5、高壓直流(HVDC)供電系統(tǒng)的發(fā)展和應用(國內(nèi))

1、idcidc機房高壓直流供電系統(tǒng)機房高壓直流供電系統(tǒng)的發(fā)展和應用技術(shù)的發(fā)展和應用技術(shù)( (國內(nèi)）國內(nèi)）主講人：杜秋主講人：杜秋12021-11-10目目 錄錄一、國內(nèi)高壓直流供電系統(tǒng)的技術(shù)研究 和應用情況；二、國內(nèi)高壓直流供電的準規(guī)范的解析2021-11-1022021-11-103一、國內(nèi)高壓直流供電系統(tǒng)的一、國內(nèi)高壓直流供電系統(tǒng)的 技術(shù)研究和應用情況技術(shù)研究和應用情況 1、國內(nèi)、國內(nèi)idc機房用高壓直流供電機房用高壓直流供電方案（技術(shù)）研究方案（技術(shù)）研究a. 由于高壓直流供電系統(tǒng)具有供電可靠、能有效節(jié)約能源等優(yōu)點已經(jīng)被多數(shù)通信電源專業(yè)人士接受；b. 國內(nèi)對高壓直流供電系統(tǒng)的研究和設(shè)備研制

2、等工作始自07年，且快速進展，在不久的將來，高壓直流供電方案將首先在我國idc機房供電系統(tǒng)中得到應用；c. 根據(jù)高壓直流供電系統(tǒng)的特點，在安全性、可靠性和可擴展性等方面的優(yōu)勢和在通信系統(tǒng)中的應用具有廣闊前景；2021-11-104d. 近年來，idc數(shù)據(jù)中心機房業(yè)務(wù)發(fā)展迅猛，服務(wù)器托管需求激增，而且由于idc設(shè)備電路集成度的增加，其單位功率密度較常規(guī)通信設(shè)備的高出很多，甚至高出普通通信機房的810倍；e. 目前，idc機房進行供電的主要是交流ups電源和低壓-48v直流電源，其中交流ups電源是主要的供電系統(tǒng)。與之相比，高壓直流供電系統(tǒng)具有擴容方便、可靠性高、效率高等突出特點，特別對不斷增加的

3、高功耗負載，高壓直流供電系統(tǒng)將是一個有發(fā)展前途的電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。2021-11-1051、國內(nèi)、國內(nèi)idc機房用高壓直流供電方案（技術(shù)）研究機房用高壓直流供電方案（技術(shù)）研究2、國內(nèi)、國內(nèi)高壓直流供電方案的發(fā)展高壓直流供電方案的發(fā)展2.1、概述、概述 計算機、服務(wù)器和路由器等大都采用220v交流不間斷供電，需安裝ac-ups電源或逆變器電源對其供電； 但無論什么信息技術(shù)設(shè)備，其最終電路板芯片都是低壓直流供電，如12v、5v、3v和1.1v等，只有用戶的話機由電話局的-48v供給（目前所占比例將愈來愈?。?； 移動通信局等-48v電源只起到過渡電壓作用，將來使用交流電壓供電的通信設(shè)備將愈來愈多； 對

4、交流來說，不論是采用dc/ac逆變器或交流ups設(shè)備，都要經(jīng)過市電整流和逆變器二級換流；2021-11-1062、國內(nèi)、國內(nèi)高壓直流供電方案的發(fā)展高壓直流供電方案的發(fā)展2.2、對、對通信和信息、數(shù)據(jù)設(shè)備供電通信和信息、數(shù)據(jù)設(shè)備供電的兩種的兩種觀點觀點： 統(tǒng)一到-48v直流供電：intelec 1998年發(fā)表一種新生的技術(shù)-48v計算機設(shè)備供電拓撲：-48v供電是最可靠、最安全的方案； 主張統(tǒng)一到rac 220v高壓直流供電：對電信和數(shù)據(jù)通信融合的新供電應統(tǒng)一到將市電220v整流后的高壓直流供電，稱為tenor供電【當市電為230v(+10% -20%2峰值系數(shù))時，直最高電壓為358v，最低電

