時(shí)間：2023-03-13 11:25:22
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關(guān)鍵詞：低壓直流；高壓轉(zhuǎn)換；方法途徑；自舉升壓
High Voltage Direct-current in Low-voltage Direct-current
WEI Bingguo
(Puyang Technical College,Puyang,457000,Chinaオ
Abstract：Because of some circuit node need higher voltage what supplied in the low voltage direct-current circuit,so the source power voltage should be transformed into a higher voltage.There are three general methods,such as bootstrap-boost-voltage,inductance-boost-voltage and inverter-boost-voltage.From choicing components to boost-voltage principle and outcome which are carried on particularly analysised in the paper,and it provids a key to the important problem,what to product higher voltage in low voltage direct-current.this would be give some inspiration to electric circuit designer,although it can beneficial to optimizing circuit or choicing components.
eywords：low-voltage direct-current;high voltage convert;methods;bootstrap-boost-voltageオ
在低壓直流供電線路特別是電子電路中，電路的絕大部分使用由電源提供的低壓，但在線路的某一個(gè)部分或某幾個(gè)部位，需要供高于電源的直流電壓，若將整個(gè)線路的供電電壓提高，既要重新更換或設(shè)計(jì)電源，又會(huì)給整個(gè)電路的部件提出更高耐壓的要求：若不提高電源電壓，需要高電壓的電路部分又不能正常工作，本文就基于整個(gè)供電電路的低壓電源，在某些部分產(chǎn)生較高的直流電壓常采用的方法，通過(guò)一些具體實(shí)例做闡述總結(jié)。
【關(guān)鍵詞】低壓直流；柔性直流輸電；超高壓直流
目前直流電在我國(guó)電力系統(tǒng)應(yīng)用有低壓直流、柔性直流輸電和超高壓直流輸電。低壓直流主要用于發(fā)電廠和變電站的二次回路中，柔性直流輸電正應(yīng)用于智能電網(wǎng)，而超高壓直流用于遠(yuǎn)距離電能輸送或系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。低壓直流也廣泛應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)電路中。
1. 學(xué)習(xí)直流電路的重要性
直流電路，是電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的非常重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)內(nèi)容，教師學(xué)習(xí)和探討的深度關(guān)系到學(xué)生專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)探討的深度，學(xué)生學(xué)習(xí)的探討的深度關(guān)系到學(xué)生未來(lái)的發(fā)展，也關(guān)系到學(xué)生職業(yè)的發(fā)展。
直流電路部分的學(xué)習(xí)，為學(xué)生后續(xù)的電子技術(shù)基礎(chǔ)、電機(jī)學(xué)、電力拖動(dòng)、電氣自動(dòng)控制、PLC、檢測(cè)、電氣設(shè)備、電力系統(tǒng)分析、供用電系統(tǒng)、供用電設(shè)備、繼電保護(hù)、高電壓技術(shù)、等等課程的學(xué)習(xí)至關(guān)重要。特別是在電力系統(tǒng)中控制和保護(hù)二次回路以及其他電氣二次控制幾乎采用直流電源。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，隨著新能源的發(fā)展，輸電系統(tǒng)采用“柔性直流輸電”和超高壓直流輸電越來(lái)越多，這就要求我們要相當(dāng)重視這一方面的研究。
2.低壓直流在電子領(lǐng)域的應(yīng)用
