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1、通信用240V高压直流供电系统,深 圳 市 华 海 力 达 通 讯 技 术 有 限 公 司SHENZHEN HUAHI RED COMMUNICATIONS TECHNOLOGY CO.,LTD.,内容提纲,HVDC与UPS的比较及应用环境 240V高压直流系统供电方案 240V高压直流系统主要组成部分 高压直流使用情况,HVDC与UPS的比较及应用环境,UPS的发展历史UPS工作原理高压直流电源（HVDC）工作原理与HVDC相比UPS存在的问题HVDC 与 UPS的主要区别HVDC 与 UPS的比较优势HVDC为什么可以替代UPS 哪些场合可以使用HVDCHVDC与电力操作电源系统的区别,U
2、PS的发展历史,UPS产生于上个世纪60年代，1972年2月21日尼克松访华，带给我国的礼物之一就是UPS，从此中国开始了UPS的研究。UPS的出现，是由于一些重要设备，如航天控制、医疗仪器、金融系统、计算机、数据管理系统等，不能断电而产生的。她的诞生，为信息革命产生了十分重大的影响。也是电力电子领域划时代的技术突破！,UPS（Uninterrupted Power Supply)工作原理,AC输入,输入滤波,工频整流,DC/DC升压,LC工频滤波,静态开关,AC输出,DC/AC逆变,充电器,电池组,在线(on line)高频UPS,高压直流电源（HVDC）工作原理,输入滤波,工频整流,DC/
3、DC变换,LC高频滤波,DC输出,电池组,AC输入,与HVDC相比UPS存在的问题,UPS多一级变换效率降低；UPS的输出采用工频滤波损耗大；UPS控制复杂，可靠性降低 UPS的电池在输入端，如果UPS本身出故障，负载仍然停电；而HVDC的电池在输出端，即使HVDC本身出故障，电池仍然可以给负载供电，保障不间断供电，所以HVDC是真正的不间断电源；UPS系统并机是交流并联，需要同频、同相、同电位，并机复杂控制难度大，并机失败率高，而且，一旦并机失败后会导致系统瘫痪！,UPS 1+1系统只要有一台出问题就等于“病危通知”、“最后通牒”！HVDC，由于电池的存在，N+1或N+X冗余并联，一台模块出
4、故障，只是预警！大型UPS维护复杂，耗时长，无法现场在线更换，HVDC，维护简便，可以在线热插拔。大型1+1 UPS系统投资成本比HVDC高大约60%,HVDC 与 UPS的主要区别,HVDC 与 UPS的比较优势,HVDC为什么可以替代UPS,通信机房数据服务器电源工作原理,高频脉冲,DC输出,a,b,UPS交流电压的供电范围是176264VAC,对应的整流后的最低直流电压Uab=1.25*176V=220V，最高直流电压Uab=1.4*264=369.6V,工作效率最高的电压点是220VAC，对应的直流电压是Uab=1.25*220=275V，显然如果我们直接将直流电接到计算机服务器也是完
5、全可以工作的，只要直流电压在220V369V之间，选取2V一节120节电池，其均充电压是2.35*120=282VDC，浮充电压是2.25*120=270VDC。如果是加有APFC的服务器电源对UPS的交流输出可以做到更宽，一般可以到110V-270Vac.其对应的直流范围是137V-378V，改为直流供电后APFC就变成了单纯的DC/DC Boost电路了！结论：由于服务器电源是将UPS提供的交流电源先要整流成直流电，然后再将直流再变换成12V、5V或3.3V等低压直流给服务使用，而全桥二极管整流电路对直流电可以直接输入，只要直流电压能够达到220V以上就可以使用！,哪些场合可以使用HVDC
6、,凡是计算机系统使用LCD显示器的地方都可以使用HVDC 目前通信机房中交换机使用的是-48V系统，服务器使用的是UPS 电厂或变电站中，二次控制和断路器使用的是220V直流操作电源；通信使用的是-48V电源；计算机系统使用的是UPS 银行、保险、证券公司中通信使用的是-48V通信电源，计算机服务器使用的是UPS。证券公司的大显示屏使用的是24VDC，这个电源也来之于UPS，同样可以由HVDC直接供电！,HVDC与电力操作电源系统的区别,电压等级不一样，电力操作电源标称电压是220V（2V，104节浮充电压234V，均充电压244V，电池节数可变104108节）HVDC标称电压是240V（2V