5、壓為260v】；2021-11-1073、高壓直流供電的組成高壓直流供電的組成2021-11-108日本ntt公司的由交流200v整流變換為直流270v的系統(tǒng)ac200vdc270vdc270v4、高壓直流供電方案的發(fā)展的特點及優(yōu)勢高壓直流供電方案的發(fā)展的特點及優(yōu)勢4.1、可靠性：高壓直流可靠性遠高于目前ups；4.2、效率和節(jié)能：n+1的ups系統(tǒng)考慮諧波的綜合因素其負載率不高于60%、效率在50%-90%之間；而高壓直流系統(tǒng)在40%的負載率下效率即可達90%以上；4.3、影響效率的因素分析：設(shè)備內(nèi)部的dc/dc變換器的內(nèi)部功率損耗和配電電纜的功率損耗（dc/dc變換器工作時，mosfet的

6、功率損耗，包括mosfet導通電阻（ron）壓降損耗和輸出電容（cout）充放電的損耗，導通電阻上的損耗正比于mosfet管的導通電流，電容上的損耗正比于電源電壓和開關(guān)頻率；2021-11-1094、高壓直流供電方案的發(fā)展特點及優(yōu)勢高壓直流供電方案的發(fā)展特點及優(yōu)勢4.44.4、-48v-48v和高壓直流的效率比較：和高壓直流的效率比較： 負載較小時，高壓直流系統(tǒng)的效率比-48v系統(tǒng)低。主要是因為高壓直流系統(tǒng)dc/dc 變換器mosfet 管輸出電容充放電損耗大； 負載較大時，-48v系統(tǒng)的效率比高壓直流系統(tǒng)低。主要是因為-48v系統(tǒng)的dc/dc 變換器中mosfet導通電阻上的損耗和配電電纜上

7、的損耗較大； 所以，高壓直流供電系統(tǒng)用于負載功率較大的場合比較有利（如，idc)。2021-11-10104、高壓直流供電方案的發(fā)展特點及優(yōu)勢高壓直流供電方案的發(fā)展特點及優(yōu)勢4.5、系統(tǒng)效率的提高系統(tǒng)效率的提高： 電源設(shè)備本身效率的提高； 通信設(shè)備內(nèi)部的電源模塊效率的提高； 降低配電線路的功率損耗；從而減少機房空調(diào)制冷量的需求，減少電能需求，最終達到節(jié)能的目的。4.6、高壓直流供電系統(tǒng)的可靠性高、效率高高壓直流供電系統(tǒng)的可靠性高、效率高的的優(yōu)點負載功率優(yōu)點負載功率越大越突出；越大越突出；4.7、面臨的困難：、面臨的困難：實現(xiàn)這個供電系統(tǒng)負載設(shè)備的濾波器、熔絲、連接器和通信設(shè)備內(nèi)部的板上dc/d

8、c變換器都需要相應地改變，實現(xiàn)起來比較困難；4.8、前景：、前景：這種電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能否采用，取決于未來負載機柜的功率要求是否較大。從目前的電信和數(shù)據(jù)通信的發(fā)展情況看，這些負載設(shè)備的功耗正在不斷增加。因此，高壓直流供電系統(tǒng)還是一個有發(fā)展前途的電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。2021-11-1011評價名稱評價名稱評價標準評價標準直流供電直流供電結(jié)論結(jié)論可靠性系統(tǒng)簡單、單點故障少，系統(tǒng)可靠性99.99%直流系統(tǒng)簡單、無單點故障，設(shè)備可靠性高，超過該標準。滿足效率效率大于90（滿載）能源僅一次轉(zhuǎn)換，模塊效率90滿足諧波干擾諧波不宜過大，20%有pfc電路，諧波10個時，每10只備用一個。高頻開關(guān)電源系統(tǒng)宜具備模塊休眠

