固态变压器(SST)的核心技术是电力电子技术,通过高频和高效率的电能转换装置实现电压变化和电气隔离,主要应用于数据中心柜外供配电方案,替代传统工频变压器,从中压10千伏或35千伏直接转换到直流端,提高系统转化效率。SST主要包括输入级AC-DC整流、中间级直流电压变化(高频变压器)、输出级DC-DC输出三个级别。
SST的成本主要由五个部分构成:电力电子器件(目前多使用碳化硅功率半导体)、直流电容器、高频变压器、控制系统和散热系统。此外,还有一些零散部件。
SST的发展历史可追溯至1970年的高频链变换电路,最初应用于交流层面,后拓展到直流变化,过去主要用于能源路由器、直流配电网、电动车充电站及轨交等场景。在数据中心方面,由于早期数据中心规模较小且以交流为主,开发较少,但近年来随着数据中心规模扩大和AI芯片等高功耗设备普及,SST开始逐步引入,如2023年国内东数西算项目中已有首批交付。
未来数据中心对SST的需求将显著增加,主要因为数据中心整体处于快速升级迭代过程中,AI芯片等设备功耗持续增加,传统供配电架构难以适应更高单机位功率需求,导致能量损耗加大、铜缆用量激增。SST作为高度集成、高效转化的供配电技术,有望成为主流选择之一,英伟达明确提出800伏直流架构并预计2027年全面匹配下一代芯片,进一步推动SST发展。
相比传统UPS和HVDC方案,SST具备更高集成度与转化效率(可达98%-98.5%),占地面积更小,总体成本控制更优,系统更加紧凑、高效。
当前制约SST在数据中心广泛应用的因素包括:产业链仍处产品开发、测试验证阶段,成本偏高,需要规模化降本;10千伏或35千伏中高压整流技术门槛较高;高集成度与转化效率要求对企业技术提出更高挑战。然而,随着下游头部客户如英伟达明确方向及产业链投入增加,这些问题有望逐步解决。
数据中心用电特征具有耗电量大和功率波动显著的特点,对SST设计和选择有重要影响。SST设计需特别关注转换效率和占地面积,同时需满足数据中心对供电系统平稳运行和安全性极高的要求,目前行业内尚无统一标准,各企业主要依赖资深技术人员进行拓扑结构设计,导致产品性能存在差异。
SST作为直流系统,控制和保护难度较交流系统更大,直流系统没有自然过零点,绝缘难度较高,故障扩散速度快。数据中心对直流系统安全性和稳定性要求极高,需要配套有效的控制保护系统,保障负载侧出现高频大幅波动时仍能平稳运行,这也是SST技术门槛较高的重要原因之一。
全球范围内,英伟达、谷歌、微软等大型科技公司已将SST纳入未来供配电方案,伊顿、通用、台达等海外企业已推出相关产品并进行测试。中国大陆科士达、阳光、金盘、西电等公司也积极推进研发,计划于2026年推出样机。国内外企业在SST领域发展速度基本一致,均处于快速推进阶段。
SST产业链上游关键部件包括高频变压器、固态断路器及功率半导体器件。国内已有多家企业在这些关键部件上进行布局,如磁性材料、高频变压器及固态断路器领域均有相应投入,这将为未来SST的大规模应用提供支持。
预计未来两年内(至2028年),如果进展顺利,SST将在数据中心实现落地应用。考虑到单瓦价格较高,若数据中心达到几十GW级别需求,市场规模有望超过千亿级别。推动因素包括技术成熟度提升、大型科技公司需求增加及国内外企业积极布局,此外上游关键部件需求增长也将促进整个产业链发展。
国内企业在全球SST市场中具有技术积累和研发响应速度等优势,有望抢占一定市场份额。部分国内企业计划于2026年推出样机,若顺利实现0到1的突破,将为全球数据中心供配电市场带来显著贡献,对于具备强大研发能力的国内企业而言,这是一个潜力巨大且细分明确的重要赛道。