7、，120节浮充电压270V，均充电压282V，电池节数固定）电力操作电源接线方案复杂，HVDC接线方案简单（只有一种单母线分段）电力操作电源设备种类繁多，HVDC，只有监控，模块、电池巡检仪、绝缘监测仪作为可选件；,240V高压直流系统供电方案,单系统单路供电方案 单系统双路供电方案 双系统双路供电方案 服务器交、直流供电原理 HVDC分散式供电系统,单系统单路供电方案,电池组,整流模块,总配电柜,列头柜,设备机架,单系统双路供电方案,电池组,整流模块,总配电柜,列头柜,设备机架,双系统双路供电方案,交直流配电屏,整流配电屏,150A 240V电源系统由交直流配电屏+整流配电屏(含15个10A
8、模块),300A-600A 240V电源系统由交直流配电屏+整流配电屏(含15-30个20A模块)组成,服务器交、直流供电原理,交流供电,直流供电,分散式供电系统由交直流配电屏、整流配电屏、和直流分配柜组成,HVDC分散式供电系统,交直流配电屏-交流单元,2路225A3P交流输入开关带机械互琐,C级防雷,保护地排,交直流配电屏-直流单元,2路800A电池熔丝输入（2正2负）,4路250A负载熔断器组输出（正极）,4路250A负载熔断器组输出（负极）,直流分配柜,10路63A2P直流开关输出,10路32A2P直流开关输出,10路20A2P直流开关输出,10路10A2P直流开关输出,整流配电屏,1
9、6个20A直流高压整流模块,16路模块控制开关,主（辅）柜,240V高压直流系统主要组成部分,典型IDC机房供电系统组群设计典型240V高压直流系统容量设计电压等级240V高压直流系统屏柜组成典型240V高压直流系统电池容量设计选型通信机房高压直流供电系统工作原理典型240V高压直流系统整流屏设计选型典型240V高压直流系统直流屏设计选型系统监控功能组成240V高压直流电源设备系统防雷设计240V高压直流系统接地设计240V高压直流电源设备系统的电池管理240V高压直流电源设备系统的配电设计240V高压直流电源系统的主要功能,按设计经验：信息化数据机房供电系统原则一般设计按 35-100KVA
10、功率向一组服务器柜供电，整个机房参考基本组配置若干个供电系统组；形成供电组群，完成全机房供电；方案优点：单组电源系统容量可以按相对集中管理模式；比完全分布式容易设计和管理；35-150KVA是目前信息化产业功率最佳选择；,典型IDC机房供电系统组群设计,典型240V高压直流系统容量设计,按设计需要：表中对应于原交流供电25-150KVA功率 向一组服务器柜供电，常用的供电容量选择及 直流对应电流容量 方案选型：单组电源系统容量可以按100-600A标称容量选型；150A、300A是目前信息化产业功率最佳选择；对中心局点，可参考600A系统设计,电压等级,系统标称电压是240V系统标准规范电压范
11、围最大为216V-312V 参照48V系统，实用可选210V-295V系统采用240V电池组（选用电池单体2V120节）对应于12V20只单体串联或5组48V串联电池系统浮充电压268-270V，均充电压282V对应于电池单体浮充电压2.23V，均充电压2.35V参照48V系统，电池欠压报警点210V对应于电池单体欠压1.75V电池低压预警点228V对应于电池单体欠压1.90V,240V高压直流系统屏柜组成,240V高压直流系统主要由交流屏、整流屏、直流屏组成交流屏负责接入通信机房双路交流供电，一般一个屏电源屏即整流屏一般采用1-2个直流屏按原机房设计保留三级配电模式，即 直流屏，分配屏、列头
12、柜改造项目一般只设计直流屏原配电列头柜交流表需改造为直流电压电流表，配电结构及熔丝不需改动，但小容量开关建议改造为熔丝或专用双刀直流开关电池组一般采用2组屏柜尺寸优选：2000mm高*800mm宽*600mm深,典型240V高压直流系统电池容量设计选型,系统对电池充电电流按0.1C10设计系统对设备送电参考容量系数0.3,0.5或0.8设计 即参照系统总电流30%或50%用于设备供电系统电池采用2组电池组（选用电池单体2V120节）对应于12V20只单体串联或5组48V串联电池系统浮充电压268-270V，均充电压282V对应于电池单体浮充电压2.23V，均充电压2.35V参照48V系统，电池
