AI数据中心电力保护
2 ABB AI数据中心电力保护
目录
执行摘要 4
1. 引言：何为“AI就绪” 5
2. 理解AI负载特性 6
3. 实际测试与验证 9
4. UPS系统性能与组件耐久性 11
5. 用于大规模AI部署的中压UPS 13
6. 结论与未来展望 16
行动倡议 17
执行摘要
随着人工智能（AI）工作负载的复杂性和强度持续攀
升，数据中心对其电力基础设施提出了前所未有的要
求。传统UPS（不间断电源）系统专为稳态负载设计
和优化，如今却面临AI计算周期动态性高、变化剧烈
特性的挑战。其中包括空闲与峰值负载间的快速切换
以及频繁的过载事件。
本白皮书深入探讨了ABB通过其低压（LV）和中压
（MV）UPS系统应对这些挑战的独特方案。这些专为
AI就绪设计并经过测试的系统，凭借其先进特性脱颖
而出。我们以实际案例研究、实验室模拟及组件级分析
为基础，展示了ABB MegaFlex和HiPerGuard UPS系列如
何助力新一代AI数据中心实现可靠、高效且可持续的运
营。
1. 引言：何为“AI就绪”
“AI就绪”一词正迅速成为数据中心设计的基准，但从电
力基础设施角度来看，它意味着什么？
AI工作负载（尤其是涉及大规模模型训练和推理的负载，
如LLM、计算机视觉、生成式AI）呈现出“非线性”、脉
冲式的功耗模式。其中包括：
• 动态负载周期：毫秒级内从低功率需求快速切换至高
功率需求。
• 过载峰值：短时尖峰超出100%的UPS额定容量。
• 高可变性：负载特性因芯片架构、软件堆栈及冗余配
置差异显著。
这些特性对UPS及上游系统（如电网和发电机）造成巨
大压力，而传统设计可能无法应对此类波动。
ABB的解决方案是专为AI设计的新一代低压（LV）与中
压（MV）UPS系统。凭借先进的控制逻辑、实时负载 模
拟技术，以及对IEC 62040-3 Class 1标准的严格遵循，
ABB正在重新定义如何为AI数据中心提供具有弹性、 可扩展
性且面向未来的电力保障。
2. 理解AI负载特性
AI工作负载与传统IT负载存在本质差异。其功耗更高且 更
不稳定，根源在于AI计算周期的特性。要设计真正AI 就绪
的电力基础设施，必须理解AI负载行为的两大关键要素：
动态负载周期与过载峰值。
动态负载周期 AI系统，特别是基于GPU（图形处理单元）
或定制加速器的系统，其运行呈现高强度
和低强度计算之间的周期性交替：
• 空闲/低负载：数据预处理、内存访问或
等待I/O时，功率需求可降至UPS容量的40%
或更低；
• 高强度负载：模型训练或推理期间，需求 可
在数毫秒内飙升至UPS容量的90%以上。
这种每隔数秒便在空载与满载间快速切换的
动态波形，对UPS维持电压稳定与能效的能
力提出了严峻挑战。
图1
动态负载周期特性
过载峰值 除动态周期外，AI工作负载还会产生超过
UPS额定容量100%的短时过载峰值。
这些峰值具有以下特征：
• 通常与并行处理突发或冗余架构相关。
• 持续时间可达毫秒级但会反复出现。
• 对UPS逆变器、整流器及直流链路组件造
成压力。
不间断电源系统必须在不影响性能或触发 旁
路模式的前提下，有效吸收这些峰值电 流 -
这一要求已超出常规负载处理能力范畴。
图2
过载峰值特性
叠加负载特性：
真实场景的复杂性
实际运行中，AI数据中心呈现动态周期与过
载峰值叠加的混合负载特征。例如：
• 运行大型语言模型的服务器集群，其负载
会在50%至90%区间内以数秒为周期持续
振荡。
• 同时，在进行分布式训练同步时，它可能
产生120%的负载尖峰。
ABB基于真实客户配置文件（包括采用最新一
代GPU的案例）的测试证实：UPS系统必须
在此类复合条件下通过验证，才能视为具备
AI负载适配能力。
图3
实际动态周期与过载峰
值叠加特性
时间[s]
时间[s]
负载特性
电流限值
幅
度
[a
.u
.]
