前言
该文为《数据中心800V直流供电技术白皮书(1.0)》内容，仅作为行业分享、学习。文案、图片版权归中讯邮电咨询设计院有限公司、中数智慧信息技术研究院、中达电通股份有限公司所有。
在全球数字化浪潮中，算力已成为核心驱动力，推动数据中心向更高性能演进。随着单机柜功率从6kW向600kW甚至更高水平迈进，传统交流供电的局限性日益凸显，DC800V直流供电技术应运而生，凭借其高效、可控、灵活及节省空间的显著优势，成为数据中心能源架构革新的关键。
《数据中心800V直流供电技术白皮书(1.0)》聚焦技术演进，深入解析DC800V直流供电系统的原理、关键技术与应用价值，旨在为该技术的进一步发展提供支撑。
在全球数字化进程加速的背景下，算力已成为推动社会经济发展的核心驱动力。以人工智能、云计算、物联网为代表的新一代信息技术，正驱动数据中心从传统“通算”向“智算”和“超算”演进。然而，随着单机柜功率从6kW向600kW甚至更高功率迈进，传统交流供电在系统效率、空间占用、新能源整合等方面的局限性日益凸显。
在此背景下，直流供电系统凭借高度可控性、灵活性、高效能和环境友好性，成为数据中心能源架构革新的一项选择。以固态变压器为关键转换设备的800V直流供电系统，通过减少交直流变换环节和提升电压等级，有效降低供电传输损耗及用铜量，提升系统端到端整体运行效率，并大幅节省空间占用，其技术经济性和电压适配性得到良好呈现。
本白皮书聚焦数据中心技术及供配电系统架构的演进趋势，详细梳理了数据中心直流供电系统发展历程、工作原理和关键技术，希望通过从理论到实践的深度解析，进一步促进数据中心直流供电技术的发展。
随着AIGC技术的迅速发展，全球各行各业正经历从传统模式向数字化、智能化的深刻转型，数据中心的数据量呈指数级增长，对数据处理能力和计算速度提出更高要求。过去5年，CPU功耗从130W提升至500W，GPU功耗从250W提升至1200W，进而推动单机柜功率持续大幅提升。面向下一代AI芯片与计算架构，单机柜功率将很快提升至数百千瓦，甚至突破1MW。
功率容量及功率密度的大幅提升，使数据中心的电力损耗、用铜量、机房区占比均面临极大挑战，传统供电系统已难以满足需求。随着电力电子技术的快速发展，DC800V柔性直流供电成为数据中心供电系统重要发展方向，可有效支撑供配电系统向高效率、高功率密度、低占地面积和智能化控制过渡，且能兼容新能源接入。
专业术语解读
AIGC，Artificial Intelligence-Generated Content，人工智能生成内容
BBU，Battery Backup Unit，电池备用单元
Cap Shelf，Super Capacitor Shelf，超级电容架
CPU，Central Processing Unit，中央处理器，计算机系统核心组件，负责执行指令、处理数据、协调各部件工作
GPU，Graphics Processing Unit ， 图形处理器，专用于处理图形渲染和大规模并行计算任务的硬件组件
HVDC， High Voltage Direct Current，高压直流，通信和数据中心常用的HVDC标称电压通常在1500V以内
ICT， Information and Communications Technology，信息与通信技术
IT，Information Technology，信息技术
IGBT， Insulated Gate Bipolar Transistor ，绝缘栅双极晶体管
ISOP，Input Series Output Parallel，输入端级联，输出端并联
MTBF，Mean Time Between Failures ，平均无故障时间
MOSFET，Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管
UPS，Uninterruptible Power Supply ，不间断电源
SST， Solid State Transformer（PET：Power Electronic Transformer），固态变压器，利用电力电子变换技术实现电压等级转换和电力传输的智能化设备
灰白区 ，白区指机房内放置机架、部署IT基础设施的区域，灰区指白区外支撑数据中心运行的机电设施区域
数据中心供电系统的发展历程和技术演进
数据中心交流供电系统
