通信用240V高壓直流供電系統(tǒng)華海力達.ppt

1、通信用240V高壓直流供電系統(tǒng),深 圳 市 華 海 力 達 通 訊 技 術 有 限 公 司SHENZHEN HUAHI RED COMMUNICATIONS TECHNOLOGY CO.,LTD.,內(nèi)容提綱,HVDC與UPS的比較及應用環(huán)境 240V高壓直流系統(tǒng)供電方案 240V高壓直流系統(tǒng)主要組成部分 高壓直流使用情況,HVDC與UPS的比較及應用環(huán)境,UPS的發(fā)展歷史 UPS工作原理 高壓直流電源（HVDC）工作原理 與HVDC相比UPS存在的問題 HVDC 與 UPS的主要區(qū)別 HVDC 與 UPS的比較優(yōu)勢 HVDC為什么可以替代UPS 哪些場合可以使用HVDC HVDC與電力操作電源

2、系統(tǒng)的區(qū)別,UPS的發(fā)展歷史,UPS產(chǎn)生于上個世紀60年代，1972年2月21日尼克松訪華，帶給我國的禮物之一就是UPS，從此中國開始了UPS的研究。 UPS的出現(xiàn)，是由于一些重要設備，如航天控制、醫(yī)療儀器、金融系統(tǒng)、計算機、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等，不能斷電而產(chǎn)生的。她的誕生，為信息革命產(chǎn)生了十分重大的影響。也是電力電子領域劃時代的技術突破！,UPS（Uninterrupted Power Supply )工作原理,AC輸入,輸入濾波,工頻整流,DC/DC升壓,LC工頻濾波,靜態(tài)開關,AC輸出,DC/AC逆變,充電器,電池組,在線(on line)高頻UPS,高壓直流電源（HVDC）工作原理,輸入濾波

3、,工頻整流,DC/DC變換,LC高頻濾波,DC輸出,電池組,AC輸入,與HVDC相比UPS存在的問題,UPS多一級變換效率降低； UPS的輸出采用工頻濾波損耗大； UPS控制復雜，可靠性降低 UPS的電池在輸入端，如果UPS本身出故障，負載仍然停電；而HVDC的電池在輸出端，即使HVDC本身出故障，電池仍然可以給負載供電，保障不間斷供電，所以HVDC是真正的不間斷電源； UPS系統(tǒng)并機是交流并聯(lián)，需要同頻、同相、同電位，并機復雜控制難度大，并機失敗率高，而且，一旦并機失敗后會導致系統(tǒng)癱瘓！,UPS 1+1系統(tǒng)只要有一臺出問題就等于“病危通知”、“最后通牒”！ HVDC，由于電池的存在，N+1或

4、N+X冗余并聯(lián)，一臺模塊出故障，只是預警！ 大型UPS維護復雜，耗時長，無法現(xiàn)場在線更換， HVDC，維護簡便，可以在線熱插拔。 大型1+1 UPS系統(tǒng)投資成本比HVDC高大約60%,HVDC 與 UPS的主要區(qū)別,HVDC 與 UPS的比較優(yōu)勢,HVDC為什么可以替代UPS,通信機房數(shù)據(jù)服務器電源工作原理,高頻脈沖,DC輸出,a,b,UPS交流電壓的供電范圍是176264VAC,對應的整流后的最低直流電壓Uab=1.25*176V=220V，最高直流電壓Uab=1.4*264=369.6V,工作效率最高的電壓點是220VAC，對應的直流電壓是Uab=1.25*220=275V，顯然如果我們直

5、接將直流電接到計算機服務器也是完全可以工作的，只要直流電壓在220V369V之間，選取2V一節(jié)120節(jié)電池，其均充電壓是2.35*120=282VDC，浮充電壓是2.25*120=270VDC。 如果是加有APFC的服務器電源對UPS的交流輸出可以做到更寬，一般可以到110V-270Vac.其對應的直流范圍是137V-378V，改為直流供電后APFC就變成了單純的DC/DC Boost電路了！ 結(jié)論：由于服務器電源是將UPS提供的交流電源先要整流成直流電，然后再將直流再變換成12V、5V或3.3V等低壓直流給服務使用，而全橋二極管整流電路對直流電可以直接輸入，只要直流電壓能夠達到220V以上就