9、功能。4、相關(guān)要求：、相關(guān)要求：4.4、系統(tǒng)采用懸浮方式供電系統(tǒng)采用懸浮方式供電： a、系統(tǒng)輸出應與地、機架、外殼隔離；b、使用時，正、負極不得接地；c、系統(tǒng)應有明顯標識標明該系統(tǒng)輸出不能接地。4.5、配電要求配電要求a、配電設(shè)備應符合yd/t 585的相關(guān)技術(shù)要求，除了本技術(shù)要求所具體規(guī)定的外，其余要求均可參照yd/t 585中相關(guān)條款。b、直流電流額定值等級配電設(shè)備的直流電流額定值在下列數(shù)值中選取：50a、100a、200a、400a、600a、800a。注：當用戶提出要求并與制造廠協(xié)商后，可以生產(chǎn)上列數(shù)值以外的產(chǎn)品，但不允許超出gb/t 762-2002規(guī)定的范圍。2021-11-102

10、94、相關(guān)要求：、相關(guān)要求：4.5、配電要求配電要求c、配電結(jié)構(gòu)配電結(jié)構(gòu)：圖圖1、單系統(tǒng)雙回路、單系統(tǒng)雙回路2021-11-1030 根據(jù)負載重要程度，可采用單系統(tǒng)單回路或雙回路供電（圖1），必要時也可采用雙系統(tǒng)雙路供電（圖2）。4、相關(guān)要求：、相關(guān)要求：圖圖2、雙系統(tǒng)雙回路圖、雙系統(tǒng)雙回路圖2021-11-10314.6、過流保護方式過流保護方式：a、告警位置：、告警位置：重要的斷路器、熔斷器（如蓄電池）等，應能發(fā)出聲光告警；b、交流輸入：、交流輸入： 系統(tǒng)總輸入過流采用交流斷路器保護； 每一個整流模塊輸入應有獨立的斷路器；c、直流輸出直流輸出： 輸出全程正負極各級都應安裝過流保護器件進行保

11、護； 直流輸出各級配電（末級除外）應采用熔斷器或直流斷路器保護； 直流輸出末級開關(guān)（即設(shè)備輸入開關(guān)）應采用斷路器保護； 所采用的斷路器或熔斷器都應與系統(tǒng)的直流電壓相適應；d、直流輸出電纜顏色標志直流輸出電纜顏色標志：正極母線：棕色；負極母線：藍色2021-11-10324、相關(guān)要求：、相關(guān)要求：4.6、過流保護方式過流保護方式：e、通信設(shè)備電源接線標準通信設(shè)備電源接線標準（如圖）：（如圖）： 直流輸出“正”極，對應于設(shè)備輸入電源線的“n”端，正正n； 直流輸出“負”極，對應于設(shè)備輸入電源線的“l(fā)”端，負負l； 通信設(shè)備輸入電源線的“地”端與系統(tǒng)保護地可靠連接，地地pe；f、直流配電部分電壓降直

12、流配電部分電壓降 直流配電部分電壓降不超過500mv(環(huán)境20)； 全程壓降不超過額定電壓5%； 蓄電池單體連接條壓降不超過10 mv。2021-11-10334、相關(guān)要求：、相關(guān)要求：2021-11-10344、相關(guān)要求：、相關(guān)要求：4.7、整流模塊整流模塊a、輸入、輸入cos、thdi的要求：的要求：當輸入額定電壓、輸出滿載時，模塊的輸入功率因數(shù)（cos）、輸入電流諧波成份（thdi）應符合右表要求：項目技術(shù)要求i類ii類thdi10%28%cos0.990.92b.b. 穩(wěn)壓精度穩(wěn)壓精度：穩(wěn)壓精度應優(yōu)于1%；c.c. 紋波電壓紋波電壓：整流模塊直流輸出端在0mhz20mhz頻帶內(nèi)的峰峰值

13、電壓應不大于輸出電壓標稱值的0.5%；d.d. 負載效應（負載調(diào)整率）負載效應（負載調(diào)整率）：不同負載情況下，直流輸出電壓與輸出電壓整定值的差值應不超過輸出電壓整定值的0.5%；2021-11-10354、相關(guān)要求：、相關(guān)要求：4.7、整流模塊整流模塊e.e. 負載效應恢復時間負載效應恢復時間 ( (動態(tài)響應動態(tài)響應) )：由于負載的階躍變化（突變）引起的直流輸出電壓變化后的恢復時間應不大于200s，其超調(diào)量應不超過輸出電壓整定值的5；f.f. 開關(guān)機過沖幅度開關(guān)機過沖幅度：由于開關(guān)機引起直流輸出電壓變化的最大峰值應不超過直流輸出電壓整定值的5；g.g. 啟動沖擊電流啟動沖擊電流( (浪涌電流