数据中心交流供电系统为用电设备提供安全可靠电能，通常包含10kV配电、10kV/380V变电和低压配电环节（国外电压标准有差异，但架构类似）。其核心要求是保障ICT设备全年无休不间断工作，既包括直接为ICT设备供电，也包括为空调、监控等辅助设备供电。
国内外对数据中心供电可靠性有不同标准，国内GB50174《数据中心设计规范》将供电可靠等级分为A、B、C三级，国外TIA-942《数据中心通信设施标准》分为T1-T4四级，其中A级和T4级要求最高，需具备容错能力，单系统故障或维护时仍能保障电子信息系统正常运行，用户通常采用交流UPS作为供电核心设备。
数据中心UPS低压供电系统，从10kV变压器低压绕组输出端开始，经低压配电柜、UPS、精密列头柜、PDU等设备，将电能传递至服务器电源，最终转换为低压直流为CPU、存储等组件供电。该架构供电链路长、节点多，占地面积大、供电效率低。
近年为提升建设速度与供电效率、减少占地，预制化电力模块设备应运而生。其将低压供电系统的配电、UPS、馈线柜等集成一体，部分还包含中置柜和变压器，可实现工厂预制、一体化运输安装。测算显示，与传统低压供电系统相比，电力模块占地面积至少节省30%、建设周期节省50%、总体投资节省10%，已逐渐被用户认可。
但随着用电负荷密度进一步提升，预制式电力模块受限于传统供电架构和电压等级，在供电效率、密度、场地占用、新能源消纳等方面仍存技术局限。
直流供电的兴起
高压直流（HVDC）供电系统最早为取代电信行业48V供电系统而生，240V和336V标称电压的HVDC制式因减少交直流变换环节、蓄电池更近末端负荷，成为传统UPS的替代方案，在互联网、运营商、超算、金融等领域大型数据中心有一定应用。
HVDC的核心优势是比UPS少一级DC-AC转换，电池直挂输出不受逆变器状态影响，且服务器最终用电为直流。数据中心能接受DC240V供电，核心基础一是传统服务器可直接接入，二是原有AC220V线路和设备可适配。
实际应用中，电池直挂虽提升可靠性，但HVDC与电池组间仍需DC-DC转换，且其输入为低压交流，设备效率未比UPS显著提升；同时部分租赁客户倾向传统交流供电，因此HVDC仅在自用机房中应用，全行业占比不足20%。
10kV交流输入的直流不间断电源系统（巴拿马电源/中压直供电源）是240V HVDC的典型方案，在分散式240V HVDC基础上集成中置柜和变压器，采用移相变压器替代传统降压变压器，可降低电流谐波、提升输入功率因数。相比传统低压分散式240V HVDC，其体积更小、效率更高，输出可兼容DC240V/336V及AC220V，但10kV移相变压器为铜线绕制，设备笨重且成本受铜价限制难下降。
随着IT机柜功率密度提升，供电电压升级成趋势，DC800V或±DC400V HVDC或成过渡方案，其核心技术——传统变压器分散式HVDC的整流技术正受业界关注。
SST系统是10kV交流输入直流不间断电源系统的进阶版，核心特征为“硅进铜退”，采用第三代功率半导体器件替代传统变压器调压整流，具备高功率因数、低电流谐波输入特性，系统链路更短、效率更高、体积更小、重量更轻、控制更便捷且成本下降潜力大，可输出DC600-900V可调电压，满足DC800V或±DC400V传输需求，末端经DC/DC转换供给IT负载，是直流供电系统的发展趋势。
国外发展现状
北美市场大型互联网自建数据中心正推动±DC400V或DC800V供电模式，Meta、微软、谷歌、亚马逊等已联合供应商开发方案，计划2026年下半年应用；英伟达也联合台达、英飞凌等定义DC800V供电架构，计划2027年全面采用其为高功率机柜供电。
据英伟达推测，DC800V架构可将端到端能效提升5%，PSU故障率降低使总维护成本最多降70%，且机架内无需配置AC/DC PSU，能有效降低散热费用。
国外数据中心已实现板级芯片电源电压从12V升至48V，当前±DC400V/DC800V需经末端电源架转为48V，未来板级芯片可直接接入±DC400V/DC800V，省却一级转换，末端电源可从48V直接转为0.65V/1.8V芯片工作电压。末端电压升高后SST将成前端首选供电设备，为适配AI负载瞬态波动，可在SST后加装BBU或CAP Shelf；过渡阶段部分方案会在UPS后加装整流升压装置实现高压传输，末端再降至48V。
800V直流供电系统的工作原理和关键技术
800V直流供电系统架构研究
当前主流800V直流供电系统架构分3条技术路线：
