要点（文末有彩蛋）
1、HVDC在数据中心供电系统中的应用
电力传输流程及各环节功能价值量：从10千伏园区进线，经中压柜、变压器、低压配电柜，进线到HVDC，HVDC将交流电整成直流电（如240伏或336伏），再分配给各个服务器的PDU。
HVDC与UPS的异同：
相同点：当市电停电时，利用挂载的蓄电池为重要服务器负载持续供电，保证数据中心不断电；对电网起净化作用，将前级和后级供电完全隔离。
成本与效率：HVDC设备成本略低于传统UPS，效率比UPS高约0.5%到1%，可降低数据中心PUE，节省电费。
下游设备：采用HVDC，下游设备需从传统交流换成直流，部分设备成本会提高，对数据中心维护性提出挑战，二次侧下游配件成本可能提升。
2、HVDC的发展及渗透率情况
HVDC的发展历程：HVDC的前身是各大运营商采用的负48伏直流供电环节，国内厂家最早在2008年左右和海外或中国电信、中国移动等运营商合作。目前国内应用中，240伏的HVDC作为主流，占80%以上，336伏的占10%几不到20%。
HVDC渗透率提升的原因及未来趋势：
原因：AIGC的到来使服务器功率密度指数级提升，传统数据中心服务器用电量为5到8千瓦，而AIGC数据中心的GPU服务器每机柜功率密度可达40千瓦以上，要求引入高效电源，HVDC可满足部分需求。
未来趋势：目前240伏或336伏电压等级不是特别高，业界正在研发更高电压等级的HVDC，如750伏或800伏以上，以进一步提升效率。
3、HVDC提高效率及节省能耗的原因
与UPS对比：UPS内部有两级转换，整流器将市电交流整流成直流，逆变器将直流逆变成交流为后端负载供电，有两级损失，损耗在3%到5%之间；HVDC只有整流环节，将市电交流整流成直流电，后端无逆变器环节，可提升整体系统效率，降低损耗，比大功率UPS提升1%左右的效率点。
服务器内部：传统服务器电源受电端通过UPS交流侧整流，再通过DC to DC变换给服务器器件供电；若采用HVDC，服务器内部电源专为其设计，可省去整流器环节，直接将输出的直流电通过DC to DC转成所需电压，降低服务器电源单元PSU的效率，提升整体供配电链路的效率。
提升电压等级：在相同功率下，电压越高，电流越低，相对于整体器件包括线缆的损耗也越低，提升电压是降低损耗的有效手段，可提升整体用电系统的效率。理论上，800伏、900伏的HVDC能将效率提升到98%到98.5%左右，还可通过拓扑和更高效器件的选择同时提升整体电源系统的效率。
4、HVDC节省空间的原因
主机占地面积：HVDC比传统UPS减少了一半的整流器件，主机占地面积至少降低30%到40%。
配电环节：HVDC的后期配电环节部分采用直流熔断，比传统交流断路器的配电柜节省空间，整体供配电环节可节省20%到30%以上的占地空间。
蓄电池占比：未来趋势可能从传统铅酸蓄电池过渡到新一代锂电池储能环节，锂电池比铅酸电池至少降低一半占比。
5、国内和海外数据中心UPS和HVDC的使用情况
整体情况：数据中心领域目前交流供电是主流，HVDC直流系统虽呈增长态势，但仍属小众市场。去年UPS在国内数据中心市场的销售额约六七十亿人民币，HVDC约十亿多，占UPS市场的10%几。
行业差异：UPS是通用型设备，适用于各行业数据中心，即插即用；HVDC是特殊或定制化市场，用户集中在各大互联网公司、PUE用户及三大运营商，其他行业用户使用较少。
厂家情况：HVDC头部厂家是国内的中恒，互联网公司占比高；其他厂家如台达、中达、雷的、东元、中兴等，各有侧重客户。HVDC成本略低于UPS，价格上HVDC是大客户集采或批发价格，UPS市场通用，价格上下浮动较大。
出口市场：和国内应用类似，会沿用国内应用方案。
纯粹海外市场：直流供电环境差异性较大，部分厂家采用板级低压直流供电，也有采用类似于国内的336伏、400伏电压等级的HVDC，目前英伟达主推的下一代服务器容量大增，正在考虑700伏甚至到900伏以上的智能供电情况，目前各家研发的电压等级和电源拓扑尚未形成行业标准，仍在前期研发阶段。