直流廣泛用于電子電路、計(jì)算機(jī)等電路。電子電路、通信電路、計(jì)算機(jī)電路等所用直流一般是幾伏或幾十伏。如直流在晶體管放大電路中它主要作為集電極和基極的工作電源。機(jī)床控制電路也廣泛應(yīng)用直流。直流電的基礎(chǔ)知識(shí)是電氣類(lèi)專(zhuān)業(yè)和機(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)課的基礎(chǔ)。教學(xué)中重視直流電教學(xué)是提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生質(zhì)量的關(guān)鍵。
3.直流在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用
3.1直流在二次回路中的應(yīng)用
傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、控制回路、信號(hào)回路等二次回路中，廣泛應(yīng)用著直流電，它們所用直流電源電壓一般是220V。隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平的提高，在微機(jī)保護(hù)裝置和微機(jī)自動(dòng)裝置電路中所用直流電壓一般是幾毫伏、幾伏或幾十伏電壓。低壓直流還作為廠站應(yīng)急電源。
3.2在柔性直流輸電的應(yīng)用
“柔性”直流輸電是采用先進(jìn)的大功率電力電子器件組成的電壓源換流器（VSC），其換流器采用IGBT絕緣柵雙極型晶體管，它可以依據(jù)電網(wǎng)需要，靈活快捷地改變電能輸送的大小和方向，并提供更優(yōu)質(zhì)的電能質(zhì)量。多端柔性直流輸電系統(tǒng)模塊化多電平（MMC）技術(shù)，可靈活接入多個(gè)站點(diǎn)的風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮?、小水電等清潔能源，通過(guò)一個(gè)大容量、長(zhǎng)距離的電力傳輸通道，到達(dá)多個(gè)城市的負(fù)荷中心。這為新能源并網(wǎng)、大型城市供電以及孤島供電等場(chǎng)合提供了一種有效的解決方案。
1997年世界上第一條柔性直流輸電工程投運(yùn)，目前國(guó)外有瑞典的Hellsjon工程、Gotland Light工程和美國(guó)的Eagle Pass、Cross - Sound Cable工程、丹麥的Tjaereborg工程等，到目前，世界上已經(jīng)投運(yùn)的柔性直流輸電工程有11條。
我國(guó)是從2006年開(kāi)始研究，2011年上海南匯柔性直流輸電工程投運(yùn)，其電壓±30kV，輸出電流300A，輸出功率18MVA。國(guó)家電網(wǎng)公司是繼ABB、西門(mén)子之后全球第三個(gè)掌握該項(xiàng)技術(shù)的公司。2013.12.25南方電網(wǎng)的南澳風(fēng)電場(chǎng)多端（四端）柔性直流輸電工程建成，電壓±160kV ，傳輸功率200MVAV，三個(gè)換流站的容量分別是5萬(wàn)千瓦、10萬(wàn)千瓦和20萬(wàn)千瓦，未來(lái)島上還將建設(shè)一座接納海上風(fēng)電的換流站。目前我國(guó)在建的有舟山工程多端（五端）柔性直流輸電工程，電壓±200kV。
有專(zhuān)家形象地說(shuō)：“柔性直流輸電技術(shù)就像在川流不息的江河上建造一個(gè)水庫(kù)，既能接收上游河道的來(lái)水，又可以很從容的控制下游水的流量?！比嵝灾绷鬏旊娂夹g(shù)對(duì)新能源的并網(wǎng)，如出力不斷變化的風(fēng)電并網(wǎng)是目前最合適的，它重點(diǎn)解決了風(fēng)電場(chǎng)間歇式電源的并網(wǎng)問(wèn)題，是國(guó)際公認(rèn)的最具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)的風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)方案。柔性直流輸電技術(shù)是海上風(fēng)電并網(wǎng)的唯一方式，特別適用于海上孤島供電等偏遠(yuǎn)地區(qū)。柔性直流輸電技術(shù)柔性直流輸電可以大幅改善大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)的性能，保障新能源發(fā)電的迅速發(fā)展。
柔性直流輸電最大優(yōu)點(diǎn)是能夠快速靈活的調(diào)節(jié)其輸出的有功功率和無(wú)功功率，可以獨(dú)立的控制其輸出電壓的幅值、相位；柔性直流輸電啟動(dòng)時(shí)不需要本地電源支撐；柔性直流輸電具有良好的電網(wǎng)故障后的快速恢復(fù)控制能力，可以作為系統(tǒng)恢復(fù)電源。
3.3 超高壓特高壓直流輸電