电
源
（
kW
）
8 ABB AI数据中心电力保护
上游影响：
从芯片到电网
AI负载行为不仅影响UPS，还会向上游电网
或发电机传导：
• 动态波动可能导致电压与频率不稳定。
• 过载峰值可能超出发电机响应能力。
• 负载构成（AI与非AI负载比例）及UPS冗
余架构将影响此类效应的强度。
ABB 的 MegaFlex DPA 和 HiPerGuard 等UPS
系统专为抑制此类功率反射而设计，可保护
上游基础设施。但核心问题在于：“即便
UPS系统准备就绪，电网或发电机是否已具
备承载AI负载的能力？”
图4
AI负载对电网
的影响
控制逻辑
用户界面
AI负载
负载
红色 绿色 紫色
3. 真实场景测试与验证
ABB采用实际AI负载特性开展了大量现场测试与实验室 仿
真，确保UPS系统真正具备AI负载适配能力。这些测试
不仅验证了产品对国际标准的符合性，更通过了动态及
峰值负载压力下的长期可靠性评估，彰显了ABB对交付
高可靠性产品的承诺。
现场案例：
数据中心ABB
MegaFlex UL应用
2024年10月，ABB在一个运行先进AI服务器
的数据中心部署了 MW MegaFlex UL UPS
系统。2025年3月进行的为期一周的系统监测，
记录了实时负载行为与UPS性能。这一真实案
例印证了ABB UPS系统在处理现代AI工作负
载时，应对其高强度与高波动性的实用价值
与卓越效能。
关键结论：
• UPS在持续承受AI动态负载循环及过载峰
值时，所有参数均严格遵循技术规范。
• 即便在峰值负载事件中，蓄电池系统也无
需额外能量支撑。
• 系统始终维持IEC 62040-3 Class 1标准规定
的电压性能，验证其“AI就绪”特性。
此次真实场景验证表明：ABB UPS架构能够
从容应对现代AI工作负载的高强度与高波动
性，同时确保运行时长与能效不受影响。此次
真实场景验证表明：ABB UPS架构能够从容
应对现代AI工作负载的高强度与高波动性，
同时确保运行时长与能效不受影响。
图5
负载特性现场
测试
最高平均负载，
最大波动
较低平均负载，
黄色
最大波动
最低平均负载，
最小波动
较低平均负载，较小波动
元件级寿命分析 ABB研发团队与IEC合规部门联合元件供应
商，评估了AI负载特性对UPS硬件的长期影
响。
结果：
• 对于未超过UPS容量100%的AI负载特性， 未
观察到组件寿命缩短。
• 即使处于重复动态循环下，关键组件仍保
持在安全的热力和电气限值范围内。
该分析证实，ABB的UPS系统在AI特定压力条
件下符合要求且具备耐久性。
定制化负载模拟：
ABB瑞士研发实
验室
ABB在其瑞士Quartino研发实验室开发了定
制化AI负载模拟器，以复现更极端的AI 负
载场景。该设施可模拟高达4 MW的AI负载，
包括：
• 快速转换的动态循环。
• 高达UPS容量130%的过载峰值。
• 经数字化处理并应用于测试台的实际客
户负载特性。
测试结果：
• ABB MegaFlex DPA系列UPS在无需电池支
持的情况下，成功通过全部测试场景。
• 输出电压始终保持稳定，负载被完整切换
至电网。
• 即使在15毫秒内承受120%的过载，系统仍
持续符合IEC标准。
此项能力使ABB可为客户逐案验证AI就绪状
态，确保为各类AI部署提供定制化性能保障。
图6
负载特性的采集与数字
化处理流程
时间[s]
幅
度
[a.
u.