主要厂家：海外主要厂家为华为和台达，国内中恒做直流系统较专业，但直接支持海外项目不多，中兴、华为、易事特等也有各自产品，在国内市场占绝大多数，未来海外市场若有明显增长，这些厂家会有更多海外项目，目前易事特等在东南亚地区有较多产品销售。
6、HVDC在数据中心的应用案例及相关问题
国内互联网公司及运营商的应用：中国电信最早采用HVDC直接供电，因其人员熟悉直流供电，配电和用电设备切换平滑。其他行业对从交流供电切换到直流供电有疑虑，但中国电信等采用HVDC后发现有效率提升。互联网数据中心如BAT的机房，因其体量大、对供应商议价权强，更有动力选择高效率产品，逐渐采用HVDC，从最初采用一路UPS一路HVDC，到后来采用一路HVDC一路市电直供。目前，包括京东、字节、第三方中立的colo数据中心等，为满足自用或租赁要求，也会上大量HVDC。字节采用双路供电，一路HVDC，一路市电直供，同时也会采购HVDC和UPS做传统供电。
市电直供与HVDC结合的原因：数据中心服务器采用多路供电，常见为两路供电，一主一备且同时热备份。若数据中心追求低PUE和低用电损耗，可将一路电换成市电直供，因为UPS或HVDC设备有用电损耗，而市电直供链路没有这一档效率损耗，只有配电环节，耗电量低，可实现节能。但另一路仍需走电源，以保证不间断供电，若两路都失电，无法保证最终关键负载的电源质量。
服务器电源PSU的选择：用户若不确定数据中心基础设施是交流还是直流，可采用兼容性电源PSU，同时满足240伏和220伏交直流电源需求，但兼容不到更高电压等级；若数据中心清楚前期设计为HVDC直流供电，会直接采购直流供电的PSU满足高效需求。推荐用户采用纯直流的PSU提升效率，若用户不确定基础设施情况，只能选择交直流通用的PSU，兼容性好但效率有损失。
Q&A
Q：HVDC方案在数据中心供电系统中的电力传输流程会经过哪些环节？每个环节的功能和价值量大概分别是多少？该方案相比于UPS的优缺点分别是什么？
A：HVDC在数据中心属于供配电环节中比较重要的一环。从整体数据中心来看，从10千伏的园区进线到数据中心服务器的末端（末端可能是直流也可能是交流），从上游到下游包括中压柜、变压器、低压配电柜，配电柜进线进到HVDC，HVDC通过整流转换将数据中心的交流电整成直流电（可能是240伏或336伏），再给到PDU做最终分配，分配给各个服务器。HVDC和UPS在数据中心都起到能量转化作用，当市电停电时，二者都会利用挂载的蓄电池对重要服务器负载持续供电，保证数据中心不断电；同时二者在供配电链路中都能净化电网，将前级和后级的供电完全隔离，使市电环境不佳（如谐波增加、电压不稳定）时不影响最终负载。在成本方面，HVDC单从设备角度成本略低于传统UPS，效率稍优于传统UPS（大概提高0.5% - 1%），采用HVDC的数据中心PUE能部分降低，电费能部分节省。但HVDC也有劣势，若采用HVDC，其下游设备需从传统交流换成直流，部分设备成本会提高，且在数据中心维护性和二次侧下游配件方面，可能会有成本提升。不过从整体数据中心来看，切换成HVDC功能，整体成本会略微下降。
Q：是什么原因或契机使得HVDC往后的渗透率可能会提升？现在HVDC的渗透率大概是多少？未来渗透率如何？有哪些厂商在推进该方案？
A：HVDC或DC供电电源应用方式对于数据中心和通信行业来说并非陌生概念，是非常成熟的产品。其前身是各大运营商采用的 -48伏直流供电环节，和现在的HVDC类似但电压等级较低。国内厂家从2008年左右开始和一些海外或国内运营商合作，HVDC有多种电压等级，目前国内市场上80%以上的HVDC采用240伏电压等级，大概10% - 20%采用336伏电压等级。关于渗透率提升原因、未来渗透率及推进厂商等问题，文中未提及相关内容。
Q：HVDC方案相比UPS方案效率更高，主要能效节省在哪里？