13、欠压报警点210V，一般不设下电脱离保护对应于电池单体欠压1.75V电池低压预警点228V对应于电池单体欠压1.90V高压直流系统电池安时容量参考4-8小时备用供电设计电池单体一般选用2V，以提高电池组及系统可靠性,通信机房高压直流供电系统工作原理,典型240V高压直流系统整流屏设计选型,如需要：可设计主辅2个整流屏组成整流屏系统，每屏一般为最多16个模块 设计整流屏可按终装容量留出模块位置 部分位置待需要时安装即可,典型240V高压直流系统直流屏设计选型,选型：直流配电屏采用正负双熔丝结构 电池2路，共四个熔丝 直流一般为4-8分路双组结构 设计直流屏一般不考虑小容量,240V-300A高压
14、直流电源系统结构图,240V-600A高压直流电源系统结构图,系统及监控单元组成,1、监控单元 采用内部RS485总线、分布式、模块化；开放式设计，本地5.6触摸屏2、整流模块 高频谐振高效率、全智能化；3、交流配电单元 可实时测量双交流输入参数并报警4、直流配电单元 可实时检测双直流输出参数并报警5、开关量单元 可实时检测输出分路状态并报警5、电池组 可配备2组电池，实现均浮充限流，温度补偿等6、单体电池巡检仪 可测量两组120只电池单体7、母线绝缘监测 可检测正负母线绝缘状态并报警,240V高压直流电源设备系统及监控组成,电信设备,直流屏,交流屏,主整流屏,本地监控,电源监控器,辅整流屏,
15、240V高压直流电源设备系统防雷设计,配合原机房系统交流侧进线B/C/D三级防雷，高压直流系统防雷设计可增加直流输出侧及信号侧,240V高压直流系统接地设计,接地设计：高压直流240V系统按高压直流规范中悬浮接地；配置绝缘监察装置。绝缘装置功能：（1）绝缘监察装置能按预置的绝缘电阻或相应漏电流检测正负 母线上绝缘状态，当超过设置参数时报警并显示接地极性；（2）绝缘监察装置能发出告警并可提供信息上传/远传和干节点。,绝缘检测的方法：,目前常用的绝缘检测方法主要是三类沿用至今的电阻电桥法非常实用简单，有效可靠；但本方法设计一般选择固定的绝缘电阻参数，如20K欧姆；也可采用拨码设置电阻参数，如2-5
16、0K，或对应的漏电流设置参数电压注入法和不平衡电流测试法主要用于分路巡检，即主要检测电源系统外安装的设备负载漏电支路及漏电参数，方便使用维护,高压直流240V系统规范目前已确定采用双母线悬浮的系统设计母线的悬浮绝缘状态应尽可能在设计时明确绝缘电阻或漏电流参数规范 如20K欧姆，或10mA设计应注意当出现悬浮接地故障告警提示后，电源系统除报警外功能要求；以及系统的维护处理模式，处理办法，处理过程及规程；监控系统远端提示,绝缘检测的设计原则：,240V高压直流电源设备系统的电池管理,按设计需要：一般设计按35-150KVA功率组，市电停电后，电池必须接续供电；电池组成：单组240V电池可配合组内熔
17、丝按5组48V串联；系统内两组电池可由串联熔丝并联；为提高电池组本身的固有可靠性，一般采用2V单体；电池管理：均充浮充按设置参数自动转换；温度自动补偿；可选择配备电池单体巡检装置；检测落后单体并报警 增加电池电压1.90欠压即容量预警，并实施1.75V报警,典型IDC机房供电系统电池设计及管理,240V高压直流电源设备系统的配电设计,按操作规程：一般上电前先投入熔丝，再切换设备上电或换电，这样可 保证熔丝不拉弧；下电时则先将负载电流拆除或移走后在断开熔丝。建议操作流程注明，先操作正极熔丝，再操作负极熔丝。,典型直流配电熔丝安装及维护,直流配电保留三级配电模式，即 直流屏，分配屏、列头柜其中直流
18、屏及分配屏可选用熔丝，采用正负双配置结构；列头柜中可部分选用开关，但必须是直流双刀类型；改造项目一般只设计直流屏原配电列头柜交流表需改造为直流电压电流表，配电结构即熔丝不需改动，但小容量开关建议改造为熔丝或专用双刀直流开关,240V高压直流电源系统的主要功能,防雷设计、漏电防护、EMI设计交流输入过欠压保护，ACin宽范围，缺相降额保护电池低电压预警，欠电压报警电池在线管理:均浮充自动转换，电池环境温度补偿；电池单体电压及内阻测量巡检，数据记录并报警故障告警及保护，清晰提示，可通过监控系统远端提示提供大容量240V高压直流输出，系统功率密度高；监控四遥功能，可远端监控用户使用维护方便,高压直流