路线1：常规变压器将AC10kV转为AC380V，再经整流器转为DC800V，为常规HVDC方案，需将整流输出从240V提升至800V。
路线2：移相变压器将AC10kV转为AC380V，再经整流器转为DC800V，与10kV交流输入直流不间断电源系统架构一致，需提升整流输出电压至800V。
路线3：SST将AC10kV直接转为DC800V，电压转换环节最少、效率最高，为800V直流供电最佳路线。
800V直流供电系统配备蓄电池组等储能系统并与直流母线相连，市电故障时提供不间断电力，储能容量需结合负载功率、后备时间等计算。DC800V母线侧通过直流断路器、熔断器等保护装置向各负载区域供电，关键负载与非关键负载需独立配电，保障应急时关键负载优先取电。
系统通过DC/DC变换器将DC800V转为服务器适用低压直流（如DC48V），变换器可采用软开关、数字控制技术提升效率；支持DC800V的服务器可直接取电，减少转换环节。需交流电源的设备（如空调压缩机），可通过DC/AC逆变器转为三相380V或单相220V交流电，逆变器需保障输出波形、频率稳定及动态响应能力。国内数据中心多采用2N架构供电，两路均可配置柔性直流系统，服务器适配DC800V（±DC400V）并内置对应电源模块。
800V直流供电系统的优势
便于新能源系统并网
800V直流供电系统可便捷匹配分布式光伏、储能等新能源并网，实现“光储柔直”系统。未来数据中心可采用微电网技术，高比例接入新能源，形成“源网荷储”一体化能源管理系统，支持动态负载调节与削峰填谷，直流柔性供电将成新型供电系统重要选择。
对算电协同技术的促进
算电协同技术是算力与电力系统的协同优化，核心目标是提升电力系统稳定性、经济性、低碳性，降低算力设施能耗成本，实现“算力按需调度、电力灵活响应”。
直流柔性供电技术可深度赋能算电协同：一是具备快速功率调节与电压稳定能力，平抑新能源波动性；二是减少交直流转换损耗，结合液冷降低数据中心PUE；三是降低“源-算”空间约束，提升电压等级减少输电损耗，扩大能源与算力部署距离；四是支撑高密度算力电力需求，适配AI算力集群高功耗；五是促进可再生能源与储能整合，直流母线无缝对接光伏、储能，减少逆变环节提升利用率，推动“算电”从简单耦合向深度协同演进。
基于SST设备的优势
效率高：SST系统传输电压高、链路短、节点少，全链路效率比传统UPS提升3%以上。以2.5MW系统、90%负载率测算，年可节电59.13万度（计算式：2500kW×90%×3%×24h×365=591300kWh）。
体积小：从中压变压器到列头柜，SST占地面积不足传统UPS链路的50%，可降低灰白区比值，提升机房得柜率。
减少用铜量：SST以半导体器件替代传统铜制变压器，一台2500kVA 10/0.4kV传统变压器用铜约1400kg，SST无需用铜；且DC800V传输同等功率时，用铜量仅为AC380/220V的1/3（以2.5MW系统测算，DC800V传输电流3125A，需100×16mm²铜排正负各1根；AC380/220V每相电流3798A，每相需120×10mm²铜排2根双拼，三相四线共4组，二者用铜量比值为0.33）。
易融合新能源并网：SST输出DC800V，可与光伏、储能等直流侧直接并网，相比交流并网减少转换环节，更简单可靠且降本。
工期短：SST集成度高，10kV交流输入至800V直流输出可浓缩至一套设备，搬运施工便捷，传统UPS需几十天的工程量，SST仅需几天即可完成。
关键设备：SST（固态变压器）
电力电子器件的性能、参数对比
碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）为第三代宽禁带半导体材料，禁带宽度是第一代（Si、Ge）和第二代（GaAs）的近3倍，具备高耐压、低导通电阻、寄生参数小等特点，应用于电源领域可降低损耗、提升工作频率与可靠性。
SiC器件常用1200V电压等级，载流能力强；GaN器件通常为650V，二者适配不同功率与频率场景，DC800V电压等级更适合选用SiC作为核心功率器件。SiC还具备高温稳定性好、热导率高、击穿电压高的优势，适用于高压、高频、高效率场景。
SST的工作原理
SST是结合电力电子与传统变压器技术的新型设备，可将中压交流电转为高低压直流电，具备电气隔离、电压变换、无功补偿功能及高智能化控制水平，输出电压可依系统设计、控制策略和场景调节。