6、可以使用！,哪些場合可以使用HVDC,凡是計算機系統(tǒng)使用LCD顯示器的地方都可以使用HVDC 目前通信機房中交換機使用的是-48V系統(tǒng)，服務器使用的是UPS 電廠或變電站中，二次控制和斷路器使用的是220V直流操作電源；通信使用的是-48V電源；計算機系統(tǒng)使用的是UPS 銀行、保險、證券公司中通信使用的是 -48V通信電源，計算機服務器使用的是UPS。證券公司的大顯示屏使用的是24VDC，這個電源也來之于UPS，同樣可以由HVDC直接供電！,HVDC與電力操作電源系統(tǒng)的區(qū)別,電壓等級不一樣，電力操作電源標稱電壓是220V（2V，104節(jié)浮充電壓234V，均充電壓244V，電池節(jié)數(shù)可變10410

7、8節(jié)） HVDC標稱電壓是240V（2V，120節(jié)浮充電壓270V，均充電壓282V，電池節(jié)數(shù)固定） 電力操作電源接線方案復雜，HVDC接線方案簡單（只有一種單母線分段） 電力操作電源設備種類繁多，HVDC，只有監(jiān)控，模塊、電池巡檢儀、絕緣監(jiān)測儀作為可選件；,240V高壓直流系統(tǒng)供電方案,單系統(tǒng)單路供電方案 單系統(tǒng)雙路供電方案 雙系統(tǒng)雙路供電方案 服務器交、直流供電原理 HVDC分散式供電系統(tǒng),單系統(tǒng)單路供電方案,電池組,整流模塊,總配電柜,列頭柜,設備機架,單系統(tǒng)雙路供電方案,電池組,整流模塊,總配電柜,列頭柜,設備機架,雙系統(tǒng)雙路供電方案,交直流配電屏,整流配電屏,150A 240V電源系

8、統(tǒng)由交直流配電屏+整流配電屏(含15個10A模塊),300A-600A 240V電源系統(tǒng)由交直流配電屏+整流配電屏(含15-30個20A模塊)組成,服務器交、直流供電原理,交流供電,直流供電,分散式供電系統(tǒng)由交直流配電屏、整流配電屏、和直流分配柜組成,HVDC分散式供電系統(tǒng),交直流配電屏-交流單元,2路225A3P交流輸入開關帶機械互瑣,C級防雷,保護地排,交直流配電屏-直流單元,2路800A電池熔絲輸入（2正2負）,4路250A負載熔斷器組輸出（正極）,4路250A負載熔斷器組輸出（負極）,直流分配柜,10路63A2P直流開關輸出,10路32A2P直流開關輸出,10路20A2P直流開關輸出,

9、10路10A2P直流開關輸出,整流配電屏,16個20A直流高壓整流模塊,16路模塊控制開關,主（輔）柜,240V高壓直流系統(tǒng)主要組成部分,典型IDC機房供電系統(tǒng)組群設計 典型240V高壓直流系統(tǒng)容量設計 電壓等級 240V高壓直流系統(tǒng)屏柜組成 典型240V高壓直流系統(tǒng)電池容量設計選型 通信機房高壓直流供電系統(tǒng)工作原理 典型240V高壓直流系統(tǒng)整流屏設計選型 典型240V高壓直流系統(tǒng)直流屏設計選型 系統(tǒng)監(jiān)控功能組成 240V高壓直流電源設備系統(tǒng)防雷設計 240V高壓直流系統(tǒng)接地設計 240V高壓直流電源設備系統(tǒng)的電池管理 240V高壓直流電源設備系統(tǒng)的配電設計 240V高壓直流電源系統(tǒng)的主要功能