A：HVDC提升效率不单单是自身提升效率，主要是和传统以UPS为主的数据中心对比。UPS内部有两级转换，前级整流器将市电交流整流成直流，后级逆变器将直流逆变成交流为后端交流负载供电，有两级损耗，通常损耗在3% - 5%，较好的UPS能做到97%以上效率。而HVDC输出直流，只有整流环节，少了逆变器环节，提升了整体系统效率，降低了损耗，容量大且效率好时，理论上比大功率UPS提升1%左右效率点。另外，在服务器内部，传统服务器电源受电端通过UPS交流侧整流，再通过DC to DC变换给服务器器件供电；若换成HVDC，输入端变为直流，服务器内部电源设计好的话，可省去整流器环节，直接将输出直流电通过DC to DC转换，能降低服务器电源单元（PSU）的效率损耗。
Q：使用更高电压等级能节省更多能耗的主要原因是什么？
A：在相同功率下，供电环节的电压越高，电流越低，而电流越低，整体器件及线缆的损耗也越低，所以提升电压是降低损耗、提升用电系统效率的有效手段，如从48伏提升到240伏、400伏及更高等级。
Q：下一代如800伏、900伏的HVDC相比于当前220伏或336伏的HVDC能提高多少效率？
A：理论上能提升到98% - 98.5%左右的效率，提升不仅在于整体电器件的拓扑提升，还在于电源器件的更新，如未来碳化硅MOSFET的应用，可降低电器件开关损耗，提升电源转换效率。
Q：采用HVDC方式后，服务器内部电源结构是否会有变化？
A：电源分为纯直流使用和交直流使用两种。若为交直流使用，内部整流器虽有损耗但不能省掉，采用HVDC时整流器不太工作；若采用纯粹DC的直流智能服务器电源，内部可完全省掉整流器部件，减少一个损耗点，提升整体效率。
Q：HVDC方案能节省数据中心占地面积的主要原因是什么？大概会节省多少占地面积？
A：对于AIGC数据中心，因其功率密度高，电源及基础设施产品占地受限，高效的电源或供配电链路可有效降低数据中心用电成本和整体占地。但关于具体节省多少占地面积，文中未提及。
Q：HVDC相比传统UPS在占地面积上有何优势？
A：HVDC比起传统的UPS，能在原来UPS应用基础上降低一部分占用空间。从主机方面看，由于UPS内部有整流器和逆变器，无论模块化还是一体化设计，占用空间基本一样，而HVDC只有一半的整流器件，所以单单从主机占地面积来讲，HVDC主机至少降低了30% - 40%。从配电环节看，HVDC后期配电环节部分采用直流熔断，相比传统交流断路器的配电柜，会节省一部分空间。整体而言，直流供电系统的HVDC系统比交流供电系统至少节省20% - 30%以上的占地空间。
Q：HVDC会采用什么替代交流配电柜？
A：HVDC的直流环节，很多直流配件中，有一部分用户（如电信用户）会采用熔断器的方式替代，而熔断器的体积远远小于断路器。
Q：现在国内和海外数据中心用UPS和HVDC的比例分别是多少？有哪些厂商在尝试HVDC方案？未来渗透率会提升到什么水平？
A：国内市场方面，目前数据中心领域交流供电仍是主流，从销售额看，去年国内数据中心行业（不包含工业、小型家用用户，指采用三相中大型UPS的数据中心）UPS市场约六七十亿人民币，HVDC份额约十亿多，占UPS市场不到20%（百分之十几）。从行业应用看，UPS是通用型设备，各行业数据中心即插即用；HVDC是定制化市场，用户集中在各大互联网公司、PUE用户以及三大运营商。从厂商看，HVDC头部厂家是国内的中恒，第二档的公司有台达、雷、东元、中兴等，各厂家在客户群体上有所侧重。海外市场情况未提及。未来渗透率提升水平未明确提及。
Q：关于HVDC的起量节奏，包括400伏路线，以及HVDC替代或渗透率提升情况，国内和海外趋势是否要等路线成熟才有机会？
A：目前DC系统整体电压等级在不断提升，国内通用HVDC市场目前以240伏和336伏为主流，但服务器和芯片厂家一直在要求提高电压等级。因为GPU服务器增长使数据中心机柜密度大幅提升，对供电电源要求提高，传统供电方式效率压力大，且国内外对数据中心PUE有要求。
Q：在三四十千瓦以上机柜要求下，传统240伏或336伏电压等级的HVDC难以满足大容量需求，针对此情况，下一代HVDC或数据中心高压直流电源的发展趋势如何？
A：在一些头部厂家中，正在积极研发更高电压等级的产品，如从原来的8千瓦提升到40千瓦，很多厂家正在研发800伏左右的直流供电，这一电压等级远超目前的200多伏或300多伏。若能提升电压等级，且管件内部器件能满足高效率和高负载需求，在安全性和性价比方面让用户能够接受，未来高电压等级的HVDC或下一代直流电源会有比较明显的增长趋势。目前，各一线基础设施厂家和头部云数据中心正在研发下一代电源。
