器、蓄电池组、静态STS 切换开关组成。市电正常时，市电通过整流器、逆变器向负载供电，同时 为蓄电池充电；当市电异常或中断时，蓄电池作为电源，通过逆变器向负载供电；当逆变器、蓄电池等中间环节故障时，通过STS 切换 开关，改由交流旁路向负载供电。 高压直流供电架构(HVDC)：由交流配电模块、整流器、直流配电模块、蓄电池组和监控装置组成。其中整流器为其核心部件，将交流电 通过整流模块、直流配电模块为IT 设备供电，并为蓄电池组充电，保障在市电断电和市电质量不满足要求时，通过蓄电池组给负载连续 不间断地供电。

HVDC+BBU+超级电容与UPS对比

整体看，HVDC+BBU+超级电容结构的出现主要是为了解决“过大电流”、“分布式”与“空间拥挤”这三个问题。 1）电流过大：伴随机柜式服务器功耗总额快速上行，电流线性增大将带来电路发热指数级增加，为解决“电流过大”问题，将过往 服务器电压输入从220Vac改为+/-400Vdc是必然趋势，也因此构成了HVDC结构对UPS结构的替换（升压时直流结构效率更高）。 考虑到UPS本身还具备一定电压调节能力，因此在Sidecar部分放置超级电容用于调节电压。 2）分布式架构：传统UPS 以整机形式出现，且拓扑结构较为复杂，单点损坏会导致整套系统失效，近期多发ChatGPT宕机一部分因 素是UPS系统易坏导致。而Sidecar式的HVDC方案主要采用模块化设计，可小容量一体柜分布式供电，给每个机柜都做对应BBU配 置，单点损坏不影响整体机房。又因为分布式机构对蓄电池体积有一定要求，因此需要改为锂电池配置； 3）空间拥挤：考虑到机架空间较为拥挤，因此选择HVDC架构将AC/DC功能前置，与BBU一起形成独立Sidecar，以节约机架空间。

机柜式服务器电源概念

机柜式服务器电源主要指机架上镶嵌的Powershelf，Powershelf由多个高功率AC-DC电源组装 而成。Powershelf同时具备降压和整流作用，并且由于机柜式服务器功耗远大于常规八卡服务器， 发热较多（(Q=?^2 ?)）导致必须额外加装散热配置，因此带来Powershelf价格大幅提升。以 NVL 72 为例，机柜总功耗达到120KW，常规配置为6个单体33KW的Powershelf，每个 Powershelf由6个单体5.5KW的电源构成，并在其基础上有加装风扇和散热片等额外设备。考虑 到单体5.5KW电源本身就具有较高的功率密度，同时叠加风扇等外部散热设备，单体Powershelf 具有较高价值量。 能耗指数级提升背景下，碳化硅/氮化镓方案占比逐步提升。目前服务器电源大多以硅基或碳化硅 方案为主，考虑到后续机柜发热程度跟随功耗呈指数级上升趋势，具备更好散热能力的碳化硅/氮 化镓混合方案占比将逐步提升。

大算力时代下电源及电力系统变化

英伟达核心变化：功率密度大幅提升

英伟达的B系列芯片和NVL72机柜热设计功率TDP（Thermal Design Power）飙升：H100的TDP最高为700W，B200的TDP最 高为1000w/1200W，增长约5-7成；H100每个机架的TDP约为40kW，B系列机架的TDP约为120kW，功率增约200%-500%。 为了应对更大参数量模型的训练，机柜式方案设计已经成为主流。

制程/架构持续迭代，芯片功耗快速上行

需求侧对算力要求指数级提升。2023年之前随着互联网用户和各类网络应用的快速增长，数据体量的急剧膨胀，数据中心对计算的 需求也在迅猛上涨。传统CPU处理器无力处理众多数据，GPU凭借其相对通用灵活和适应并行计算等特性成为主要选择。2023年后 伴随大模型训练需求崛起，scaling law法则对算力提出更好要求。 供给侧制程与架构持续迭代推动单芯片功耗快速上行。一方面，伴随芯片制程从12nm向7nm乃至4nm转型，单位面积晶体管数量大 幅提升，导致单位面积功耗快速上行；另一方面，更新的架构确保了新品芯片具备更强计算性能与并行处理能力。二者共同作用导致 近年来芯片新品的功耗总额迎来大幅跃迁。

机柜式方案成为绝对趋势

机柜式设计方案的优势：更大的NVLink域内实现高速互联。由于Scale-UP网络的吞吐量与时延都远胜于Scale-out网络，通过机柜式方案 扩张Scale-UP size规模对AI训练性能有极大帮助。针对GPT-1T的模型来看，K=36以上时对性能提升相对于K=8非常明显。但另一方面， 当Scale-UP的NVLINK网络规模增大时，实际上HBD之间互联的RDMA带宽带来的性能收益在减小，最终的一个平衡就是通过NVL72并用 RDMA Scale-Out来构建一个32,000卡的集群。 单机柜服务器卡数仍有较大上升空间：目前国际主流算力产业链厂商均在试图构建开放式GPU通信标准，军备竞赛下Scaling-UP规模上 限仍在持续提升过程中。ETH超节点为例，在8KETH-X超节点集群规模下，将Scale Up Size从8增加到256，可以使得70B至1T规模模型 的单次迭代时间降低0.2%至11.2%。考虑互联介质距离问题，单机柜卡数仍将快速提升。

国内外电源及电力系统各环节需求测算

一张图看AI+电力需求测算

我们根据对数据中心功耗需求的假设，基于数据中心各环节设备需求构成， 对各环节设备的市场空间规模进行了测算。  根据各公司相应的市场份额，对其未来相关收入进行测算。 结果显示，①液冷系统、电源类、柴发、开关柜、变压器等环节价值量增 量规模可观。②考虑到，数据中心规模将出现多倍增长，因此具备高份额 +渗透率提升逻辑的公司值得重点关注。

报告节选：

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）