10、,按設計經(jīng)驗：信息化數(shù)據(jù)機房供電系統(tǒng)原則一般設計按 35-100KVA功率向一組服務器柜供電， 整個機房參考基本組配置若干個供電系統(tǒng)組； 形成供電組群，完成全機房供電； 方案優(yōu)點： 單組電源系統(tǒng)容量可以按相對集中管理模式； 比完全分布式容易設計和管理； 35-150KVA是目前信息化產(chǎn)業(yè)功率最佳選擇；,典型IDC機房供電系統(tǒng)組群設計,典型240V高壓直流系統(tǒng)容量設計,按設計需要：表中對應于原交流供電25-150KVA功率 向一組服務器柜供電，常用的供電容量選擇及 直流對應電流容量 方案選型： 單組電源系統(tǒng)容量可以按100-600A標稱容量選型； 150A、300A是目前信息化產(chǎn)業(yè)功率最佳選擇；

11、 對中心局點，可參考600A系統(tǒng)設計,電壓等級,系統(tǒng)標稱電壓是240V 系統(tǒng)標準規(guī)范電壓范圍最大為216V-312V 參照48V系統(tǒng)，實用可選210V-295V 系統(tǒng)采用240V電池組（選用電池單體2V120節(jié)） 對應于12V20只單體串聯(lián)或5組48V串聯(lián) 電池系統(tǒng)浮充電壓268-270V，均充電壓282V 對應于電池單體浮充電壓2.23V，均充電壓2.35V 參照48V系統(tǒng)，53.5V_2.23V;56.5V_2.35V 電池欠壓報警點210V 對應于電池單體欠壓1.75V 電池低壓預警點228V 對應于電池單體欠壓1.90V,240V高壓直流系統(tǒng)屏柜組成,240V高壓直流系統(tǒng)主要由交流屏、

12、整流屏、直流屏組成 交流屏負責接入通信機房雙路交流供電，一般一個屏 電源屏即整流屏一般采用1-2個 直流屏按原機房設計保留三級配電模式， 即 直流屏，分配屏、列頭柜 改造項目一般只設計直流屏 原配電列頭柜交流表需改造為直流電壓電流表，配電結(jié)構(gòu)及熔絲不需改動，但小容量開關建議改造為熔絲或?qū)Ｓ秒p刀直流開關 電池組一般采用2組 屏柜尺寸優(yōu)選：2000mm高*800mm寬*600mm深,典型240V高壓直流系統(tǒng)電池容量設計選型,系統(tǒng)對電池充電電流按0.1C10設計 系統(tǒng)對設備送電參考容量系數(shù)0.3,0.5或0.8設計 即參照系統(tǒng)總電流30%或50%用于設備供電 系統(tǒng)電池采用2組電池組（選用電池單體2V

13、120節(jié)） 對應于12V20只單體串聯(lián)或5組48V串聯(lián) 電池系統(tǒng)浮充電壓268-270V，均充電壓282V 對應于電池單體浮充電壓2.23V，均充電壓2.35V 參照48V系統(tǒng)，53.5V_2.23V;56.5V_2.35V 電池欠壓報警點210V，一般不設下電脫離保護 對應于電池單體欠壓1.75V 電池低壓預警點228V 對應于電池單體欠壓1.90V 高壓直流系統(tǒng)電池安時容量參考4-8小時備用供電設計 電池單體一般選用2V，以提高電池組及系統(tǒng)可靠性,通信機房高壓直流供電系統(tǒng)工作原理,典型240V高壓直流系統(tǒng)整流屏設計選型,如需要：可設計主輔2個整流屏組成整流屏系統(tǒng)， 每屏一般為最多16個模塊

14、 設計整流屏可按終裝容量留出模塊位置 部分位置待需要時安裝即可,典型240V高壓直流系統(tǒng)直流屏設計選型,選型： 直流配電屏采用正負雙熔絲結(jié)構(gòu) 電池2路，共四個熔絲 直流一般為4-8分路雙組結(jié)構(gòu) 設計直流屏一般不考慮小容量,240V-300A高壓直流電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,240V-600A高壓直流電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,系統(tǒng)及監(jiān)控單元組成,1、監(jiān)控單元 采用內(nèi)部RS485總線、分布式、模塊化； 開放式設計，本地5.6觸摸屏 2、整流模塊 高頻諧振高效率、全智能化； 3、交流配電單元 可實時測量雙交流輸入?yún)?shù)并報警 4、直流配電單元 可實時檢測雙直流輸出參數(shù)并報警 5、 開關量單元 可實時檢測輸出分路狀態(tài)并報警

