中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：從AIDC基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)角度看，當(dāng)功率密度單柜超過300千瓦時(shí)，將從交流供電走向直流供電，走向800伏甚至更高電壓狀態(tài)。但800伏直流供電走向大規(guī)模應(yīng)用仍存在諸多挑戰(zhàn)，包括產(chǎn)業(yè)鏈的成熟度、器件可靠性、開關(guān)安全性、行業(yè)規(guī)范制定等方面，仍有相當(dāng)長的路要走。作為低密度的智算和通算場(chǎng)景，在未來一段時(shí)期內(nèi)仍將以交流UPS為主。AIDC的供電架構(gòu)將呈現(xiàn)多元化格局。
從產(chǎn)業(yè)研究視角來看，2025年800V高壓直流技術(shù)已經(jīng)得到了產(chǎn)業(yè)認(rèn)可。智算高密特征帶來了電力挑戰(zhàn)與技術(shù)變革，傳統(tǒng)的供電方式無法滿足當(dāng)下的供電要求，供電架構(gòu)正經(jīng)歷從交流到800V高壓直流的演進(jìn)之路。
巴拿馬產(chǎn)品與800V供電架構(gòu)方案
在800V產(chǎn)品形態(tài)方面，國內(nèi)企業(yè)已推出從10千伏降壓到240V或800V的巴拿馬（Panama MV Rectifier）產(chǎn)品。英偉達(dá)在白皮書中明確提出，10kV轉(zhuǎn)800V的電源產(chǎn)品是最終形態(tài)，并論證了巴拿馬整流器是具備可靠性的供電架構(gòu)。從占地面積、供電效率、運(yùn)營電能節(jié)省、工程交付時(shí)間縮短及全鏈路性能來看，集中式一體化的800V產(chǎn)品具有顯著優(yōu)勢(shì)，供電效率從傳統(tǒng)UPS或HVDC的94%提升至98%。
800V供電是開放形態(tài)與開放供電架構(gòu)，可兼容不同的直流系統(tǒng)，包括新能源、充電樁、風(fēng)能、太陽能，以及實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)的多形態(tài)交付。通過巴拿馬電源將10千伏轉(zhuǎn)化為800V系統(tǒng)后，可為不同負(fù)載供電：若機(jī)房現(xiàn)場(chǎng)需要800V轉(zhuǎn)480V，可通過Power shelf方式為整機(jī)柜供電；也可通過800V直接給服務(wù)器PSU供電；待三次電源板載800V電源成熟后，可直接為服務(wù)器供電。
在供電架構(gòu)方面，800V巴拿馬產(chǎn)品已提供多種架構(gòu)以適配不同場(chǎng)景。2N架構(gòu)通過兩路巴拿馬800V直接為IT設(shè)備供電，也可為整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)提供800V直流供電。N+1架構(gòu)可采用單套巴拿馬產(chǎn)品直接為IT末端供電，是平衡可靠性和成本的均衡方案。N+2C架構(gòu)可為整個(gè)巴拿馬組系統(tǒng)供電，一方面通過列頭柜彌補(bǔ)后備IT末端，另一方面也可為動(dòng)力系統(tǒng)供電。DR供電架構(gòu)則選取4套800V形成四母線供電架構(gòu)，參照英偉達(dá)Super POD架構(gòu)進(jìn)行內(nèi)部配置。
800V系統(tǒng)與存量服務(wù)器的兼容方案
整個(gè)數(shù)據(jù)中心的生命周期為十年，而服務(wù)器及AI芯片的GPU服務(wù)器在其中將迭代2至3代，機(jī)房改造進(jìn)程較為漫長。針對(duì)800V在存量機(jī)房的應(yīng)用，已有選配的800V轉(zhuǎn)380V交流和800V轉(zhuǎn)240V直流方案，以匹配存量服務(wù)器保證其正常運(yùn)行。若機(jī)柜采用800V供電，可通過重載連接器和母線連接到板載電源；若沿用50V供電Busbar，也可通過Power shelf實(shí)現(xiàn)兼容，800V由此可與傳統(tǒng)整機(jī)柜服務(wù)器和AI服務(wù)器實(shí)現(xiàn)互通。
直流化的經(jīng)濟(jì)性與技術(shù)驅(qū)動(dòng)
配電系統(tǒng)的直流化同時(shí)具備經(jīng)濟(jì)性和強(qiáng)制性雙重驅(qū)動(dòng)。在經(jīng)濟(jì)性方面，基于白皮書數(shù)據(jù)，一個(gè)2.5兆瓦系統(tǒng)若采用直流800V與380V交流相比，銅用量為1:3的關(guān)系，在大宗銅價(jià)持續(xù)上漲的背景下經(jīng)濟(jì)性尤為突出。在強(qiáng)制性方面，當(dāng)高功率密度發(fā)展到300千瓦以上時(shí)，就必須采用800V直流，這已是技術(shù)層面的剛性要求。
