通信用V高压直流供电系统华海力达实用教案

1、内容(nirng)提纲u HVDC HVDC与UPSUPS的比较及应用环境u 240V 240V高压直流系统供电(n din)(n din)方案 u 240V 240V高压直流系统主要组成部分u 高压直流使用情况第1页/共52页第一页，共52页。u HVDC HVDC与UPSUPS的比较(bjio)(bjio)及应用环境UPSUPS的发展历史的发展历史UPSUPS工作原理工作原理高压直流电源（高压直流电源（HVDCHVDC）工作原理）工作原理与与HVDCHVDC相比相比UPSUPS存在的问题存在的问题HVDC HVDC 与与 UPS UPS的主要区别的主要区别HVDC HVDC 与与 UPS

2、UPS的比较优势的比较优势HVDCHVDC为什么可以为什么可以(ky)(ky)替代替代UPS UPS 哪些场合可以哪些场合可以(ky)(ky)使用使用HVDCHVDCHVDCHVDC与电力操作电源系统的区别与电力操作电源系统的区别第2页/共52页第二页，共52页。 UPS UPS的发展的发展(fzhn)(fzhn)历史历史 UPSUPS产生于上个世纪产生于上个世纪6060年代年代(nindi)(nindi)，19721972年年2 2月月2121日尼克松访华，带给我国的礼物之一就是日尼克松访华，带给我国的礼物之一就是UPSUPS，从此中国，从此中国开始了开始了UPSUPS的研究。的研究。 UP

3、SUPS的出现，是由于一些重要设备，如航天控制、医疗仪的出现，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！是电力电子领域划时代的技术突破！第3页/共52页第三页，共52页。 UPS UPS（Uninterrupted Power Supply )Uninterrupted Power Supply )工作工作(gngzu)(gngzu)原理原理 AC输入输入(shr)输入

4、输入(shr)滤滤波波工频工频整流整流DC/DC升升压压LC工工频滤频滤波波静态开关静态开关AC输出输出DC/AC逆变逆变充电充电器器电池组电池组在线在线(on line)高频高频UPS第4页/共52页第四页，共52页。 高压高压(goy)(goy)直流电源（直流电源（HVDCHVDC）工作原理）工作原理 输入输入(shr)滤波滤波工频工频(n pn)整流整流DC/DC变换变换LC高频高频滤波滤波DC输出输出电池组电池组AC输入输入第5页/共52页第五页，共52页。 与与HVDCHVDC相比相比UPSUPS存在存在(cnzi)(cnzi)的问题的问题u UPS UPS多一级变换效率降低；多一级

5、变换效率降低；u UPS UPS的输出采用工频滤波损耗大；的输出采用工频滤波损耗大；u UPS UPS控制复杂，可靠性降低控制复杂，可靠性降低u UPS UPS的电池在输入端，如果的电池在输入端，如果UPSUPS本身出故障，负载仍然停电；而本身出故障，负载仍然停电；而HVDCHVDC的电池在输出端，即使的电池在输出端，即使HVDCHVDC本身出故障，电池仍然可以给负载本身出故障，电池仍然可以给负载供电，保障不间断供电，所以供电，保障不间断供电，所以HVDCHVDC是真正是真正(zhnzhng)(zhnzhng)的不间断的不间断电源；电源；u UPS UPS系统并机是交流并联，需要同频、同相、同

6、电位，并机复杂控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！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！第6页/共52页第六页，共52页。u UPS 1+1 UPS 1+1系统只要有一台出问题就等于系统只要有一台出问题就等于“病危通知病危通知”、“最后通最后通牒牒”！u HVDC HVDC，由于电池的存在，由于电池的存在，N+1N+1或或N+XN+X冗余并联冗余并联(bnglin)(bnglin)，一，一台模块出故障，只是预警！台模块出故障，只是预警！u 大型大型UPSUPS维护复杂，耗时长，无法现场在线更换

7、，维护复杂，耗时长，无法现场在线更换，u HVDC HVDC，维护简便，可以在线热插拔。，维护简便，可以在线热插拔。u 大型大型1+1 UPS1+1 UPS系统投资成本比系统投资成本比HVDCHVDC高大约高大约60%60%第7页/共52页第七页，共52页。 HVDC HVDC 与与 UPS UPS的主要的主要(zhyo)(zhyo)区别区别第8页/共52页第八页，共52页。 HVDC HVDC 与与 UPS UPS的比较的比较(bjio)(bjio)优势优势第9页/共52页第九页，共52页。 HVDC HVDC为什么可以为什么可以(ky)(ky)替代替代UPSUPSu 通信机房数据通信机房数