19、使用情况,解决UPS供电可靠性问题节能提升供电效率,高压直流替代UPS,2007年1月开始，中国电信盐城分公司开始试验高压直流供电，从办公PC机逐步扩展到服务器、网络设备（二层交换机、三层交换机、光纤交换机、防火墙等）、磁盘阵列、小型机、营业厅票据打印机等600多台，基本覆盖了分公司全部机型。盐城公司从2008年6月份起，凡新装IT设备，全部使用高压直流供电，目前已替换了七套UPS系统，现场装表测量，安全性优于UPS,节能25%以上。,2007-10月江苏盐城开始高压直流供电试验,23套高压直流供电系统在线运行,节能效果好、安全性高,采用标称电压为240V的高压直流电源替代交流UPS向IT设备
20、供电，不需要对IT设备内部改造，不需要对IT设备输入接口改造，在保障通信安全、降低运行能耗、节约建设成本、操作维护简单等方面比UPS供电系统具有很大优势。该项目通过现场试验，每套系统均节能2030%。,高压直流解决了哪些问题,适应性强，240V直流供电系统能够支持IT设备的主要电源标准（ATX、SSI标准）个案：CRT显示器变色、激光打印机（热量不够，墨烤不干）供电系统可靠性大大提高，240V系统最长使用2年，目前所有系统运行稳定，解决了UPS系统故障频发、系统阻断问题分散供电模式蓄电池直接向负荷供电扩容方便，可维护性强不存在“零地”电压差问题节能效果明显徐州节电27%，无锡节电30%节省投资
21、40%以上，减少超前投资50%以上全部采用国产电源设备,IT设备高压直流供电取代UPS是明显的趋势,通信用240V直流供电系统技术要求已经颁发,09年12月1日，由TC4、中国电信提出的通信用240V直流供电系统技术要求YDB 0372009 通过工信部审查，12月10日颁发。,已引起通信电源行业的广泛关注，产业链支持不存在问题。,高频开关电源众多厂家有电力操作电源产品系列；产品技术要求规范、明确现场试验包括：中达电通、艾默生、中恒、动力源、伊顿等蓄电池无特殊要求电缆、母线载流量比-48V系统低，现有产品系列基本可以兼容；无特殊要求开关、熔断器等控制器件有各种电压等级、电流规格的产品，已经通过
22、大量现场障碍模拟实验（与国家电力公司的运行规范相背，专利重要权利之一）,中国电信江苏分公司内部推进措施,1、鼓励试点，将高压直流列为创新项目，对复制、采用创新项目的其他本地网，将在年度考评中加分、创新项目原创单位也相应加分。2、组织虚拟团队对试点地市进行技术支撑，成立技术支撑组（由各地有数次割接经验的技术人员组成）。3、对高压直流割接进行管控，各地高压直流割接必须报省公司，省公司安排相应的技术支持、以保证割接成功率；同时组织其他地市人员现场观摩，为即将进行高压直流改造的地市培训人员。4、鼓励向割接单位提供技术支持，2010动力专业月度考核增加“高压直流等新技术推广中，对外市进行技术支持的，酌情
23、加0.5-5分”。5、省公司召开会议对高压直流进行技术交流推广。除在省动力专业会议上对高压直流技术进行推广、辩论、交流，还以专题会议的方式交流。不但在电源专业内部交流，还针对计划建设及采购部门进行专门交流。6、2008年发布了通信设备高压直流供电安装设计规范。,7、2009年起草了高压直流维护规范V1.0、通信用240V直流开关电源系统技术规范书（招标）。8、目前除盐城运行8套外，徐州4套、无锡5套、常州2套、扬州1套、南京1套、连云港2套（共23套）。苏州、镇江即将上线。在用设备品牌有艾默生、动力源、中恒、中达、伊顿（艾克赛）。9、原有机房通信设备采用UPS系统供电的，仍继续使用，原UPS系统原则上不再考虑扩容。如通信系统扩容或设备更新，对新扩容或更新的设备应优先考虑采用高压直流供电；10、新建IDC、IT主机类机房以及数据设备机房优先考虑采用高压直流供电系统，从2009年开始逐步停止采购新的UPS设备；11、对核心网络、企业信息化平台、重要客户IT设备等仍采用UPS系统供电的，如现有UPS系统存在使用年限长、负荷重、故障率高、供电可靠性差等问题，从保障通信安全、兼顾设备利旧的角度考虑，结合今年的电源安全隐患整治工作，采用高压直流系统建立可靠的备份供电系统。,谢谢！,