當(dāng)需要大功率遠(yuǎn)距離輸送電能，兩大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)又遇到聯(lián)網(wǎng)的穩(wěn)定性問(wèn)題時(shí)，需要用超高壓或特高壓直流聯(lián)網(wǎng)。直流輸電有其優(yōu)越性：無(wú)系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題，在同輸送容量下，直流輸電比交流輸電更經(jīng)濟(jì)，直流輸電的線路投資是交流輸電的1/3。當(dāng)輸電距離大于等價(jià)距離時(shí)，宜采用直流輸電，反之采用交流輸電。直流輸電電暈干擾小；線路不存在電容電流，沿線路電壓分布均勻，不需要無(wú)功補(bǔ)償；調(diào)節(jié)快速，運(yùn)行可靠。超高壓直流特高壓直流通過(guò)晶閘管換流器能快速調(diào)節(jié)有功功率，實(shí)現(xiàn)“潮流翻轉(zhuǎn)”（功率流動(dòng)的方向的改變）；當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，直流系統(tǒng)的“定電流控制”將迅速的短路電流控制在額定功率附近，短路電流不應(yīng)互聯(lián)二惡增大。其缺點(diǎn)是換流站造價(jià)較高，換流站會(huì)產(chǎn)生諧波。
我國(guó)最早的超高壓直流輸電是1990年建成的葛洲壩至上海的500kV超高壓直流輸電，后來(lái)相繼建設(shè)了四川向家壩至上海的800kV直流輸電工程和云南天生橋至廣州的800kV直流輸電工程。
三峽電廠的建設(shè)，使全國(guó)大部分地區(qū)電力系統(tǒng)得到了聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了西電東送。三峽電廠輸出工程主要有三個(gè)通道，中通道500kV交流向鄂豫間兩回，鄂湘間兩回，鄂贛間一回供電。東通道500kV直流向上海兩回輸電和500kV交流一回配套供電。南通道500kV直流向廣東惠州供電。
4.結(jié)論
直流電廣泛應(yīng)用于用戶端，應(yīng)用于各行各業(yè)，應(yīng)用于電子產(chǎn)品、計(jì)算機(jī)產(chǎn)品、通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、工廠設(shè)備、企事業(yè)單位。直流電廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中的低壓直流系統(tǒng)、柔性直流輸電和超高壓直流輸電?！峨娐贰氛n程的學(xué)習(xí)是直流供電系統(tǒng)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)：
[1]上海南匯風(fēng)電場(chǎng)柔性直流輸電工程25日正式投入運(yùn)行，2011年7月26 上海政務(wù)網(wǎng).
關(guān)鍵詞：低壓直流供電；柔性直流輸電；超高壓直流輸電；
1、低壓直流供電
1、1低壓直流供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
為了能夠滿足電力系統(tǒng)的要求，即在孤島和接入電網(wǎng)的狀態(tài)下正常運(yùn)行、連續(xù)供電性、電壓穩(wěn)定行、可擴(kuò)展性等，在符合現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的前提下，提出了低壓直流供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，如圖1所示[1]。
直流供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中AC/DC裝置是由兩個(gè)電源型整流器通過(guò)并聯(lián)方式構(gòu)成的，這兩個(gè)整流器都采用了脈寬調(diào)制的控制方法，并配備了絕緣柵雙極型晶體管，調(diào)節(jié)電壓并穩(wěn)定在正常需求水平上，同時(shí)也能降低交流系統(tǒng)中諧波的流入，其目的是為了提高系統(tǒng)的可靠性，使系統(tǒng)能夠在孤島模式下進(jìn)行工作。分布式發(fā)電設(shè)備通過(guò)電源型整流器來(lái)實(shí)現(xiàn)與直流系統(tǒng)的連接，這種方法比較簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性比較好，能夠保證供電的連續(xù)性。
1、2低壓直流供電系統(tǒng)的質(zhì)量可靠性
電力的穩(wěn)定性和質(zhì)量是用戶比較關(guān)注的重點(diǎn)，其中電能質(zhì)量對(duì)敏感類(lèi)負(fù)載的影響較大，可靠性對(duì)應(yīng)急負(fù)載的影響較大，數(shù)據(jù)類(lèi)和商業(yè)類(lèi)的負(fù)載對(duì)于二者都有較高的要求。因此使用直流供電能夠有效的提高電能質(zhì)量，并能進(jìn)一步的提高供電的可靠性，減低損耗，減少成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。