8、据(shj)(shj)服务器电源工作原理服务器电源工作原理高频(o pn)脉冲DC输出输出ab第10页/共52页第十页，共52页。 UPSUPS交流电压的供电范围是交流电压的供电范围是176264VAC,176264VAC,对应的整流后的对应的整流后的最低直流电压最低直流电压Uab=1.25Uab=1.25* *176V=220V176V=220V，最高直流电压，最高直流电压Uab=1.4Uab=1.4* *264=369.6V,264=369.6V,工作效率最高的电压点是工作效率最高的电压点是220VAC220VAC，对应的直流电压是对应的直流电压是Uab=1.25Uab=1.25* *22

9、0=275V220=275V，显然如果我们，显然如果我们直接将直流电接到计算机服务器也是完全可以工作的，只直接将直流电接到计算机服务器也是完全可以工作的，只要直流电压在要直流电压在220V369V220V369V之间，选取之间，选取2V2V一节一节120120节电池，节电池，其均充电压是其均充电压是2.352.35* *120=282VDC120=282VDC，浮充电压是，浮充电压是2.252.25* *120=270VDC120=270VDC。 如果是加有如果是加有APFCAPFC的服务器电源对的服务器电源对UPSUPS的交流输出可以做的交流输出可以做到更宽，一般可以到到更宽，一般可以到11

10、0V-270Vac.110V-270Vac.其对应的直流范围是其对应的直流范围是137V-378V137V-378V，改为直流供电后，改为直流供电后APFCAPFC就变成了单纯的就变成了单纯的DC/DC DC/DC BoostBoost电路了！电路了！ 结论：由于结论：由于(yuy)(yuy)服务器电源是将服务器电源是将UPSUPS提供的交流电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源先要整流成直流电，然后再将直流再变换成12V12V、5V5V或或3.3V3.3V等低压直流给服务使用，而全桥二极管整流电路对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

11、能够达到直流电可以直接输入，只要直流电压能够达到220V220V以上以上就可以使用！就可以使用！第11页/共52页第十一页，共52页。 哪些场合可以哪些场合可以(ky)(ky)使用使用HVDCHVDC 凡是计算机系统使用凡是计算机系统使用LCDLCD显示器的地方都可以使用显示器的地方都可以使用HVDCHVDC 目前通信机房中交换机使用的是目前通信机房中交换机使用的是-48V-48V系统，服务器使用的是系统，服务器使用的是UPSUPS 电厂或变电站中，二次控制和断路器使用的是电厂或变电站中，二次控制和断路器使用的是220V220V直流操作电源；通直流操作电源；通信使用的是信使用的是-48V-48

12、V电源；计算机系统使用的是电源；计算机系统使用的是UPSUPS 银行银行(ynhng)(ynhng)、保险、证券公司中通信使用的是、保险、证券公司中通信使用的是 -48V -48V通信通信电源，计算机服务器使用的是电源，计算机服务器使用的是UPSUPS。证券公司的大显示屏使用的是。证券公司的大显示屏使用的是24VDC24VDC，这个电源也来之于，这个电源也来之于UPSUPS，同样可以由，同样可以由HVDCHVDC直接供电！直接供电！第12页/共52页第十二页，共52页。 HVDC HVDC与电力操作电源与电力操作电源(dinyun)(dinyun)系统的区别系统的区别 电压等级不一样，电力操作

13、电源标称电压是电压等级不一样，电力操作电源标称电压是220V220V（2V2V，104104节节浮充电压浮充电压234V234V，均充电压，均充电压244V244V，电池节数可变，电池节数可变104108104108节）节） HVDC HVDC标称电压是标称电压是240V240V（2V2V，120120节浮充电压节浮充电压270V270V，均充电压，均充电压282V282V，电池节数固定），电池节数固定） 电力操作电源接线方案电力操作电源接线方案(fng n)(fng n)复杂，复杂，HVDCHVDC接线方案接线方案(fng n)(fng n)简单（只有一种单母线分段）简单（只有一种单母线分段

14、） 电力操作电源设备种类繁多，电力操作电源设备种类繁多，HVDCHVDC，只有监控，模块、电池巡，只有监控，模块、电池巡检仪、绝缘监测仪作为可选件；检仪、绝缘监测仪作为可选件；第13页/共52页第十三页，共52页。u 240V 240V高压(goy)(goy)直流系统供电方案 单系统单路供电方案单系统单路供电方案 单系统双路供电方案单系统双路供电方案 双系统双路供电方案双系统双路供电方案 服务器交、直流供电原理服务器交、直流供电原理(yunl)(yunl) HVDC HVDC分散式供电系统分散式供电系统第14页/共52页第十四页，共52页。第15页/共52页第十五页，共52页。块第16页/共5

