通信高壓直流電源系統(tǒng)應用探討

張 靜

（太原理工大學電氣與動力工程學院，山西太原 030024）

最近幾年來，我國通信行業(yè)發(fā)展迅速，通信企業(yè)的規(guī)模飛速擴大，作為通信企業(yè)運行的核心單位—通信大樓的數量也在逐年增加。保證通信大樓需要的供電設備從數量及種類上都在不斷增長，造成整個大樓的供電系統(tǒng)越來越龐大和復雜，再加上通信設備長年不間斷地運行和不定期系統(tǒng)擴容，因此UPS的安全運行存在不少隱患。據原信息產業(yè)部的相關部門統(tǒng)計，因供電系統(tǒng)故障而引發(fā)通信系統(tǒng)故障的情況，在近幾年來已經占到了通信系統(tǒng)各類故障總量50%左右，給通信系統(tǒng)的安全運行造成極大的危害。總之，改善通信供電系統(tǒng)的安全性和可靠性已經刻不容緩，必須使用一種新式的供電系統(tǒng)來代替現(xiàn)有UPS。

1 UPS現(xiàn)狀及存在的問題

1.1 UPS的供電模式

UPS的工作原理是:當市電380 V交流電正常輸入時，系統(tǒng)通過AC/DC整流器把交流電轉換成直流電、再通過DC/AC逆變器逆變?yōu)橥ㄐ啪W絡設備需要的220 V交流，同時直流電也對蓄電池組進行充電;而如果市電380 V交流電中斷或出現(xiàn)故障時，蓄電池組放電，通過逆變部分把直流電轉換成交流電為通信網絡設備提供220 V交流，始終保持負載正常工作。

1.2 UPS存在的問題

(1)安全使用方面

UPS系統(tǒng)輸出220 V交流電，蓄電池組作為系統(tǒng)中的備用蓄能它只能輸出直流電。這里存在一個問題就是UPS系統(tǒng)的蓄電池組不能直接供給負載電能，必須通過系統(tǒng)中的逆變模塊把直流逆變?yōu)榻涣麟娫佥敵鼋o負載。因此，UPS的穩(wěn)定性直接影響到整個系統(tǒng)的可靠性，如果一旦UPS逆變模塊出現(xiàn)問題，即使蓄電池組有充足的電能，也不能供負載使用。

(2)日常維護難

UPS廠家出于技術保密或者經濟原因，UPS系統(tǒng)內部維護一般不對外開放，導致企業(yè)維護人員不敢也不會對UPS進行維護。目前UPS設備基本依靠廠家來維護。

(3)電能浪費

UPS一般都是采用一個主用一個備份，其負荷率大約為50%左右。而采用兩個主用一個備份的系統(tǒng)負荷率提高了，但也只有66%左右。有時需要考慮到負荷的改變，為了降低供電的故障率，系統(tǒng)通常保持一定冗余度，如容量按照80%計算，那么造成每套UPS的負荷率只有大約45%左右。為了提高系統(tǒng)供電的安全性，通信企業(yè)普遍使用兩套(N+1)UPS，那么每套UPS負荷率就更低了。

2 通信高壓直流電源系統(tǒng)模式

2.1 HVDC供電模式

HVDC(High Voltage Direct Current)的工作原理是:系統(tǒng)中的AC/DC整流器將市電的380 V交流轉變?yōu)?40 V直流電，系統(tǒng)中的直流配電模塊把240 V直流電分配給通訊網絡設備，同時為閥控式鉛酸蓄電池組充電。當市電交流380 V由于某種原因發(fā)生故障輸出不正常時，系統(tǒng)中的閥控式鉛酸蓄電池組就開始進行放電，通過系統(tǒng)中的直流配電部分為通信網絡設備提供可靠的240 V直流電。

2.2 HVDC的優(yōu)越性

(1)安全可靠性提高

相比較傳統(tǒng)的UPS系統(tǒng)，采用直流供電最大的優(yōu)點是大大提高了供電的可靠性。這可以從兩方面體現(xiàn):一是由于HVDC采用閥控式鉛酸蓄電池組和通信網絡設備并聯(lián)這種結構，當系統(tǒng)輸入端380 V發(fā)生故障時，閥控式鉛酸蓄電池組就可以為通信網絡設備直接供電，減少了中間環(huán)節(jié)，二是HVDC不存在UPS的模塊之間必須通過相互之間的通信來確保彼此同步問題，即便是HVDC控制模塊出現(xiàn)了故障，單個模塊只要保持輸入輸出電壓的穩(wěn)定，系統(tǒng)也能為通信網絡設備供電。

(2)效率高

一是HVDC不需要DC/AC逆變這個環(huán)節(jié)，通常DC/AC逆變過程中的電能損耗在5%左右，因此電能使用效率提高了;二是由于對通信網絡設備輸入的是240 V直流電，設備就不存在諧波干擾，電纜發(fā)熱量大大降低。三是HVDC并機技術簡單，模塊直接并聯(lián)，系統(tǒng)中每個模塊的使用率能達到75%左右。目前，HVDC的轉換效率基本都可以達到90%以上，與傳統(tǒng)UPS相比，HVDC可以節(jié)電25%以上，節(jié)能效果顯著。

(3)系統(tǒng)維護簡單、擴容方便

HVDC由模塊化構建，只要按照相關要求做好安全防護措施，維護人員經過簡單的培訓就能夠自己維護。目前使用較多的單個HVDC電源容量是600 A，只要有預留機架位置，日后就能非常簡單方便地擴容。

2.3 HVDC的可行性

目前通信網絡設備中有功率因數校正的電源(電壓200～400 V)和沒有功率因數校正的電源(電壓300 V以下)，如果采用HVDC，電壓在其范圍之內。直流供電的電流等于交流電供電的電流91.7%，根據熱量計算公式，得出直流輸入的發(fā)熱量只是交流的80%左右，因此現(xiàn)有機房設備可以采用HVDC供電。

2.4 電源極性的接入

按照理論，對于全波整流的電源設備不需要規(guī)定極性接入，但是出于標準化的考慮，目前采用直流的“+”極對應設備的電源線的零線端“N”，而直流“－”極對應設備電源線的火線端“L”，設備輸入電源線的“地”端與系統(tǒng)保護地可靠連接。如果電源設備采用半波整流方式，按照上述標準無法啟動，則需要考慮上述正負極相反的接線方法。

3 結論

通信高壓直流電源系統(tǒng)(HVDC)具有高可靠性，高的使用效率等特點，非常適用于通信網絡設備功率較大，使用相對集中的IDC中心。如何建設及維護這種供電系統(tǒng)，使這套供電系統(tǒng)快速被市場認可，還有一些問題亟待解決。總而言之，HVDC必將會為我國信息與網絡的發(fā)展做出貢獻。

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