ABB电力保护方案瞄准超大规模数据中心电力需求

现代超大规模数据中心（Hyperscale Data Centers）需要灵活的架构，以提供具韧性、高能源效率的电力保护系统，这些系统需针对人工智能（AI）工作负载的独特需求量身打造，同时能够适应各种服务器密度和冷却系统。由于AI所需的处理工作负载更高，数据中心的电力密度预计将呈指数级成长。

传统数据中心通常以每机架10-20 kW的电力密度运作。2022年运行NVIDIA Hopper GPU的数据中心需要高达每机柜50 kW的电力。

随着先进的Blackwell GPU需求高达每机柜150 kW，以及Rubin GPU预计在2026-2027年间上市所规划的每机柜高达600 kW的电力消耗，高密度电力供应现已成为必要条件。再加上AC电力供应、散热设计和部署灵活性对于超大规模数据中心的建设至关重要，并且会对电网基础设施产生重大影响。

ABB智能能源电气事业部协理Daniel James指出，超大规模数据中心营运所面临的挑战，将随着AI服务器机柜的电力需求达到万亿瓦（MW）级别，首先是超大规模业者和主机代管服务供应商所正在经历的高功率需求也将交流电（AC）基础设施推向其物理极限。

随着电力负载持续增加，高电流导致的线缆热损耗也随之增加。全球AI团队和服务器供应链正与数据中心设计规划专家密切合作，提供能够应对这些挑战同时优化能源使用的解决方案，而ABB目前正与NVIDIA合作开发下一代AI工作负载解决方案。

从交流电力到服务器机柜的直流电供应的技术挑战

业界正面临Blackwell工程挑战，其需在考量将现阶段的400 V AC输入的同时，同时同步考量规划采用800 V DC的设计以应对Rubin到来的电力需求。DC传输相较于AC具有优势，包括较低的线路电阻、较少的损耗，没有电抗的问题，因此具有更高的电力传输能力。

IT供应商和超大规模数据中心业者正积极开发从台电输配线路到机柜的400V、800V，甚至1,500V DC架构的电力系统，以验证在高变动的AI工作负载下的效能表现。

在DC供电的数据中心广泛应用之前，必须克服几项技术障碍。最明显的挑战是电力元件重新设计。几乎每个元件，无论从变压器到断路器，都必须为DC运作进行重新设计。这对变压器、变电站、不断电系统（UPS）、转换器、调节器和其他电气设备造成重大负担。高压直流电也带来安全挑战，需要特别注意安全和法规遵循，尤其是在较高电压下，相较于交流电系统，故障管理要求更为严格。

从低压到中压（MV）等级的转型，对于大型关键电力设施而言也是自然的演进，具有两大主要优势：提高可靠性并降低设施建设和营运成本。可靠性透过中压设计得到提升，包括更大的受保护负载区块、更少的开关设备数量，以及成熟的中压系统操作实务。

HiPerGuard展现AI数据中心的新时代不断电系统的标竿

AI工作负载（如 NVIDIA Blackwell系统下）会产生突发且不可预测的电力峰值，需要快速、具韧性的UPS系统和灵活的配电系统。随着电力密度提高和可靠性要求增加，先进的UPS系统对于任务关键基础设施至关重要。而ABB所 提供的 UPS 和电压调节技术大幅度满足这类水涨船高的需求。

HiPerGuard UPS系统是专为应对这些挑战而设计。Daniel强调：「HiPerGuard提供市场上最高水准的效率。」HiPerGuard是从ABB新西兰创新中心所开发的尖端产品，是业界首创专为超大规模数据中心设计的静态中压UPS系统。

它采用创新的ZISC（Z阻抗隔离静态转换器）架构，无需循环储能即可调节和过滤输入电力。该系统为任务关键设施提供高达24 kV的持续可靠电力供应，并支持中压架构，既节省能源和空间，又能实现快速、灵活的扩展。

AI基础设施正呈指数级成长，电力保护系统必须在不中断现有运作的情况下无缝接轨与持续扩展。HiPerGuard展示了模块化UPS架构的高效能优势，其维持98%能源效率下，还同时提供N+1冗余的设计，这相当于在15年使用寿命期间可减少1,245吨的碳排放的关键贡献。

当AC压骤降发生时，HiPerGuard在毫秒内可以迅速做出反应，指令输入断路器以维持稳定的电力可靠性。该系统整合智能配电和监控平台，提供电力品质和耗电量的实时可视性的管理，这对于优化AI工作负载管理至关重要。

理想的HiPerGuard配置是采用20 MW区块模块的设计，搭配N+1冗余UPS系统设计，确保持续供电并内建备援。该产品的目标是瞄准数据中心客户，这将包括AI超大规模资另中心营运业者和主机代管服务供应商。

目前指标性的合作案例，首推与美国Applied Data Center的合作案件，将HiPerGuard技术与前瞻性数据中心架构相结合，提供前所未有的可靠性、能源效率和可扩展性。

此外，HiPerGuard非常适合台湾的半导体晶圆厂和供应链，可取代机械式飞轮旋转式电力备援系统（动态旋转式不断电系统，或称DRUPS）。透过HiPerGuard提供稳定、高品质的电力，对于任何电力干扰都可能中断精密制程，而造成数百万元的损失风险的半导体产业至关重要。

HiPerGuard透过提供无与伦比的可靠性、效率和可扩展性，将可以确保台湾的半导体产业的高稳定电力供给，并保持高生产力。让半导体制造受到严密的保护，HiPerGuard将扮演关键角色。