通信高壓直流電源

HVDC系統主要由交流配電單元、整流模塊、蓄電池、直流配電單元、電池管理單元、絕緣監測單元及監控模塊組成。正常工作情況下，整流模塊將交流配電源輸出的380V交流轉換成240V高壓直流，高壓直流經直流配電單元給通訊設備供電，同時也給蓄電池充電。當交流輸入發生故障時，直流由蓄電池給通訊設備供電。

原理圖如下：

2.1 交流配電單元

交流配電單元是將兩路市電，經自動或手動切換分配到各個整流模塊；並配有C、D兩極防雷保護系統。

2.2 整流模塊

整流模塊是系統的核心部分，它將交流變換成直流（AC/DC），給負載供電，同時對電池充電。

2.3 蓄電池

蓄電池是保證不間斷供電的關鍵，在交流停電時，由蓄電池給負載供電。

2.4 直流配電單元

直流配電單元是通過直流空開或熔斷器輸出到列頭櫃，再由列頭櫃輸出到各服務器，給服務器提供直流電源。

2.5 監控模塊

監控模塊是整個系統的“大腦”和“眼睛”，擔負着各單元實時運行情況的監測和處理的重任。

2.6 電池管理單元

電池管理單元可實時檢測每節電池的端電壓、電池組內阻、電池組端電壓、充放電電流和温度等參數，並上送給監控模塊，保證電池組隨時處在正常工作狀態。

2.7 絕緣監測單元

絕緣監測單元可對直流母線、輸出分路對大地的絕緣狀況經行實時監測，保證操作人員的人身安全。

（1）可靠性大幅提升

高壓直流供電技術引入的主要目的就在於提升系統的安全性。UPS系統本身僅並聯主機具有冗餘備份，系統組件之間更多地是串聯關係，其可用性是各部分組件可靠性的連乘結果，總體可靠性低於單個組件的可靠性。反觀直流系統，系統的並聯整流模塊、蓄電池組均構成了冗餘關係，不可靠性是各組件連乘結果，總體可靠性高於單個組件的可靠性。理論計算和運行實踐都表明，直流系統的可靠性要遠遠高於UPS系統，一個例證就是大型直流系統癱瘓的事故基本沒有。

大量使用的UPS主機均為在線雙變換型，在負載率大於50%時，其轉換效率與開關電源相近。但一個不容忽視的現實是，為了保證UPS系統的可靠性，UPS主機均採用n+1（n=1、2、3）方式運行，加之受後端負載輸入的諧波和波峯因數的影響，UPS主機並不能滿足運行，通常UPS單機的設計最大穩定運行負載率僅為35～53%。而受後端設備虛提功耗和業務發展的影響，很多UPS系統通常在壽命中後期才能達到設計負載率，甚至根本不能達到設計負載率，UPS主機單機長期運行在很低的負載率，其轉換效率通常為80%多，甚至更低。對於直流電源系統而言，因其採用模塊化結構，可根據輸出負載的大小，由監控模塊、監控系統或現場值守人員靈活控制模塊的開機運行數量，使整流器模塊的負載率始終保持在較高的水平，從而使系統的轉換效率保持在較高的水平。

現場測試發現，常用的12脈衝在線雙變換型UPS主機，加裝11次濾波器後，其輸入功率因數通常在0.8～0.9，最大僅為0.95，輸入電流諧波含量通常在7.5%左右。

與此對應，由於PFC電路的應用，額定工況下，開關整流器模塊的輸入功率因數通常都在0.99以上，輸入電流諧波含量通常在5%以下。

輸入參數的改善的直接效果是，前端設備的容量可以大大降低，前端低壓配電櫃可以不再配置電抗器，從而也可以降低補償電容的耐壓要求。

UPS系統帶載能力受兩個因素的制約，一是負載的功率因數，以國內某大型UPS廠商的某型主機為例，在輸出功率因數為0.5（容性）時，其最大允許負載率僅為50%；二是負載的電流峯值係數，通常UPS主機的設計波峯因數為3，如果負載的電流峯值係數大於3，則UPS主機將降容使用。

對於直流系統而言，不存在功率因數的問題；因其並聯了內阻極低的大容量蓄電池組，加之整流器模塊有大量的富餘（充電和備用），其負載高電流峯值係數的負荷能力很強，不需專門考慮安全富餘容量。

對於採用UPS供電的設備來説，除非其採用雙電源（或四電源、六電源），或專門配置有STS設備，否則通常只能採用停電方式割接。對於重要系統來説，這是難以忍受的，更為麻煩的是，一些沒有廠家支撐的老型設備，很有可能在停機不能重啓的現象。

直流電源只要做到輸出電壓和極性相同即可連接到一起，從而實現不停電割接，而這是非常容易做到的。

電源系統投資包括UPS電源（高壓直流）、前端電源（市電、油機）、機房三個部分。以成都某運營商最近完工的一個機房為例進行對比分析，該機房同層佈置4套400KVA 1+1 UPS系統，採用高壓直流供電，需5×4套50KW系統。

UPS電源（高壓直流）部分：採用UPS方案每套系統的投資大約為250萬元，採用高壓直流供電時5套直流系統投資越160萬元。直流系統投資僅是UPS方案的2/3，究其原因，主要是沒有UPS櫃，並且其僅與交流整流輸入電纜，沒有旁路迴路電纜。

前端電源部分：粗略測算，採用高壓直流方案，市電和油機供電系統約可減少20～25%。

機房：採用UPS方案和高壓直流供電方案，所需佔用的機房面積基本相同，但是採用高壓直流供電方案時，開關電源安裝區域機房荷載要求大大低於UPS機房，粗略測算，機房土建成本約降低10%左右。

對以上投資加權後，採用高壓直流供電方案總投資降低約30%。需要説明的是，採用高壓直流供電方案，不僅電源系統可分期建設，系統的電源模塊也可根據需要分期建設，考慮投資折現率後，高壓直流供電方案的投資節約率將更加明顯。

運維成本主要包括電費成本和維修成本，由於轉換效率的提高，高壓直流供電將大大節約電費成本。在維修成本方面，高壓直流供電採用的整流模塊化結構，現場替換非常方便，而且由於直流供電系統的可靠性遠高於交流UPS系統，故維修概率也大大減小。

由於高壓直流供電系統較於交流UPS，中國電信、中國移動、中國聯通等各大移動運營商都在大力推廣，總體成交額度呈50%以上的速度增長。其中，江蘇電信已全面採用HVDC取代UPS。

1：靜電帶電裝置在材料表面使之帶電，讓其他的材料貼緊繫統。 2：用直流量電壓發生裝置，利用電壓(正或負極性)通過使靜電針加強到產品上。 3：根據這個離子材料帶有靜電，與其他的素材根據靜電力貼緊。利用這個系統能進行生產工序和高速化改善。 4：ECM系列利用高頻開關技術的小型設計，根據輸出電壓準備了各種(類型)0～20kv類型，0～30kv類型，0～60kv類型。