14、浪涌電流) )：由于啟動引起的輸入沖擊電流應不大于額定輸入電壓條件下最大穩(wěn)態(tài)輸入電流峰值的150；h.h. 軟啟動時間軟啟動時間：軟啟動時間（從啟動至直流輸出電壓爬升到標稱值所用的時間）可根據(jù)用戶要求確定，一般3 s10 s；2021-11-10364、相關(guān)要求：、相關(guān)要求：4.8、電池的管理功能、電池的管理功能a. 系統(tǒng)應具有能接入至少兩組蓄電池的裝置；b. 系統(tǒng)應具備對蓄電池均充及浮充充電狀態(tài)進行手動或自動轉(zhuǎn)換的功能；c. 系統(tǒng)在對蓄電池進行充電時，應具有限流充電功能；d. 系統(tǒng)應能根據(jù)蓄電池環(huán)境溫度，對系統(tǒng)的浮充電壓進行溫度補償；e. 在蓄電池充放電時，系統(tǒng)宜具備對蓄電池剩余容量進行估算

15、的功能（可選）；f. 系統(tǒng)宜具備蓄電池單體電壓管理功能（可選）；2021-11-10374、相關(guān)要求：、相關(guān)要求：4.9、并聯(lián)工作性能：a. 系統(tǒng)中整流模塊應能并聯(lián)工作；b. 能按比例均分負載(50%100%額定輸出電流時)；c. 在監(jiān)控模塊正常工作時，其不平衡度應不大于輸出額定電流的5%；d. 當監(jiān)控模塊異常時，系統(tǒng)輸出不會中斷，其不平衡度應在額定輸出電流的10%以內(nèi)；e. 當單個整流模塊異常時，不影響系統(tǒng)的正常工作；f. 在系統(tǒng)不停止工作的狀態(tài)下，在線更換故障模塊；2021-11-10384、相關(guān)要求：、相關(guān)要求：4.10、系統(tǒng)效率、系統(tǒng)效率：單個整流模塊額定輸出功率7.5kw時，效率 9

16、0%；單個整流模塊額定輸出功率 7.5kw時，效率85% ；4.11、系統(tǒng)音響噪聲：系統(tǒng)正常工作時，音響噪聲應不大于65db（a） ；2021-11-10394、相關(guān)要求：、相關(guān)要求：4.11、保護功能、保護功能：a.絕緣監(jiān)測及保護：顯示接地極性、發(fā)出告警、具備通信接口；b.交流輸入過、欠電壓保護：c.三相交流輸入缺相保護；d.直流輸出過、欠電壓保護；e.直流輸出電流限制（其標稱值的20%110%之間調(diào)整）或輸出功率限制功能；f.直流輸出過流及短路保護；g. 保護接地要求：明顯的保護地標志，接地銅螺母m8），接地線大于10mm2，接地電阻應不大于0.1 ；h.過溫保護：自動降額或恢復；2021

17、-11-10404、相關(guān)要求：、相關(guān)要求：4.12、告警性能：a. 保護發(fā)生的同時，自動發(fā)送相應的聲光告警信號，并通過通信接口將告警信號傳送到監(jiān)控設(shè)備上；b. 各種告警記錄的查詢功能和刷新功能；c. 告警信息失電不丟失；4.13、防雷性能：a. 交流輸入端應裝有浪涌保護裝置；b. 至少能承受電壓脈沖（10/700s、5kv）；c. 至少能承受電流脈沖（8/20s、20ka）的沖擊；2021-11-10414、相關(guān)要求：、相關(guān)要求：4.13、安全要求、安全要求：a.電氣間隙與爬電距離見下表：額定絕緣電壓ui，額定工作電壓交流均方根值或直流v額定電流 （mm）額定電流（mm）電氣間隙爬電距離電氣間