基于當(dāng)前趨勢(shì)，“硅進(jìn)銅退”成為行業(yè)共識(shí)。銅價(jià)已攀升至9萬多元，而硅器件成本每年下降約20%，銅和硅的成本終將出現(xiàn)交叉點(diǎn)——前端固態(tài)變壓器及后端配電產(chǎn)品的固態(tài)化正是這一趨勢(shì)的集中體現(xiàn)。
直流安全挑戰(zhàn)與固態(tài)斷路器技術(shù)
直流供電在滅弧方面與交流存在本質(zhì)差異。交流滅弧有過零點(diǎn)，直流則沒有，必須具備很強(qiáng)的滅弧能力才能有效熄滅電弧。在直流系統(tǒng)中，傳統(tǒng)斷路器的分?jǐn)鄷r(shí)間通常在20至100毫秒，而DC-DC變換器無法支撐大容量短路，若故障區(qū)域不能快速切斷，前端將發(fā)生大面積宕機(jī)。
固態(tài)斷路器技術(shù)為這一難題提供了解決方案。固態(tài)斷路器可實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)分?jǐn)囗憫?yīng)，低于10微秒即可快速切斷電弧，且完全無電弧損傷。在分?jǐn)嗄芰ι希児虘B(tài)斷路器可實(shí)現(xiàn)50kA的高分?jǐn)嗄芰?，相較于傳統(tǒng)斷路器末端大多數(shù)6000A的水平有質(zhì)的飛躍?；旌瞎虘B(tài)斷路器（混固式）則結(jié)合了傳統(tǒng)斷路器低功耗的優(yōu)勢(shì)和固態(tài)技術(shù)的快速分?jǐn)嗵匦?，長期通電狀態(tài)下采用銅觸點(diǎn)接觸實(shí)現(xiàn)低功耗，分?jǐn)噙^程中由IGBT和碳化硅功率器件完成，關(guān)斷時(shí)間可縮短至1.1毫秒，限流能力達(dá)到10%。
儲(chǔ)能系統(tǒng)與800V直流架構(gòu)的融合
在800伏直流架構(gòu)下，儲(chǔ)能系統(tǒng)通過DC/DC耦合方式掛載于800V母線。對(duì)于高倍率的需求波動(dòng)，可由鈉電池承擔(dān)響應(yīng)；對(duì)于2小時(shí)、4小時(shí)甚至更長時(shí)的電能需求，可由鋰電儲(chǔ)能通過DC/DC連接使用。在800V母線上掛載儲(chǔ)能具有多重優(yōu)勢(shì)：響應(yīng)速度更快，更適配未來智算中心的需求；備用電池可實(shí)現(xiàn)主備一體，短時(shí)提供高倍率充放電，靈活應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)中心負(fù)載過大的問題。
AIDC的儲(chǔ)能架構(gòu)正從單純的柜電走向多級(jí)儲(chǔ)能體系。在負(fù)載側(cè)，PSU中的電解電容作為容量響應(yīng)器，超級(jí)電容作為能量吸收器，柜電作為負(fù)載穩(wěn)定器。在電網(wǎng)側(cè)，儲(chǔ)能需具備構(gòu)網(wǎng)能力，協(xié)同解決AIDC負(fù)載波動(dòng)、電網(wǎng)友好性及持續(xù)可靠供電等問題，四級(jí)儲(chǔ)能架構(gòu)在未來AIDC中具有重要必要性。
全直流供電架構(gòu)與能源路由器
在全直流供電架構(gòu)的探索中，能源路由器（Energy Router）設(shè)備采用電力電子固態(tài)變壓器技術(shù)和模塊化設(shè)計(jì)，通過ABC三相各設(shè)計(jì)冗余，可保障數(shù)據(jù)中心可靠供電并適應(yīng)高功率密度機(jī)柜。該技術(shù)在負(fù)荷側(cè)真正實(shí)現(xiàn)了"銅退硅進(jìn)"，是全直流供電架構(gòu)的核心裝備。綠色直流與電算融合正推動(dòng)新型算力能源基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展，構(gòu)建主動(dòng)平衡、電網(wǎng)優(yōu)化、算電融合的有源微電網(wǎng)新型電力系統(tǒng)。
技術(shù)路線與未來發(fā)展方向
在萬卡集群低壓配電領(lǐng)域，當(dāng)前主要有四種技術(shù)路線：交流UPS不間斷電源方案、高壓直流（HVDC）方案、HVDC混合方案以及SST純固態(tài)方案。未來國內(nèi)外均以HVDC和SST固態(tài)技術(shù)路線為主要發(fā)展方向。供配電產(chǎn)業(yè)整體正朝著直流化、模塊化、綠電化的方向演進(jìn)。
在電壓標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)方面，當(dāng)前800V和±400V共存，技術(shù)演進(jìn)方向受生態(tài)和標(biāo)準(zhǔn)的影響。從產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)判斷，未來±750V將成為明確的發(fā)展方向。隨著高密度的持續(xù)發(fā)展，在交流系統(tǒng)會(huì)在三至四年內(nèi)長期存在的同時(shí)，高密度場(chǎng)景中直流電壓已是非常明確的方向。隨著功率器件功耗不斷下降和成本持續(xù)降低，固態(tài)斷路器和固態(tài)變壓器將擁有廣闊的應(yīng)用空間。