15、 5、電池組 可配備2組電池，實現(xiàn)均浮充限流，溫度補償?shù)?6、單體電池巡檢儀 可測量兩組120只電池單體 7、母線絕緣監(jiān)測 可檢測正負母線絕緣狀態(tài)并報警,240V高壓直流電源設備系統(tǒng)及監(jiān)控組成,電信設備,直流屏,交流屏,主整流屏,本地監(jiān)控,電源 監(jiān)控器,輔整流屏,240V高壓直流電源設備系統(tǒng)防雷設計,配合原機房系統(tǒng)交流側(cè)進線B/C/D三級防雷，高壓直流系統(tǒng)防雷設計可增加直流輸出側(cè)及信號側(cè),240V高壓直流系統(tǒng)接地設計,接地設計： 高壓直流240V系統(tǒng)按高壓直流規(guī)范中5.11.1懸浮接地； 配置絕緣監(jiān)察裝置。絕緣裝置功能：（1） 絕緣監(jiān)察裝置能按預置的絕緣電阻或相應漏電流檢測正負 母線上絕緣狀態(tài)

16、，當超過設置參數(shù)時報警并顯示接地極性；（2） 絕緣監(jiān)察裝置能發(fā)出告警并可提供信息上傳/遠傳和干節(jié)點。,絕緣檢測的方法：,目前常用的絕緣檢測方法主要是三類 沿用至今的電阻電橋法非常實用簡單，有效可靠； 但本方法設計一般選擇固定的絕緣電阻參數(shù)，如20K歐姆； 也可采用撥碼設置電阻參數(shù)，如2-50K，或?qū)穆╇娏髟O置參數(shù) 電壓注入法和不平衡電流測試法主要用于分路巡檢，即主要檢測電源系統(tǒng)外安裝的設備負載漏電支路及漏電參數(shù)，方便使用維護,高壓直流240V系統(tǒng)規(guī)范目前已確定采用雙母線懸浮的系統(tǒng)設計 母線的懸浮絕緣狀態(tài)應盡可能在設計時明確絕緣電阻或漏電流參數(shù)規(guī)范 如20K歐姆，或10mA 設計應注意當出現(xiàn)

17、懸浮接地故障告警提示后，電源系統(tǒng)除報警外功能要求； 以及系統(tǒng)的維護處理模式，處理辦法，處理過程及規(guī)程；監(jiān)控系統(tǒng)遠端提示,絕緣檢測的設計原則：,240V高壓直流電源設備系統(tǒng)的電池管理,按設計需要：一般設計按35-150KVA功率組， 市電停電后，電池必須接續(xù)供電；電池組成： 單組240V電池可配合組內(nèi)熔絲按5組48V串聯(lián)； 系統(tǒng)內(nèi)兩組電池可由串聯(lián)熔絲并聯(lián)； 為提高電池組本身的固有可靠性，一般采用2V單體； 電池管理： 均充浮充按設置參數(shù)自動轉(zhuǎn)換；溫度自動補償； 可選擇配備電池單體巡檢裝置；檢測落后單體并報警 增加電池電壓1.90欠壓即容量預警，并實施1.75V報警,典型IDC機房供電系統(tǒng)電池設計

18、及管理,240V高壓直流電源設備系統(tǒng)的配電設計,按操作規(guī)程：一般上電前先投入熔絲，再切換設備上電或換電，這樣可 保證熔絲不拉??；下電時則先將負載電流拆除或移走后在斷開熔絲。 建議操作流程注明，先操作正極熔絲，再操作負極熔絲。,典型直流配電熔絲安裝及維護,直流配電保留三級配電模式，即 直流屏，分配屏、列頭柜 其中直流屏及分配屏可選用熔絲，采用正負雙配置結(jié)構(gòu)； 列頭柜中可部分選用開關，但必須是直流雙刀類型； 改造項目一般只設計直流屏 原配電列頭柜交流表需改造為直流電壓電流表，配電結(jié)構(gòu)即熔絲不需改動，但小容量開關建議改造為熔絲或?qū)Ｓ秒p刀直流開關,240V高壓直流電源系統(tǒng)的主要功能,防雷設計、漏電防護

