数据中心供电架构的演进路线为 UPS-直流电源-固态变压器 SST
思瀚产业研究院 安仕新能源    2026-06-09

（1）第一阶段：交流不间断电源 UPS 时代

交流不间断电源采用市电经 AC-DC-AC 双变换后输出交流电、再经 IT 设备电源进行 AC-DC 转换的两级转换架构。按输出容量可分为单相 UPS 和三相 UPS：单相 UPS 容量通常不超过 10kVA，主要用于小型机房场景；三相 UPS 容量可达 10 至2,000kVA，为中大型数据中心的主流选择。

在储能技术上，铅酸电池为早期 UPS 系统的主流方案，其技术成熟、成本较低，但能量密度有限、占地面积大、循环寿命通常仅约 500 至 1,000 次，且对环境温度敏感，需配备专用空调系统，日常维护成本较高。2010 年前后锂离子电池开始逐步替代铅酸电池，锂电 UPS 能量密度通常约为铅酸电池的 3 至 5 倍，循环寿命通常达 2,000 至 6,000 次，且工作温度范围宽、占地面积小，可有效降低数据中心土建及运维成本，目前锂电 UPS 渗透率持续提升。

随着数据中心单机柜功率密度持续攀升，大功率三相模块化 UPS 成为主流选择。模块化 UPS 支持在线热插拔和分期扩容，可根据业务需求灵活扩展，系统可用性高于传统塔式 UPS。UPS 架构在国内数据中心市场占据较高份额，但双变换架构导致系统效率偏低，仍存在一定提升空间。

（2）第二阶段：直流供电阶段

直流架构对传统 UPS 方案的核心变革在于大幅精简电能转换层级，市电 AC直接转换为 48V 或 400V/800V 直流电供给 IT 机架，转换减少了 AC-DC-AC 的环节，系统效率可达 97%以上。相较于 UPS 方案，直流供电在转换效率、系统可靠性及模块化并机扩容灵活性方面具有明显优势，直流供电架构一级事件年发生率远低于传统 UPS 方案。在 BBU 电池备份单元方面，48V 平台 BBU 采用主要适配中功率场景，400V/800V HVDC BBU 适配于超高功率场景。

（3）第三阶段：固态变压器 SST 前瞻探索期

固态变压器基于碳化硅 SiC、氮化镓 GaN 等新型功率半导体器件，可在单一设备内实现中压交流至低压直流或交流的一步式转换，无需传统隔离变压器，可同时承担电压变换、功率因数校正及电能质量治理等功能，并天然支持交直流混合配电与分布式能源融合，为实现源网荷储一体化智能调控提供技术基础。SST全链路效率可达 98%以上，相同容量下设备体积仅为传统变压器的 20%至 30%。

目前 SST 在数据中心领域仍处于示范项目阶段，成本约为传统方案的 3 至 5 倍，且高压大容量器件可靠性尚待验证、行业标准体系尚不健全，商业化大规模应用仍需较长时间。

以下分析供 UPS 电池系统、机架电源低压 BBU、HVDC BBU 三种备电电池系统方案。

（1）UPS 电池系统市场概况

根据 Mordor Intelligence 数据预测，全球 UPS 设备市场规模至 2026 年预计达 128.1 亿美元，至 2031 年预计将达 157.2 亿美元，2026-2031 年复合年增长率预计为 3.58%。受 UPS 设备行业的快速发展驱动，全球 UPS 电池系统的市场规模也稳健增长，根据 Technavio 数据预测，数据中心行业使用 UPS 电池系统全球市场规模至 2029 年将增长到 83.8 亿美元，2024-2029 年复合年增长率预计为6.8%。

根据 Mordor Intelligence 数据预测，2025 年锂电 UPS 市场份额为 38.24%。根据 GGII 调研显示，2025 年全球第一梯队厂商施耐德、伊顿和维谛技术合计占全球 45%-50%的市场份额。其中施耐德电气以 20%-22%的全球份额领跑，渠道与产品覆盖优势显著；维谛技术全球份额为 10%-12%，是超大规模数据中心领域的核心玩家，三者共同掌握行业主导权。

（2）BBU 电池系统市场概况

BBU 主要采用锂电技术，通常为“5+1”冗余架构，一组电池备份系统由 6 个BBU 与 1 个 PMI 监控模块，类似于分布式内置机柜内部的 UPS，与传统 UPS 系统相比，具备更灵活的可扩展性，更快速的切换速度，但也存在相对更高的热失控风险，故而安全可靠、热管理一直是 BBU 产业技术发展的核心关注点。

目前 BBU 已在 Meta 和谷歌的数据中心和 AI 算力中心中已实现应用，逐步替代传统 UPS 作为 AIDC 备用电源方案。据 Omdia 预测，未来五年 BBU 市场渗透持续提高，但仍无法完全取代 UPS。根据 GGII 报告，2025 年全球 BBU 备电电池市场规模约 35 亿元，有望快速增长至 2030 年的 350 亿元，预计 2025 年至 2030 年将以 58.5%的年复合增长率快速增长。

高压直流（HVDC）供电架构是新一代数据中心配电技术的核心方案。与传统交流供电模式相比，HVDC 通过减少交直流多次转换的中间环节，可显著提升电力转换效率与系统运行可靠性。早期因产业链配套不足及设备成本较高，HVDC 在数据中心领域的应用推广受到一定制约；近年来，HVDC 凭借极致节能、维护简便及易于与锂电池 BBU 耦合等优势，已成为超大规模数据中心及 AI 算力中心的首选供电架构。

AI 算力中心发展为 HVDC 技术成熟度提升带来阶段性的催化效应。据 GGII数据，2025 年全球 HVDC 架构 BBU 备电电池市场规模为 33 亿元，有望快速增长至 2030 年的 335 亿元，预计从 2025 年到 2030 年将以 59.0%的年复合增长率增长。

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