AIDC系列（二）：电能质量———数据中心的必备“维生素”

证券研究报告* 请务必阅读最后一页免责声明01证券研究报告* 请务必阅读最后一页免责声明2025年2月23日AIDC系列（二）：电能质量———数据中心的必备“维生素”民生电新 邓永康/许浚哲证券研究报告* 请务必阅读最后一页免责声明核心要点•数据中心对供电稳定性的要求极为严苛。数据中心电能质量问题可能导致停机、数据损坏、硬件故障以及维护成本增加，造成业主损失。常见的电能质量症结有无功功率、谐波、三相不平衡。•APF、SVG是电能治理的关键设备。APF（有源谐波滤波器）：主要针对用电系统中的谐波、无功功率，以及三相不平衡问题做治理，实时检测电网中的谐波，通过变流器产生反相补偿电流，动态滤除电网中的谐波。SVG（静止无功发生器）：是无功补偿技术代表，实时动态补偿，可以补偿感性无功功率和无功功率的容差，并且不会发生过充、欠充，可以稳定系统电压。数据中心常规的电能质量解决方案是有源电力滤波器APF和静止无功发生器SVG的组合使用。•25年全球数据中心电能质量市场空间预计为60亿元。测算条件：1、考虑1.3的PUE；2、假设2N供电架构，变压器负载率为50%；3、假设电能治理配比为变压器容量的30%；4、假设电能质量设备全球均价为500元/kw。结论：24/25/26年全球电能质量市场空间达到48/60/76亿元。•国内竞争格局目前是内资主导。数据中心对用电质量较其他行业更为严苛，对低压电能质量产品的性能安全稳定要求更高，用户更多从产品品质、可靠性、性价比等方面对低压电能质量产品进行选择。第一梯队是盛弘股份、艾临科、台达、英博电气，第二梯队是ABB、西安爱科赛博、诺企、库柏、埃特罗斯等企业。技术方向上，进阶的SiC基低压电能质量产品性能更优，未来基于SiC基功率器件的SVG和APF可能会来开企业之间的差距。•长远来看，数据中心影响电网也需要更多的电能治理。1）数据中心的大规模建设给电网带来压力，海外尤其明显；2）未来多种新能源接入数据中心也会将谐波和无功带入电网系统；3）数据中心能效规范推动，带来的改造需求也将拉动电能质量设备用量。•投资建议：数据中心下游CAPEX起量，电能质量细分下游有望迎来高速增长，建议关注涉及相关电能质量领域的优质电力电子公司。•相关标的梳理：盛弘股份、爱科赛博、上能电气•风险提示：下游资本开支不及预期、行业竞争加剧风险、技术替代风险。1证券研究报告* 请务必阅读最后一页免责声明APF、SVG是电能治理的关键设备02数据中心电能质量的市场空间&竞争格局03数据中心用电治理的必要性01投资建议042相关标的：盛弘股份、爱科赛博、上能电气05风险提示06证券研究报告* 请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告数据中心用电治理的必要性01.3证券研究报告* 请务必阅读最后一页免责声明4数据中心电能质量症结：无功功率、谐波、三相不平衡1.1•数据中心对供电稳定性的要求极为严苛。配电系统作为数据中心的心脏和大动脉，时刻承载着保障业务安全稳定运行的使命，而配电系统的安全、高效、节能与电能质量的好坏有极大的关系。根据Uptime Institute，电能质量问题约占数据中心所有停机事故原因的33%。此外，电能质量问题还可能导致数据损坏、硬件故障以及维护成本增加。随着数据中心对可再生能源的依赖增加，电能质量治理成为保障新能源稳定接入的关键，绿电必须进行精准的无功和谐波处理。•目前影响数据中心电能质量的因素主要包括三个方面：无功功率、谐波、三相不平衡。01数据中心存在大量的容性负载和感性负载，空调、高频UPS 和 HVDC等均为容性设备，运行时发出容性无功功率返送给高压系统，增加线路损耗，当备用电源启用，容性无功还可能造成油机内部电抗产生电压谐振潜在风险，出现过电压，降低励磁电势，使发电机运行不稳定，容易导致并机崩溃。无功功率02由于数据中心低压配电网中，除了有三相负载，也存在大量的单相负载，因此会产生三相不平衡，不平衡负载长期运行会增大线路及变压器的损耗、严重影响电力设备的安全稳定运行。三相不平衡03数据中心存在大量的整流、逆变等非线性负载，负载由于采用变频节能技术，运行时均会产生谐波，谐波不仅污染电源网络，设备自身也会受污染。谐波图表：数据中心机房无功及谐波现状资料来源：《数据中心电能质量治理探讨》戚大臣等，《数据中心配电系统无功补偿及谐波治理的研究》张慧玲等，民生证券研究院 图表：数据中心电能质量三大症结证券研究报告* 请务必阅读最后一页免责声明5主要问题一：谐波的治理1.2•以谐波为例，谐波是指频率为基波频率整数倍的一种正弦波。在数据中心供配电网络中，由于许多非线性电气设备的投入运行，其电压、电流波形实际上不是完全的正弦波形，而是不同程度畸变的非正弦波。数据中心机房的谐波源主要包括UPS电源、开关电源、空调系统设备、照明等等非线性负载。尽管单台设备的容量小，谐波电流不大，但对于设备群体而言，谐波电流及其危害不容忽视。•谐波危害：（1）设备运行受损：谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。（2）数据安全与通信受扰：谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。图表：含谐波的电压信号：波形呈现出非正弦特征谐波源谐波UPSUPS 内部主要是三相全控桥式整流及逆变电路，其中 6 脉整流主要产生 6n±1 次谐波，12 脉整流主要产生 12n±1 次谐波。空调系统、电梯等变频负载典型谐波为 5、7、11、13 等 6n±1 次。照明负载典型谐波为3、5、 7、 11、 13 次等。图表：数据中心部分谐波源资料来源：《基于STFT的电能质量谐波检测》余茂全等，《数据中心电能质量治理探讨》戚大臣等，民生证券研究院 证券研究报告* 请务必阅读最后一页免责声明61.3•电气设备的运行既需要有功功率还需要无功功率。有功功率（kW）指真正用于做功的能量，无功功率（kvar）是电力系统中用于建立电磁场的“支撑能量”，本身不损耗，但会在电网中往复流动。如果无功功率不足，用电设备就不能建立正常的电磁场，电气设备的运转就会受到影响。且无功功率会占用电网容量，导致线路损耗增加、电压不稳定、设备效率下降。所以需要进行无功补偿。目前数据中心机房中大量使用变频器、UPS、开关电源、LED、服务器等呈容性或感性特征的非线性负载，产生无功。•无功补偿，就是就地平衡这部分能量，减少电网负担。其作用原理即把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并接在同一电路，当容性负荷释放能量时，感性负荷吸收能量，而感性负荷释放能量时，容性负荷吸收能量，能量在两种负荷之间交换。这样，感性负荷所吸收的无功功率可从容性负荷输出的无功功率中得到补偿。图表：无功补偿原理和矢量图资料来源：现在数据中心网公众号，民生证券研究院 主要问题二：功率因数过低的挑战证券研究报告* 请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告APF、SVG是电能治理的关键设备02.7证券研究报告* 请务必阅读最后一页免责声明2.1常见电能质量产品介绍资料来源：爱科