15、2页第十六页，共52页。第17页/共52页第十七页，共52页。 150A 240V电源系统由交直流配电(pi din)屏+整流配电(pi din)屏(含15个10A模块)第18页/共52页第十八页，共52页。 300A-600A 240V电源系统由交直流配电(pi din)屏+整流配电(pi din)屏(含15-30个20A模块)组成第19页/共52页第十九页，共52页。交流交流(jioli)供电供电直流供电直流供电(n din)第20页/共52页第二十页，共52页。HVDC分散式供电系统(n din x tn)第21页/共52页第二十一页，共52页。u交直流配电(pi din)屏-直流单元第

16、22页/共52页第二十二页，共52页。u直流分配(fnpi)柜第23页/共52页第二十三页，共52页。u整流(zhngli)配电屏第24页/共52页第二十四页，共52页。第25页/共52页第二十五页，共52页。第26页/共52页第二十六页，共52页。典型240V高压直流系统(xtng)容量设计第27页/共52页第二十七页，共52页。 电压(diny)等级 系统标称电压是240V 系统标准规范电压范围(fnwi)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26

17、8-270V，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，53.5V_2.23V;56.5V_2.35V 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第28页/共52页第二十八页，共52页。 240V高压(goy)直流系统屏柜组成 240V高压直流系统主要由交流屏、整流(zhngli)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(zhngli)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、列头柜 改造项目一般只设计直流屏 原配

18、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深第29页/共52页第二十九页，共52页。 典型(dinxng)240V高压直流系统电池容量设计选型 系统(xtng)对电池充电电流按0.1C10设计 系统(xtng)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(xtng)总电流30%或50%用于设备供电 系统(xtng)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(xtng)浮充电压268-

19、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(xtng)，53.5V_2.23V;56.5V_2.35V 电池欠压报警点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(xtng)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(xtng)可靠性第30页/共52页第三十页，共52页。 通信机房高压(goy)直流供电系统工作原理第31页/共52页第三十一页，共52页。 典型240V高压(goy)直流系统整流屏设计选型第32页/共52页

20、第三十二页，共52页。 典型240V高压(goy)直流系统直流屏设计选型第33页/共52页第三十三页，共52页。 240V-300A高压(goy)直流电源系统结构图第34页/共52页第三十四页，共52页。 240V-600A高压(goy)直流电源系统结构图第35页/共52页第三十五页，共52页。 系统及监控单元(dnyun)组成1 1、监控单元、监控单元 采用内部采用内部RS485RS485总线、分布式、模块化；总线、分布式、模块化； 开放式设计，本地开放式设计，本地5.65.6触摸屏触摸屏2 2、整流模块、整流模块 高频谐振高效率、全智能化；高频谐振高效率、全智能化；3 3、交流配电单元、交

21、流配电单元 可实时测量双交流输入参数并报警可实时测量双交流输入参数并报警4 4、直流配电单元、直流配电单元 可实时检测双直流输出参数并报警可实时检测双直流输出参数并报警5 5、 开关量单元开关量单元 可实时检测输出分路状态并报警可实时检测输出分路状态并报警5 5、电池组、电池组 可配备可配备2 2组电池，实现均浮充限流，温度补偿等组电池，实现均浮充限流，温度补偿等6 6、单体电池巡检仪、单体电池巡检仪 可测量两组可测量两组120120只电池单体只电池单体7 7、母线、母线(mxin)(mxin)绝缘监测绝缘监测 可检测正负母线可检测正负母线(mxin)(mxin)绝缘状态绝缘状态并报警并报警第

22、36页/共52页第三十六页，共52页。240V高压(goy)直流电源设备系统及监控组成电信(dinxn)设备直流屏交流(jioli)屏主整流屏本地监控电源监控器辅整流屏第37页/共52页第三十七页，共52页。 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(shch)侧及信号侧第38页/共52页第三十八页，共52页。 240V高压直流系统(xtng)接地设计第39页/共52页第三十九页，共52页。绝缘检测(jin c)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(shyng)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20

23、K欧姆； 也可采用拨码设置电阻参数，如2-50K，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，方便使用维护第40页/共52页第四十页，共52页。第41页/共52页第四十一页，共52页。第42页/共52页第四十二页，共52页。 240V高压(goy)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

24、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(wih)方便第43页/共52页第四十三页，共52页。u 高压(goy)(goy)直流使用情况解决UPS供电可靠性问题(wnt)节能提升供电效率高压(goy)直流替代UPS第44页/共52页第四十四页，共52页。 23套高压直流供电系统在线(zi xin)运行第45页/共52页第四十五页，共52页。节能(ji nn)效果好、安全性高第46页/共52页第四十六页，共52页。 高压(goy)直流解决了哪些问题1.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）2.个案：CRT显示器变色、激光打印机（热量不够，墨烤不干）3.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4.分散供电模式5.蓄电池直接向负荷供电6.扩容方便，可维护性强7.不存在(cnzi)“零地”电压差问题8.节能效果明显9.徐州节电27%，无锡节电30%1