]
4. UPS系统性能与组件寿命
随着AI工作负载对电力基础设施提出极限要求，UPS系
统必须在满足性能标准的同时，确保在持续压力下保持
长期可靠性。ABB通过严苛测试、元件级分析与系统级
优化相结合的方法，打造真正满足AI需求且持久耐用的
UPS解决方案。
过载工况性能表现 ABB MegaFlex DPA与UL系列UPS系统经受
了过载峰值达额定容量130%的AI负载特
性测试。测试显示：
• 即使在急速负载切换中仍保持输出电压稳
定。
• 短时过载（如15 ms峰值）无需依赖蓄电
池系统。
• 完全符合IEC 62040-3 Class 1电压性能标准。
这意味着，该系列UPS能够吸收并管理AI负载
尖峰，无需触发旁路且不影响供电质量 - 这
正是AI业务连续性的关键保障。
元件应力与寿命分析 AI工作负载频繁剧烈的波动会对关键UPS
元件造成持续应力，包括：
• 直流链路电容器
• 逆变器与整流器中的IGBT。
ABB研发团队与元件供应商合作，在真实AI
负载条件下开展了寿命影响评估。
研究发现：
• 对于未超出100%额定容量的负载情况， 未
观测到元件寿命衰减。
• 即便在重复性动态循环工况下，热电应力
仍持续处于安全运行范围内。
这证实了ABB UPS系统不仅具备AI就绪的
功能特性，更能在AI专属应力模式下保持长
久耐用。
AI负载模式优化 为进一步提升性能，ABB正在开发AI负载模
式 - 一种通过固件层面实现的优化方案，其
特性包括：
• 在过载事件中最大限度减少对电网的功率
索取。
• 调用直流链路吸收瞬时尖峰电流。
• 抑制上游反射，缓解发电机与电网接口的
应力。
初步测试显示，该模式可显著降低120%过载
峰值对电网的冲击，且不影响输出电压质量，
也无需蓄电池介入支援。此特性使其特别适
合配置备用发电机或对电网波动敏感的应用
环境。
5. 用于大规模AI部署的中压UPS
随着AI数据中心进入吉瓦级规模，传统低压供电架构在
能效、占地面积和扩展性方面面临瓶颈。为满足超大规
模AI工作负载需求，ABB开发了HiPerGuard中压UPS - 这
是专为新一代AI基础设施设计的高效大容量解决方案。
为何AI数据中心需要中
压方案？
图7
HiPerGuard中压UPS
示意图
AI数据中心日益呈现以下特征：
• 部署数万个GPU或AI加速器的大规模计算
集群。
• 单个机柜及IT阵列实现高密度供电。
• 单厅电力容量突破10 MW。
• 严格的运行时长与电能质量要求。
ABB中压空气/气体绝缘
开关柜解决方案
HiPerGuard中压UPS专为支持混合动力环境而
设计，尤其适用于整合大型现场发电资产
（如燃气往复式发动机与涡轮发电系统）
的场景。其设计通过以下核心特性应对这
些发电源带来的运营挑战：
发电机友好型拓扑结构
系统采用高阻抗接口与先进控制算法，可
适配大型低惯量发电机典型的慢瞬态响应
与频率波动特性。
模块化功率转换架构
UPS由分布式功率转换模块构成，可实现：
• 精细化负载分段管理。
• 增强故障隔离能力。
• 抑制上游谐波传播。
负载特性平滑
通过多模块均载运行，系统有效缓减阶跃负
载冲击，使发电机端感受到的电力需求更趋
平稳可预测。
图8
电网观测到的负载多样化效
应（基于不同负载数量）
高阻抗串联电抗器
该系统的核心组件为阻抗率达50%的串联电
抗器，其具备以下功能：
• 充当限流与滤波元件。
• 衰减高频瞬态。
• 平滑电流变化率（di/dt）。
