高压直流供电技术及其应用前景分析Word文件下载.docx

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一、高压直流供电技术的优点

高压直流供电就是直流采用高压直流电源（区别于常用的-48V）直接对采用220V交流输入电源的设备供电，采用该技术后，电源系统将具有直流电源系统本身的天然优点，如下所述。

1、技术方面

（1）可靠性大幅提升

高压直流供电技术引入的卞要目的就在于提升系统

．的安全性。

UPS系统本身仅并联主机具有冗余备份，系统

组件之间更多地是串联关系，其可用性是各部分组件可靠性的连乘结果，总体可靠性低于单个组件的可靠性。

反观直流系统，系统的并联整流模块、蓄电池组均构成了冗余关系，不可靠性是各组件连乘结果，总体可靠性高千单个组件的可靠性。

理论计算和运行实践都表明，直流系统的可靠性要远远高于UPS系统，一个例证就是大

型直流系统瘫痪的事故基本没有。

（2）大大节约能耗

目前大單使用的UPS主机均为在线双变换型，在负载率大于SO%时，其转换效率与开关电源相近。

但一个不容忽视的现实是，为了保证UPS系统的可靠性，UPS主机均采用n+l（n=l、2、3）方式运行，加之受后端负载输入的谐波和波峰因数的影响，UPS主机并不能满足运行，通常UPS单机的设计最大稳定运行负载率仅为35

53%。

而受后端设备虚提功耗和业务发展的影响，很多

UPS系统通常在寿命中后期才能达到设计负载率，甚至根本不能达到设计负载率，UPS主机单机长期运行在很低的负载率，其转换效率通常为SO%多，甚至更低。

对于直流电源系统而言，因其采用模块化结构，可根据输出负载的大小，由监控模块、监控系统或现场值守人员灵活控制桢块的开机运行数沿，使整流器模块的负载率始终保持在较高的水平，从而使系统的转换效率保持在较高的水平。