典型SST采用ISOP拓扑，输入整流级由多H桥模块级联减小开关管电压应力，后级为带隔离的DC-DC变换且模块输出并联，形成600-900V直流母线；电网与级联H桥间设滤波电感，实现储能、滤除高频纹波与升压；每相前级N个H桥模块采用载波移相调制，提升等效开关频率与输入电流谐波特性。
AC/DC级采用单相PFC拓扑，功率器件选用大功率Si IGBT或SiC MOSFET实现整流与功率因数校正；DC/DC级采用双有源桥或谐振拓扑，功率器件为SiC MOSFET，由逆变器、谐振电容/电感、高频变压器、整流器组成，实现功率传输与电气隔离，同时抑制负载谐波对网侧的影响。
SST的控制策略
SST采用电压外环+电流内环双环控制：电压外环实时监测输出电压，与参考电压对比后将偏差信号作为电流内环参考值；电流内环对比实际电流与参考值，调节PWM信号控制整流器开关器件，实现电压与电流稳定输出。同时可实现模块冗余切除、低电压穿越、短路/断路故障等工况的控制。
SST的可靠性分析
SST可靠性需严格论证，其功率单元及内部元器件是可靠性评价核心，可通过元器件故障率计算MTBF（平均无故障时间）。假设元器件工作条件相同，单个功率模块故障率为0.0685×10^-5次/小时；每相5个功率模块、三相共15个模块时，SST总故障率为1.0275×10^-5次/小时，对应MTBF约97324小时（≈11年）。
为保障可靠运行，功率单元需配置冗余（单相级联模块冗余度为1），故障模块可通过旁路开关10ms内实现功率转移，引入冗余后SST的MTBF将远超11年。
关键设备：末端转换设备
为适配直流柔性供电系统末端负荷，需配置DC800V输入的末端电能转换单元：
针对IT机柜负载，采用DC800V/DC48V转换模块，可设计为机架电源或板级芯片电源，提升机柜集成度、减少电源空间占用，国内已研发出含风扇效率达98.5%的该类PSU模块，未来可内置于服务器。
针对空调、冷却泵等交流负载，需DC800V/AC380V逆变模块，未来直流空调、水泵普及后可减少交流变换环节，进一步发挥800V直流架构优势。
保护器件
直流供电系统故障电流无自然过零点，且多电源架构（含SST、新能源、储能）使短路电流路径复杂，传统交流保护方案失效，需针对性设计保护策略。
不同直流保护器件特性对比如下：
现阶段可采用熔断器+断路器协同保护：熔断器作为后备保护承担极端故障电流（分断能力>100kA），断路器负责额定电流通断及过载/短路保护；长期来看，固态断路器技术成熟后将成理想选择，其响应速度快、电气寿命长（超10万次）且可实现智能监控与自适应保护。
此外，直流系统需配置绝缘侦测装置，建议采用非平衡桥检测法，可全面监测正负母排绝缘状况，避免漏电引发触电事故。
直流接地系统
通信和数据中心传统-48V系统多为正极接地，240V/336V HVDC为悬浮接地，800V直流系统依SST输出形式分单极与双极运行方式：
单极运行：含金属回线（正极直接/经电阻接地，-48V系统常用，但800V等级触电风险高）和大地回线（高压直流输电领域应用，接地极易电化学腐蚀，不建议采用）。
双极运行：包括正负母线悬浮接地（IT系统，单极故障可运行，需配置绝缘监测）和经大电阻接地（对地电压400V，绝缘设计要求降低，但单极故障后非故障极电压翻倍，且故障电流小难识别，危险性更高）。
综上，数据中心场景适合采用正负母线悬浮接地+绝缘监察装置的接地形式。
负荷适配性研究
服务器电源
国内服务器多采用AC220V或DC240V输入，需多级转换为48V供电，48V可满足120kW以下机柜需求，但无法适配数百千瓦乃至兆瓦级AI服务器（会导致电源架占满机柜、低压传输铜材过重）。
SST可直接将AC10kV转为DC800V，经直流母线送至服务器电源架，仅需一级DC800V/DC48V转换（效率达98.5%，比传统AC/DC转换高2个百分点）即可供电，前期可将电源集中至机柜旁电源柜，未来可集成至服务器板级电源，解决空间、效率与铜损问题。
空调负荷
DC800V直供变频空调已应用于轨道交通领域，可取消辅助逆变器，直接将直流电逆变为变频交流电为压缩机、风机供电，该方案也适用于数据中心。
照明系统
DC800V直流智慧照明系统已广泛应用于高速、隧道等场景，含HVDC电源柜、LED驱动电源和监控平台，具有线径要求低、损耗少、智能调控的优势。数据中心采用该系统可共用SST电源，省却专用HVDC设备，实现低成本、高效率供电。
