市電與高壓直流混合供電技術在通信領域應用與探討

賈德晉

【摘要】? ? 伴隨著通信技術的不斷發展和5G網絡的日益接近，傳統的通信機房供電模式已無法滿足通信網絡的快速發展，本文將傳統通信機房供電技術與提出的市電與高壓直流的供電技術進行客觀論證及分析探討。

【關鍵詞】? ? 高壓直流? ? 整流? ? UPS? ? 逆變

一、引言

當前，通信技術得以突飛猛進的發展，5G網絡離我們越來越近，通信設備集成化程度和業務承載能力大幅度升高，單架設備用電需求增長迅速，對通信局房現有的-48V直流供電系統及380/220VUPS交流系統提出了高功率、高可靠性供電要求。本文就通信機房采用市電與高壓直流（HVDC）供電系統做了一些探討分析。

二、通信電源各供電系統工作原理介紹

2.1 -48V直流系統

380/220V交流市電經過整流變換成48V直流，電源正饋電線接地，作為參考電位零伏，負饋電線裝接熔斷器，在市電正常時，交流市電先經過高頻開關電源整流，然后向蓄電池組浮充并向通信設備供電的方式。

2.2 UPS交流系統

UPS是英文Uninterruptible Power System的縮寫，即交流不間斷電源系統。在交流市電正常供電時，市電經整流器（AC/DC）整流后給逆變器（DC/AC）供電，由逆變器輸出交流電源，經輸出濾波器（又稱 AC 濾波器）變成純凈標準的正弦交流電輸出，給負載供電，同時整流后的直流電源（或經專用的電池充電器）對蓄電池進行浮充充電。

2.3市電與高壓直流混合供電系統

采用雙路供電，一路采用市電380/220V直接供電，另一路將市電通過整流器（AC/DC）整流為336/240V直流后進行供電。市電正常情況下，優先采用市電供電，市電停電后蓄電池放電通過DC/DC變換后供電。

三、各系統特點比較

近年來由于數據通信的發展非常迅速，機房耗電量越來越大，目前單機架功耗增加很快，某通信機房實測單機架功耗達5～12kW/架，有些單機架高達30kW左右，以下就供電容量、投資、可靠性、維護成本等幾個方面對以上三種供電系統進行全面比較。

3.1-48V直流系統

3.1.1供電容量小、供電半徑小

由于供電電壓低，根據P=UI可知，在I值一定的前提下，U值越大，功率就越大，相應容量就越大，反之就越小。

3.1.2電纜線徑大

對于同樣功率大小，電壓低時，電流增大。而對于電纜損耗P=I2R，同樣的電纜（電纜線阻一樣），線損與電流的平方成正比。

3.2UPS系統

3.2.1可靠性較低

眾所周知，逆變器（DC/AC）是UPS中成本最高、可靠性最低的環節。根據當前設備可靠性水平，電池的可靠性Rb=0.99，而UPS中DC/AC的可靠性Ri=0.90，靜態開關STS的可靠性Rs=0.99，依據R=RbRiRs=0.99×，計算得出R=0.88。

3.2.2系統利用率低

UPS冗余系統的每一路輸入配電都有可能是主用，其中任何一臺UPS都必須能夠帶起全部負荷，雙機冗余UPS系統負荷率≤40%。

3.2.3可維護性差，維護成本大

UPS在線維修復雜、擴容困難、割接難度大，不同設備型號、不同系統間無法實現互為冗余，逆變、濾波電容等關鍵器件更換困難。

3.3市電與高壓直流（HVDC）供電系統

3.3.1結構簡單、可靠性高

市電與高壓直流（HVDC）供電系統一路由市電直接供電，另一路將市電經過整流器進行供電，結構簡單，可靠性高。

3.3.2供電容量大、供電半徑大。

3.3.3系統效率高

比傳統的開關電源或UPS少AC/DC，DC/AC器件，中間沒有任何轉換、變換環節，效率比其它兩種供電系統得以提升10～20%。通過論證比較得出以下結論：

序號 供電系統 缺點 優點

1 -48V直流系統 供電容量小、供電半徑小、電纜線徑大 結構簡單、可靠性高、效率高、維護方便

2 UPS系統 系統利用率低、逆變單點故障多、可靠性低、維護成本大 線纜線徑小、供電半徑大

3 市電與高壓直流混合供電系統 系統絕緣要求高， 對IT設備供電模塊有要求 結構簡單、供電半徑大、可靠性高、效率高、維護成本低

結論：與傳統通信機房-48直流供電系統、UPS交流不間斷供電系統比較，市電與高壓直流（HVDC）混合供電系統在投資、可靠性、運營成本等方面具有顯著優勢，能夠很好解決遠距離供電問題和高功率供電需求，大大減少通信局房電源系統的能耗和設備安裝空間。它以240V或336V高壓直流供電作為保障供電基礎，以市電作為主供電源，既利用市電直接供電的高效率，也同時獲得直流系統的高保障性，是以后通信電源新技術發展方向。

四、市電與高壓直流混合供電系統組成與應用場景

4.1系統組成

系統主要由交流配電單元、高頻開關整流模塊、直流配電單元、蓄電池組、監控單元以及絕緣監察裝置等組成。

4.2應用場景

1.充分利用已有交、直流系統，不進行大范圍主動替換。在通信這設備及電源系統的新建或更新改造中，陸續引入高壓直流。2.以5G及通信機房DC化模式為切入點，機房空間具備的機樓不再新增UPS，新建高壓直流系統為通信云設備供電。3.后續新購入網設備，統一要求主設備需采用雙路供電制式，支持市電380/220V和336/240V高壓直流。

五、結束語

目前中國電信、中國移動、中國聯通等各大運營商都在大力推廣，相信隨著社會和通信技術的不斷向前發展，通信電源市電與高壓直流（HVDC）供電技術將是以后相當一段時間的主流供電技術。

參? 考? 文? 獻

[1]GB 51215-2017通信高壓直流電源設備工程設計規范

[2]YD/T2378-2011通信用240V直流供電系統

[3]QB/CU157-2012 240V直流供電系統系統設計規范V1.0

[4]QB-H-008-2012 336V直流電源系統