Q：国内HVDC市场端使用情况中，互联网厂和三大运营商使用HVDC较多的原因是什么？字节的自建房和租赁房配电方式使用情况如何？
A：国内最早使用HVDC的是中国电信，因其擅长通信电源和直流电源应用，从48伏过渡到240伏高压直流时，人员熟悉，配电和用电设备切换平滑。而其他行业以交流为主，前期从交流供电切换到直流供电存在疑虑，在看到电信运营商使用HVDC后有一定观望状态。互联网数据中心如BAT机房，体量巨大，对供应商议价权强势，有动力和意愿节省电能，且有大规模采购优势，会选择高效率产品。前十年，除电信运营商外，BAT机房也逐渐采用HVDC，从刚开始的UPS一路HVDC到后来的一路HVDC一路直供。目前，包括字节在内的各大运营商、头部互联网数据中心和中立第三方租赁级数据中心都大规模使用HVDC。字节无论是租赁还是自建，会采用双路供电，一路HVDC，一路市电直供，同时采购HVDC和UPS做传统供电。
Q：服务器使用HVDC时，PSU环节是否不需要AC转DC，其后面的控制电路、滤波电路等功能是否会被省去？
A：服务器内部的PSU可认为是标准的开关电源，拓扑大同小异。若采用交直流通用的PSU，整流器无法省掉，其既可以支持240伏的HVDC，也可以支持110 - 240伏的AC。使用HVDC时，整流环节虽无具体作用，但会有部分能耗损失。后期的PFC或DC to DC环节，无论是HVDC、UPS还是交流供电应用，电路都是一样的，需要将直流母线电压降到如12伏和24伏供后端设备使用。
Q：海外对于HVDC技术推动的力度、主要客户及推动力量如何？比如英伟达下一代是否在推？海外云厂商是否在研发相关方案？
A：海外市场主要分为出口市场和纯粹海外市场。出口市场与国内应用类似，如字节在东南亚自建的数据中心等会沿用国内应用方案。纯粹海外的中立租赁级数据中心或企业自用级数据中心，会采用直流供电。
Q：不同厂家直流供电环境有何差异，英伟达下一代服务器在直流供电方面有何变化趋势？
A：不同厂家直流供电环境差异性较大，例如微软会采用一部分板级低压直流进行指控，如服务器24伏电池直接反击供电，也会采用336伏、400伏类似于国内电压等级的HVDC。英伟达主推的下一代服务器容量会比现有服务器容量增加5倍，甚至8 - 10倍，未来直流供电可能会朝着700伏甚至900伏以上的智能供电方向发展。目前各家研发的电压等级和电源拓扑还未形成行业标准，仍处于前期研发阶段。
Q：英伟达下一代服务器在供电方面是否会同时考虑交流和直流？
A：是的，在直流方面会提升电压等级，同时也不会局限于直流供电，还会有一部分交流供电，交流供电以传统方式为主，变化不大。
Q：如果英伟达考虑做HVDC，会考虑国内供应商吗，目前国内外主要供应商有哪些？
A：目前国内做直流系统比较专业且市场份额最大的厂家是中恒，但目前其直接支持海外项目不是特别多。海外主要厂家是华为和台达，此外中兴、易事特等也有各自产品，国内市场主要被这些厂家占据。未来若海外市场有明显综合需求，国内厂家会有更多海外项目，如易事特、科华在东南亚地区已有较多产品销售。
Q：数据中心采用两路电路（一路HVDC直流，一路市电）的原理和节能逻辑是什么？
A：数据中心服务器多采用多路供电，常见的两路供电是同时热备份状态，一路断电时另一路会支持关键负载持续供电。为追求较低的PUE和整体用电损耗，很多数据中心会在节能要求下将一路电换成市电直供，因为UPS或HVDC设备有3% - 4%的用电损耗，而市电直供只有配电环节，耗电量低可忽略不计。但另一路仍需走电源以保证不间断供电，防止两路都失电影响关键负载电源质量。
Q：市电接入的电压以及市电和HVDC供电切换的相关问题？
A：在交流侧采用传统供配电方式，国内电压等级一般是400或380伏三相电进线，分配给服务器后交流末端变为230伏或220伏交流电。一台服务器可插多路电源，如交流直供电源和直流直供电源，后期直流母线电压可统一，无论是HVDC DC to DC转换还是交流变直流，最终都可汇聚成同样电压等级的末端直流电，对后端覆盖无影响。