18、隙爬電距離60353560 ui3005668300 ui6008121012b、絕緣電阻與介質(zhì)強度：各獨立電路與地（即金屬框架）之間、無電氣聯(lián)系的各電路之間的絕緣電阻不小于10m，且且應進行介質(zhì)強度試驗應進行介質(zhì)強度試驗；c、系統(tǒng)接觸電流：不大于3.5ma；注： 大于3.5 ma時，接觸電流不應超過每相輸入電流的5%，如果負載不平衡，則應采用三個相電流的最大值來進行計算。在大接觸電流通路上，內(nèi)部保護接地導線的截面積不應小于1.0mm2。在靠近設(shè)備的一次電源連接端處，應設(shè)置標有警告語或類似詞語的標牌，即“大接觸電流，在接通電源之前必須先接地”2021-11-10424、相關(guān)要求：、相關(guān)要求：4

19、.13、安全要求、安全要求：d、材料阻燃性能材料阻燃性能：pcb的阻燃等級應達到gb4943中規(guī)定的v-0要求；塑膠導線的阻燃等級應達到gb/t18380.1-2001中規(guī)定的要求；其他絕緣材料的阻燃等級應達到gb4943中規(guī)定的v-1要求。e、產(chǎn)品的防護等級產(chǎn)品的防護等級：系統(tǒng)機柜的外殼防護等級應不低于gb4208-1999中的ip20的規(guī)定；f、直接觸電的防護直接觸電的防護 ：系統(tǒng)內(nèi)交流或直流裸露帶電部件，應設(shè)置適當?shù)耐鈿ぁ⒎雷o擋板、防護門、增加絕緣包裹等措施，防止在維護和操作過程中意外觸及；用外殼作防護時，防護等級也應達到ip20；2021-11-10434、相關(guān)要求：、相關(guān)要求：4.1

20、5、系統(tǒng)電磁兼容性：傳導騷擾限值應符合yd/t 983-1998中第5.1條的要求；輻射騷擾限值應符合yd/t 983-1998中第5.2條要求；靜電放電抗擾性：系統(tǒng)機柜應能保護產(chǎn)品抵御靜電的破壞，其保護能力應符合yd/t 983-1998第7.3條表9中“靜電放電”的要求，應能承受不低于8kv靜電電壓的沖擊；4.16、系統(tǒng)可靠性：mtbf5104h；注： 通過模塊并聯(lián)冗余方式來提高系統(tǒng)可靠性，即（n+k）方式2021-11-10444、相關(guān)要求：、相關(guān)要求：4.17、監(jiān)控性能監(jiān)控性能：a、主要功能：實時監(jiān)視系統(tǒng)工作狀態(tài)；采集和存儲系統(tǒng)運行參數(shù)；設(shè)置參數(shù)的掉電存儲功能；接受局端命令對被控設(shè)備進

21、行控制，通信協(xié)議應符合yd/t1363.3的要求；b、交流配電部分：遙測：輸入電壓、電流（可選）、頻率（可選）；遙信：輸入過/欠壓、缺相、過流（可選）、過頻（可選）、斷路器狀態(tài)（可選）；c、整流模塊：遙測：整流模塊輸出電壓，每個整流模塊輸出電流；遙信：每個整流模塊工作狀態(tài)（開/關(guān)機，限流/不限流），故障/正常；遙控：開/關(guān)機，均/浮充/測試。d、直流配電部分：遙測：輸出電壓，總負載電流，主要分路電流（可選），蓄電池充、放電電流；遙信：輸出電壓過壓/欠壓，蓄電池熔絲狀態(tài)，均/浮充/測試，主要分路熔絲/開關(guān)狀態(tài)（可選），蓄電池二次下電（可選）；2021-11-10455、有關(guān)定義的計算公式和方法、有關(guān)定義的計算公式和方法%100)(0021aaaavvvv負載效應v0 直流輸出電壓整定值；vmax 所測數(shù)據(jù)與整定值偏差（正偏或負偏） 最大的直流輸出電壓值。%10000maxvvv穩(wěn)壓精度va0 直流輸出電壓整定值。va1 負載功率為5%額定值時的直流輸出電壓值。va2 負載功率為100%額定值時的直流輸出電壓值tvvt120120）（全程壓降t測試時環(huán)境溫度；v2020時直流配電設(shè)備電壓降；vtt時直流配電設(shè)備電壓降；銅導體電阻溫度系數(shù)。%100iopp效率