（3）输入参数大大改善

现场测试发现，目前常用的12脉冲在线双变换型

UPS主机，加装11次滤波器后，其输入功率因数通常在

0.80.9,最大仅为0.95,输入电流谐波含量通常在7.5%左右。

与此对应，由于PFC电路的应用，额定工况下，开关

整流器模块的输入功率因数通常都在0.99以上，输入电流谐波含鼠通常在5%以下。

输入参数的改善的直接效果是，前端设备的容谊可以大大降低，前端低压配电柜可以不再配置电抗器，从而也可以降低补偿电容的耐压要求。

（4）带载能力大大提高

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第183期）

UPS系统带载能力受两个因素的制约，一是负载的功率因数，以国内某大型UPS厂商的某型主机为例，在输出功率因数为0.5（容性）时，其最大允许负载率仅为50

％；

二是负载的电流峰值系数，通常UPS主机的设计波峰因数为3,如果负载的电流峰值系数大于3,则UPS主机将降容使用。

对于直流系统而言，不存在功率因数的问题。

因其并联了内阻极低的大容招蓄电池组，加之整流器模块有大星的富余（充电和备用），其负载高电流峰值系数的负荷能力很强，不需专门考虑安全富余容增。

（5）割接改造更为方便

对千采用UPS供电的设备来说，除非其采用双电源

（或四电源、六电源），或专门配置有STS设备，否则通常只能采用停电方式割接。

对千重要系统来说，这是难以忍受的，更为麻烦的是，一些没有厂家支撑的老型设备，很有可能在停机不能重启的现象。

直流电源只要做到输出电压和极性相同即可连接到一起，从而实现不停电割接，而这是非常容易做到的。

2、建设投资

电源系统投资包括UPS电源（高压直流）、前端电源

（市电、油机）、机房三个部分。

以成都某运营商最近完工的一个机房为例进行对比分析，该机房同层布置4套

400KVA1+1UPS系统，采用高压直流供电，需sx4套

SOKW系统。

*UPS电源（高压直流）部分：

采用UPS方案每套系统的投资大约为250万元，采用高压直流供电时5套直流系统投资越160万元。

直流系统投资仅是UPS方案的2/3,究其原因，主要是没有UPS柜，并且其仅与交流整流输入电缆，没有旁路回路电缆。

＊前端电源部分：

粗略测算，采用高压直流方案，市电和汕机供电系统约可减少20~25¾

。

*机房：

采用UPS方案和高压直流供电方案，所需占用的机房面积基本相同，但是采用高压直流供电方案时，开关电源安装区域机房荷载要求大大低于UPS机房，粗略测算，机房土建成本约降低10¾

左右。

对以上投资加权后，采用高压直流供电方案总投资降低约30¾

。

需要说明的是，采用高压直流供电方案，不仅电源系统可分期建设，系统的电源校块也可根据需要分期建设，考虑投资折现率后，高压直流供电方案的投资节约率将更加明显。

3、运维成本

运维成本主要包括电费成本和维修成本，由于转换效率的提高，高压直流供电将大大节约电费成本。

在维修成本方面，高压直流供电采用的整流模块化结构，现场替换非常方便，模块除厂家外，一些通信支撑企业也可维修，维修价格在一定程度上可由市场决定。

二、高压直流技术应用前景分析

虽然高压直流供电技术具有很多优点，但电源技术的大规模商用是一个系统工程，涉及到后端用电设备、技术标准、产业销保障等方面，只有这些方面同时具有可行性，高压直流供电技术才可能得以大规模应用。

1、高压直流技术应用现状

目前对高压直流供电的应用，总体情况是电信运营商非常热心，热切希望大规模高压直流供电，与电源系统厂商一起进行了大量了理论研究，国内业界巳就包括高压直流供电电压、接地方式等关键问题达成了共识，高压直流供电巳在部分本地网进行了试点。

与之形成鲜明对比的是，到目前为止，后端IT设备还没有针对高压直流供电的电源技术标准，也没有大型

IT厂商宣布支持后端设备高压直流供电。

高压直流供电有多种电压可供选择，因为缺乏后端设备厂商的响应，国内高压直流供电的思路均是基于不对后端用电设备进行改造，供电电压的选择就必须保证在电源系统各种运行模式下，后端设备均可正常工作，目前国内业界对高压直流供电的标称电压巳达成共识，即选用240V电压等级。

2、制约高压直流技术大 规模应用的主要因素

（1）后端设备的适应性

从目前运营商的试点情况来看，尽管采用单相UPS电源供电的后端设备绝大多数都支持高压直流供电，高压直流供电基本可保障后端设备的运行。

但高压直流供电毕竟不是后端设备的电源标准，采用高压直流供电实质上是改变了设备电源的标称运行环境，因而对电信运营商而言存在较多的风险：

*技术风险：

使用UPS电源供电的后端设备种类繁多，从目前运营商的试点情况来看，还是有部分设备不支持高压直流倛电，对于具体的设备能否支持高压直流供电，能否在高压直流供电的额定输出电压、最低输出电压、最高输出电压下正常运行，只能针对具体设备进行电路分析和实际实验。

对于在高压直流供电下能正常运行的后端设备，也需要用时间来检验其寿命是否会发

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生变化。

＊法律风险：

改变设备的电源运行环境，实质上是改变了采购合同约定的运行条件，如后端设备发生故障，运营商将处于较为不利的法律地位，面临着较大的风险。

同时，对于高压直流供电最大应用场合的IDC机房，运营商通常与客户签订有严格的SLA（服务等级协议），供电电源的改变也会将运营商推向不利的地位，一旦客户托管设备发生故障，尤其是涉及到对服务连续性极为敏感的金融、大型SP等客户时，双方可能陷入长时间的纠纷，或以运营商的让步而告终。