19、、EMI設計 交流輸入過欠壓保護，ACin寬范圍，缺相降額保護 電池低電壓預警，欠電壓報警 電池在線管理:均浮充自動轉(zhuǎn)換，電池環(huán)境溫度補償； 電池單體電壓及內(nèi)阻測量巡檢，數(shù)據(jù)記錄并報警 故障告警及保護，清晰提示，可通過監(jiān)控系統(tǒng)遠端提示 提供大容量240V高壓直流輸出，系統(tǒng)功率密度高； 監(jiān)控四遙功能，可遠端監(jiān)控 用戶使用維護方便,高壓直流使用情況,解決UPS供電可靠性問題 節(jié)能提升供電效率,高壓直流替代UPS,2007年1月開始，中國電信鹽城分公司開始試驗高壓直流供電，從辦公PC機逐步擴展到服務器、網(wǎng)絡設備（二層交換機、三層交換機、光纖交換機、防火墻等）、磁盤陣列、小型機、營業(yè)廳票據(jù)打印機等60

20、0多臺，基本覆蓋了分公司全部機型。 鹽城公司從2008年6月份起，凡新裝IT設備，全部使用高壓直流供電，目前已替換了七套UPS系統(tǒng)，現(xiàn)場裝表測量，安全性優(yōu)于UPS,節(jié)能25%以上。,2007-10月江蘇鹽城開始高壓直流供電試驗,23套高壓直流供電系統(tǒng)在線運行,節(jié)能效果好、安全性高,采用標稱電壓為240V的高壓直流電源替代交流UPS向IT設備供電，不需要對IT設備內(nèi)部改造，不需要對IT設備輸入接口改造，在保障通信安全、降低運行能耗、節(jié)約建設成本、操作維護簡單等方面比UPS供電系統(tǒng)具有很大優(yōu)勢。該項目通過現(xiàn)場試驗，每套系統(tǒng)均節(jié)能2030%。,高壓直流解決了哪些問題,適應性強，240V直流供電系統(tǒng)能

21、夠支持IT設備的主要電源標準（ATX、SSI標準） 個案：CRT顯示器變色、激光打印機（熱量不夠，墨烤不干） 供電系統(tǒng)可靠性大大提高，240V系統(tǒng)最長使用2年，目前所有系統(tǒng)運行穩(wěn)定，解決了UPS系統(tǒng)故障頻發(fā)、系統(tǒng)阻斷問題 分散供電模式 蓄電池直接向負荷供電 擴容方便，可維護性強 不存在“零地”電壓差問題 節(jié)能效果明顯 徐州節(jié)電27%，無錫節(jié)電30% 節(jié)省投資40%以上，減少超前投資50%以上 全部采用國產(chǎn)電源設備,IT設備高壓直流供電取代UPS是明顯的趨勢,通信用240V直流供電系統(tǒng)技術要求已經(jīng)頒發(fā),09年12月1日，由TC4、中國電信提出的通信用240V直流供電系統(tǒng)技術要求YDB 03720

22、09 通過工信部審查，12月10日頒發(fā)。,已引起通信電源行業(yè)的廣泛關注，產(chǎn)業(yè)鏈支持不存在問題。,高頻開關電源 眾多廠家有電力操作電源產(chǎn)品系列；產(chǎn)品技術要求規(guī)范、明確 現(xiàn)場試驗包括：中達電通、艾默生、中恒、動力源、伊頓等 蓄電池 無特殊要求 電纜、母線 載流量比-48V系統(tǒng)低，現(xiàn)有產(chǎn)品系列基本可以兼容；無特殊要求 開關、熔斷器等控制器件 有各種電壓等級、電流規(guī)格的產(chǎn)品，已經(jīng)通過大量現(xiàn)場障礙模擬實驗 （與國家電力公司的運行規(guī)范相背，專利重要權利之一）,中國電信江蘇分公司內(nèi)部推進措施,1、鼓勵試點，將高壓直流列為創(chuàng)新項目，對復制、采用創(chuàng)新項目的其他本地網(wǎng)，將在年度考評中加分、創(chuàng)新項目原創(chuàng)單位也相應加分。 2、組織虛