分布式光伏储能系统
800V直流柔性供电系统电压运行范围600V-900V，与光伏、储能设备适配性良好（锂离子电池系统直流侧电压通常≤900V，2500kW以下储能变流器直流侧电压580V-850V）。
二者能量交互遵循“即发即用、余电存储、缺电补充”逻辑：光伏经DC/DC模块接入直流母线，优先供给直流负载；光伏过剩时电能存入储能电池；输出不足时储能放电，维持母线电压稳定，实现光储联动供电。
蓄电池接入
蓄电池原则上可直挂母线，但800V电压高、管理难度大，一般在电池组与系统间加装DC/DC模块，降低电池串数要求并方便充放电管理。DC/DC模块可加装于电池组总输出端或每组电池输出端。
受蓄电池一致性限制，并联不宜超4组；SST为集中供电系统，可利用DC/DC并联结构设计独立支路，每个支路分别配置电池组，保障供电可靠性。
未来展望与思考
固态变压器的局限性与挑战
可靠性问题：SST含整流、高频逆变等多电力电子模组，相比传统变压器+整流模组的组合，实际运行可靠性仍需实践检验，虽可通过分布式架构和冗余设计分散风险，但验证周期较长。
故障保护配合：SST直流输出具备限流功能，电力电子器件动作时间短，与传统机械断路器ms级动作时间不匹配，易导致故障电流未达峰值即被截断，需研发新的继电保护算法适配。
成本经济性挑战：SST核心依赖SiC、GaN等宽禁带半导体器件，当前生产成本远高于传统变压器材料，大规模部署的总投资压力大；虽长期器件价格会下降、铜价呈上升趋势，但短期内批量应用需综合考量经济性。
标准化缺失：SST为新技术，数据中心应用缺乏统一设计规范、接口标准和测试方法（如安全认证、EMC要求），不同厂商设备难以协同，标准化建设需时间推进。
关于直流母线
未来800V直流供电系统可采用直流母线替代传统“列头柜+电缆”模式，通过母线槽实现模块化配电，其输电电流小、损耗低、适配大容量场景，搭配SST可提升系统效率、降低布线成本。
但直流母线目前存在短路电流管理难、绝缘与散热问题突出、标准体系缺失、行业协同不足等共性问题，需进一步技术攻关与标准完善。
交流用户何时切入直流供电系统
传统交流供电因习惯和技术成熟度仍被部分用户采用，但随着IT机柜功率密度提升，交流UPS需将电压升至600VAC以上才能满足需求，否则需切换至高压直流供电。
交流向直流转换的拐点有两个：一是经济性拐点，当负载功率密度达到阈值，交流供电的设备、线缆、占地、运维等综合成本超过直流供电；二是强制性拐点，当功率密度过高导致交流供电的PDU布置、电源空间、线缆架设等无法实现，灰白区比例严重失衡时，必须切换至高压直流供电。供电方式最终需依据芯片、负荷等业务需求确定。
未来发展
随着算力增长与芯片功耗提升，单机柜功率密度持续升高，传统供电链路面临空间、铜损、效率挑战，高压直流供电成重要选择：
板级芯片电源已从DC12V升级为DC48V，未来将进一步升级为DC800V或±DC400V，当前可通过DC800V/±DC400V转DC48V装置实现过渡。
由SST组成的柔性直流供电系统将成服务器前端供电优先选择，其兼具体积小、效率高、用铜少、工期短的优势，且易融合新能源，同时可兼顾空调、照明等设备用电，通过冗余设计保障供电安全。
DC800V/±DC400V为阶段性选择，当IT机柜功率密度超1MW时，DC1500/1600V或±DC800V将成为新的供电电压，且该技术迭代时间或比预期更短。
大会预告
由800VDC.COM主办的 2026 世界服务器电源大会，将于 5 月 22 日（周五）在深圳市南山区科苑路 15 号科兴科学园 B 栋 4 单元会议中心举办。全球服务器电源产业链从业者齐聚深圳，探讨绿色算力供电技术革新与全产业链协作新方向。
世界服务器电源大会由800VDC.COM主办，聚焦服务器电源前沿技术，是推动技术突破与全产业链合作的专业平台。在这里汇聚全球该产业链决策者与创新力量，引领绿色算力供电发展，是洞察趋势、深化合作、抢占产业制高点的核心选择。
随着 AI 算力与绿色数据中心的快速扩张，服务器电源产业的创新焦点已集中于高压直流架构规模化应用、高功率密度电源的能效优化、第三代半导体（GaN/SiC）在电源中的集成设计、以及数据中心供电系统的低碳适配等核心领域。本次大会将围绕高效电源技术标准、高压器件的可靠性方案、先进热管理技术及其在超算中心、云计算基础设施等领域的落地实践展开深度交流，汇聚全球产业领袖，携手将高效、低碳的算力供电新时代推向新高度。