从现网试点情况来看，运营商普遍的心态还是感觉“高压直流电源稳定可靠，不会出现问题”，还没有从法律层面认真思考可能遇到的法律纠纷。

（2）电源系统的定型与鼠产

高压直流供电还没有相应的技术标准，仅有工信部近期拟推出通信标准类技术报告＜＜通信用240V直流供电系统技术要求＞＞，对高压直流供电技术进行引导。

因缺乏技术标准和大规模商用实践的支撑，目前国内电源厂商的高压直流供电产品设备还没有定型，更谈不上量产，都是通过订单定制方式生产。

定制生产带来的问题：

＊电源设备系统的不能做到标准化，设备和器件的互换性较差。

＊订单式生产，厂家不能根据市场预测预先生产设备，设备交货周期较长。

＊设备的价格不能有效降低。

（3）配套器件

高压直流供电涉及的元器件中，整流器模块所需的功率电子器件、电容、变压器等器件较为通用，供应不存在任何问题，但熔断器、断路器等配电保护元件就较为匮乏。

高压直流供电系统日常运行电压（浮充电压）即巳达到270V,普通熔断器均为交流熔断器，巳不能支持这一电压等级，只能选用专用的直流熔断器，但目前直流熔熔断器生产厂家很少，市面上也难以见到。

断路器的情况要好一些，普通热磁脱扣型塑壳断路器单极工作电压巳可达250V,ABB、施耐德等大型厂商也可提供直流工作电压达220V的微型断路器，这两类断路器双极使用时工作电压均远远高千高压直流系统可能的最高电压（均充电压）288V,可为高压直流系统保护。

但采用这两类断路器也存在较多的问舰：



＊技术问题：

整定值易漂移；

塑壳断路器安装尺寸较大；

微型断路器易被碰刮误断、整定值通常不能调整、分断短路电流电流小。

＊商务问题：

产量较小，价格较高，供货周期长。

（4）监控系统

如要大规模商用，高压直流电源系统必须纳入动力环境监控系统，开关电源系统的监控与-48V直流电源相同，没有任何困难，但配套电池组目前还没有厂家可以提供专用的240V电池组监控单元和配套的软件子系统。

3、高压直流技术应用的推进

制约高压直流供电技术大规模应用的因素也许还有很多，根本的原因还在于没有后端设备高压直流供电的标准化。

鉴于后端设备，尤其是IT设备，绝大部分的应用还在于社会的其他行业，仅仅依靠通信行业的力量难以有效推动电源标准的改进的。

应该积极推动全社会对高压直流供电的认知，进而产生体现国家意志的法律、政府规章和技术标准，推动使用高压直流供电的IT设备的大规模生产和应用。

在后端设备具备高压直流供电的条件，并大规模商用后，电源系统的标准化将迎刃而解，市场这只无形的手将推动前端电源零部件及整机厂商全力进行研发和生产，现阶段前端电源系统存在的种种制约将不复存在。

三、高压直流供电技术应用的影响

根据＜＜通信用240V直流供电系统技术要求〉〉和运营商试点经验来看，高压直流系统是小电流系统，例如某运营商推荐每套系统的最大输出功率为SOKW, 较之大型

UPS系统每套系统数百KW的容噩，高压直流系统显然属千小系统，其部署将更加灵活，供电体制既可渠中供电，又可分散供电，但从节约资源和投资出发，还是宜采用分散供电，这就对传统机房电源、设备截然分开的格局形成了巨大的冲击，在新建机房时就需按照电源、设备混合布置的需要考虑机房的荷载、走线通道、制冷量等因素，在设备的监控和现场维护上也需打破传统的专业界限，实行综合管理。

高压直流供电技术节能、可靠，较之传统的UPS电源具有巨大的优点，在解决了后端设备的适应性后，高压直流供电技术必将得到大规模的应用。

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so通信与信息技术

2010年第1期（总第183期）