• 降低UPS及发电机的电应力。
通过上述集成化特性，系统在波动负载条件
下维持电能质量与运行稳定性的能力得到全
面提升。这尤其适用于对不间断纯净供电有
严苛要求的AI数据中心等关键任务场景。
低压柴发
自动旁路断路器 中压开关柜
开关柜
控制器
中压柴发
输出断路器
中压
低压
) AT负载
光伏/风电
系统
控制器
大型燃气轮机
AT负载
图例
电源
控制
测量
储能
典型后备时间：15秒至120分钟
（可支持更长运行时间）
通讯
以太网（铜）
光纤
用户界面
额定输入/输出电压：
(6 kV)
12 kV IEC (10 - 11 kV)
15kV ANSI ( - kV
24 kV IEC (20 - 24 kV)
*) 35 kV IEC规格即将推出
输入断路器
耦合
变压器
高压市电
线路隔离器
机械负载与
冷却
支持多电源输入
平均值 16
平均值 32
平均值64
系统 6
系统 12
系统 5
系统 11
系统 4
系统 10
系统 16
系统 3
系统 9
系统 15
系统 2
系统 8
系统 14
系统 1
系统 7
系统 13
中 压 UPS
AI负载验证
ABB采用真实AI负载特性对HiPerGuard中压
UPS进行验证，涵盖：
• 动态循环与过载峰值。
• 多系统间的负载多样性。
• 通过变压器缓冲实现负载平滑切换。
关键结论：
• 在AI专属应力工况下未出现性能异常。
• 中压UPS与负载间的变压器有效抑制峰值
效应。
• 跨系统负载分散策略提升整体电能质量与
稳定性。
图9
HiPerGuard输入/输出电
压电流对比
装机量与增长
趋势
截至2025 年的在建项目，全球中压UPS 系统
总装机容量已突破330兆瓦，为数据中心提
供可靠电力保障。项目遍布欧洲、亚太及
北美地区，其中美国和加拿大区域呈现
高度集中态势。这一装机规模标志着中压
UPS技术正日益成为大型关键数据中心不可
或缺的电力骨干。
输入电压（pu）
输入电流（pu）
输出电压（pu）
输出电流（pu）
6. 结论与未来展望
AI工作负载的兴起正在重塑数据中心电力基础设施格
局。从动态负载循环到过载峰值，AI带来了传统UPS 系
统 设 计 维 度 之 外 的 全新 电 气应 力 挑 战。 ABB通过
MegaFlex（低压）和HiPerGuard（中压）UPS产品系列
作出响应，彰显了为AI就绪数据中心构建工程级韧性、
高效与可扩展性核心的坚定承诺。
ABB技术路径的亮点：
• 通过实际部署与实验室模拟，实现经实证的AI负载 处
理能力。
• 短时过载无需依赖电池，确保储能系统专用于真实
断电场景。
• 联合顶尖供应商完成元件级耐久性验证。
• 采用AI负载模式优化技术，缓解电网与发电机应力。
• 中压UPS为超大规模AI环境提供可扩展方案，全球部
署率持续攀升。
随着AI模型规模与复杂度的增长，能源基础设施将面临
更严苛的要求。
未来的技术演进将包括：
• 集成AI驱动的UPS控制系统，实现预测性负载管理。
• 构建UPS、电池与可再生能源融合的混合能源体系，
支撑可持续AI运营。
• 运用数字孪生与仿真平台，在部署前预演AI负载行为
特征。
• 扩建测试基础设施（如ABB里士满），支持客户定制
化AI负载验证。扩建测试基础设施（如ABB里士满），
支持客户定制化AI负载验证。
ABB正积极投资这些领域，与数据中心运营商、芯片制
造商及基础设施伙伴紧密协作，确保电力供给永不成为
AI创新的瓶颈。