Q：HVDC与英伟达的关系以及英伟达如何定义下一代48伏HVDC方案？
A：电源厂家多年来一直与服务器及芯片厂家合作，服务器厂和芯片厂会参与相关标准设定。例如英特尔曾推荐服务器采用统一供电的电压支持供电要求。英伟达作为GPU时代较同步的厂家，会为了标准化板件或设备应用，联合外部厂家统一整体标准，以便最终能在标准化的供配电和制冷环境下进行外围设计。
Q：采用HVDC方案后，客户是否会因不确定数据中心情况而选择兼容性PSU？
A：在前期设计方面，如果用户不了解数据中心提供的基础设施是交流还是直流，可采用兼容性电源PSU来同时满足240伏和220伏的交直流电源需求，（更多调研纪要关注微信公众号：股市调研）但这种兼容性一般只能兼容到240伏，兼容不到更高电压等级，这也是HVDC设计成240伏有一定兼容性的原因。另外，对于一些Colo数据中心或大型的BAT数据中心，它们清楚前期设计，在建设HVDC直流供电基础设施时，会直接采购直流供电的PSU来满足高效需求。两种方式都可满足用户对PSU的兼容性需求。
Q：在国内选择接两路（一路接市电，一路接HVDC）时，市电那一路是否需要UPS做隔断或整流？
A：如果做市电直供，是为了提升供应链路的效率，少一个UPS可省4% - 5%的效率损耗，这也是采用市电直供的原因，但妥协之处在于没有对UPS进行电源净化。
Q：HVDC是否需要冗余，比如N加一或者二的冗余？
A：HVDC本身就是冗余，是模块的冗余。例如500千瓦或者700千瓦的整柜，内部是N加X的冗余，坏了一个模块或者X个模块以内，都不会影响设备运行，有点类似于UPS模块。
Q：UPS和HVDC的单价大概是多少？
A：UPS市场是通用级市场，对于一些大型数据中心或电信集团，价格较低，但大部分通用性市场利润及给终端用户的价格远高于五毛钱。HVDC市场是批发型市场，换算成瓦数低于五毛。
Q：从海外来看，是否是做UPS的台达和做HVDC的台达在主导市场？
A：台达这两家在全球用户中是做得比较好的厂家，其余厂家前些年主要做国内市场，因国内电信和互联网数据中心增长较大。但目前国内市场增长率有挑战性，这些厂家有海外拓展情况，不过海外增长受政策及新芯片禁售等影响，未来有明显增长趋势。
Q：海外像光宝、伊顿、施耐德等公司是否有办法做HVDC方案？
A：这些公司理论上有办法做HVDC方案。施耐德最早没有主推HVDC，伊顿有一部分做HVDC，但在国内市场份额不高，现在在国内市场已较少见，主要的HVDC供应商还是之前提到的一些厂家。
Q：国内原来专做ACDC的厂商或UPS厂商是否有可能通过资源或集成方式做HVDC？
A：像中恒、动力源等原来做电源起家的厂商，因技术路线比较一致，已较频繁地过渡到HVDC。对于国内及海外做电源的厂家而言，从整体技术看没有明显门槛，若觉得有市场潜力，过渡到做HVDC或新一代更高电压等级电源系统，技术方面相对平滑。
Q：HVDC在colo数据中心应用不了的原因是什么？
A：实际上最早的BAT的数据中心以及一些中立的数据中心，由于这些中立的数据中心并不清楚最终用户是用直流还是交流，所以在保证交流供电的基础上，会预留一部分或若干个板块的直流系统，来满足未来直流的需求。因此客户数据中心一定会部署一部分直流系统，也就是采用HVDC系统。例如字节的数据中心，无论是PDU还是HVDC都有比较大量的应用。所以HVDC在colo数据中心是可以应用的。
Q：关于HVDC中PSU的情况，结论是什么？PSU在HVDC中应该如何发展？
A：如果应用HVDC，可以省掉PSU整个环节的损耗，若想提升整体PSU的效率，采用HVDC是比较好的方式。目前PSU有交直流兼容和纯直流两种，在给用户做推荐或用户自行选择时，如果确定前提是DC，最好选择纯直流的PSU来进一步提升效率；如果用户不确定基础设施情况，只能选交直流通用的，这样兼容性会好一些，但效率会有部分损失。兼容性和效率方面由用户自行选择，推荐用户采用纯直流的PSU来提升效率。
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