通信高压直流电源系统应用探讨

张 静

（太原理工大学电气与动力工程学院，山西太原 030024）

最近几年来，我国通信行业发展迅速，通信企业的规模飞速扩大，作为通信企业运行的核心单位—通信大楼的数量也在逐年增加。保证通信大楼需要的供电设备从数量及种类上都在不断增长，造成整个大楼的供电系统越来越庞大和复杂，再加上通信设备长年不间断地运行和不定期系统扩容，因此UPS的安全运行存在不少隐患。据原信息产业部的相关部门统计，因供电系统故障而引发通信系统故障的情况，在近几年来已经占到了通信系统各类故障总量50%左右，给通信系统的安全运行造成极大的危害。总之，改善通信供电系统的安全性和可靠性已经刻不容缓，必须使用一种新式的供电系统来代替现有UPS。

1 UPS现状及存在的问题

1.1 UPS的供电模式

UPS的工作原理是:当市电380 V交流电正常输入时，系统通过AC/DC整流器把交流电转换成直流电、再通过DC/AC逆变器逆变为通信网络设备需要的220 V交流，同时直流电也对蓄电池组进行充电;而如果市电380 V交流电中断或出现故障时，蓄电池组放电，通过逆变部分把直流电转换成交流电为通信网络设备提供220 V交流，始终保持负载正常工作。

1.2 UPS存在的问题

(1)安全使用方面

UPS系统输出220 V交流电，蓄电池组作为系统中的备用蓄能它只能输出直流电。这里存在一个问题就是UPS系统的蓄电池组不能直接供给负载电能，必须通过系统中的逆变模块把直流逆变为交流电再输出给负载。因此，UPS的稳定性直接影响到整个系统的可靠性，如果一旦UPS逆变模块出现问题，即使蓄电池组有充足的电能，也不能供负载使用。

(2)日常维护难

UPS厂家出于技术保密或者经济原因，UPS系统内部维护一般不对外开放，导致企业维护人员不敢也不会对UPS进行维护。目前UPS设备基本依靠厂家来维护。

(3)电能浪费

UPS一般都是采用一个主用一个备份，其负荷率大约为50%左右。而采用两个主用一个备份的系统负荷率提高了，但也只有66%左右。有时需要考虑到负荷的改变，为了降低供电的故障率，系统通常保持一定冗余度，如容量按照80%计算，那么造成每套UPS的负荷率只有大约45%左右。为了提高系统供电的安全性，通信企业普遍使用两套(N+1)UPS，那么每套UPS负荷率就更低了。

2 通信高压直流电源系统模式

2.1 HVDC供电模式

HVDC(High Voltage Direct Current)的工作原理是:系统中的AC/DC整流器将市电的380 V交流转变为240 V直流电，系统中的直流配电模块把240 V直流电分配给通讯网络设备，同时为阀控式铅酸蓄电池组充电。当市电交流380 V由于某种原因发生故障输出不正常时，系统中的阀控式铅酸蓄电池组就开始进行放电，通过系统中的直流配电部分为通信网络设备提供可靠的240 V直流电。

2.2 HVDC的优越性

(1)安全可靠性提高

相比较传统的UPS系统，采用直流供电最大的优点是大大提高了供电的可靠性。这可以从两方面体现:一是由于HVDC采用阀控式铅酸蓄电池组和通信网络设备并联这种结构，当系统输入端380 V发生故障时，阀控式铅酸蓄电池组就可以为通信网络设备直接供电，减少了中间环节，二是HVDC不存在UPS的模块之间必须通过相互之间的通信来确保彼此同步问题，即便是HVDC控制模块出现了故障，单个模块只要保持输入输出电压的稳定，系统也能为通信网络设备供电。

(2)效率高

一是HVDC不需要DC/AC逆变这个环节，通常DC/AC逆变过程中的电能损耗在5%左右，因此电能使用效率提高了;二是由于对通信网络设备输入的是240 V直流电，设备就不存在谐波干扰，电缆发热量大大降低。三是HVDC并机技术简单，模块直接并联，系统中每个模块的使用率能达到75%左右。目前，HVDC的转换效率基本都可以达到90%以上，与传统UPS相比，HVDC可以节电25%以上，节能效果显著。

(3)系统维护简单、扩容方便

HVDC由模块化构建，只要按照相关要求做好安全防护措施，维护人员经过简单的培训就能够自己维护。目前使用较多的单个HVDC电源容量是600 A，只要有预留机架位置，日后就能非常简单方便地扩容。

2.3 HVDC的可行性

目前通信网络设备中有功率因数校正的电源(电压200～400 V)和没有功率因数校正的电源(电压300 V以下)，如果采用HVDC，电压在其范围之内。直流供电的电流等于交流电供电的电流91.7%，根据热量计算公式，得出直流输入的发热量只是交流的80%左右，因此现有机房设备可以采用HVDC供电。

2.4 电源极性的接入

按照理论，对于全波整流的电源设备不需要规定极性接入，但是出于标准化的考虑，目前采用直流的“+”极对应设备的电源线的零线端“N”，而直流“－”极对应设备电源线的火线端“L”，设备输入电源线的“地”端与系统保护地可靠连接。如果电源设备采用半波整流方式，按照上述标准无法启动，则需要考虑上述正负极相反的接线方法。

3 结论

通信高压直流电源系统(HVDC)具有高可靠性，高的使用效率等特点，非常适用于通信网络设备功率较大，使用相对集中的IDC中心。如何建设及维护这种供电系统，使这套供电系统快速被市场认可，还有一些问题亟待解决。总而言之，HVDC必将会为我国信息与网络的发展做出贡献。

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