電力電子器件會(huì)影響供電的可靠性，而元件的故障率受負(fù)載和溫度的影響比較大，因此低壓直流供電系統(tǒng)中的電力電子器件需要能夠承受一定的負(fù)載，并且對(duì)溫度的波動(dòng)有較好的的適應(yīng)性[2]。
1、3低壓直流供電系統(tǒng)的保護(hù)和控制
在低壓直流供電系統(tǒng)中使用了較多的熔斷器和斷路器，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)載情況和短路的時(shí)候，系統(tǒng)能夠自動(dòng)的切斷電源，保護(hù)了系統(tǒng)的運(yùn)行安全。同時(shí)在直流系統(tǒng)降低電壓的時(shí)候也可以應(yīng)用交流斷路器，但要注意的是需要重新的研究保護(hù)整定方法。在低壓系統(tǒng)中比較容易出現(xiàn)就地故障，剩余電流保護(hù)裝置雖對(duì)交流系統(tǒng)有較好的的保護(hù)作用，但是因?yàn)楣ぷ髟矶鵁o(wú)法直接用在直流系統(tǒng)中，所以需要另行設(shè)計(jì)。
低壓直流供電系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)如圖2所示，該系統(tǒng)能夠有效的緩解各設(shè)備控制器之間的沖突，并減小瞬變狀態(tài)對(duì)供電連續(xù)性和質(zhì)量的不良影響。該控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)是電流控制，能夠針對(duì)設(shè)計(jì)的閾值以及用戶的指令來(lái)作出相應(yīng)的反應(yīng)，可通過(guò)對(duì)電流的控制來(lái)完成電壓的穩(wěn)定控制。
2、柔性直流輸電
2、1柔性直流輸電換流器技術(shù)
柔性直流輸電換流器根據(jù)橋臂等效特性將換流器分為可控電源型和可控開(kāi)關(guān)型，可控電源型換流器的各個(gè)橋臂中分散著儲(chǔ)能電容，因此可以通過(guò)對(duì)橋臂等效電壓的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)交流側(cè)輸出電壓的變化[3]。比較典型的代表就是模塊化多電平換流器，可通過(guò)改變橋臂內(nèi)串聯(lián)子模塊個(gè)數(shù)來(lái)完成等效電壓的改變，根據(jù)子模塊的類(lèi)型可分為鉗位雙子模塊型、全橋型、半橋型等；級(jí)聯(lián)兩電平換流器也屬于可控電源換流器，它是由半橋電路級(jí)聯(lián)而成的。模塊化多電平換流器具有無(wú)需濾波裝置、模塊化設(shè)計(jì)、開(kāi)關(guān)頻率應(yīng)力低、諧波含量少、電壓畸變率低等優(yōu)點(diǎn)。但是缺點(diǎn)也比較明顯，因?yàn)榇?lián)的子模塊很多，所以增加了系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)量，加大了對(duì)控制系統(tǒng)的要求，并且無(wú)法在直流出現(xiàn)故障的時(shí)候?qū)涣鬟M(jìn)行隔離，使得安全性不高。
可控開(kāi)關(guān)型換流器可以通過(guò)相應(yīng)的脈寬調(diào)制技術(shù)來(lái)控制橋臂的斷通，但是因?yàn)闃虮鄞嬖诖罅康拇?lián)開(kāi)關(guān)器件，所以需要注意因開(kāi)關(guān)通斷引起的動(dòng)態(tài)靜態(tài)均壓?jiǎn)栴}。兩電平換流器的運(yùn)行控制和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單，但是交直流側(cè)含有大量的諧波，需要加裝濾波器，同時(shí)開(kāi)關(guān)頻率也比較高，使得換流器的損耗比較大；三電平換流器的開(kāi)關(guān)頻率比較低，諧波含量比較少，但是結(jié)構(gòu)卻比較復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)性不好，可靠性不高。
2、2柔性直流輸電控制和保護(hù)
柔性直流換流站級(jí)控制系統(tǒng)可以滿足系統(tǒng)正常的啟停操作和穩(wěn)態(tài)的功率調(diào)節(jié)，包括無(wú)功和有功兩類(lèi)控制器，無(wú)功控制器實(shí)現(xiàn)了對(duì)于交流電壓、無(wú)功功率的控制，有功控制器實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流電壓、有功功率的控制，運(yùn)行的時(shí)候，二者互相配合又獨(dú)立控制，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性[4]。
柔性直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)不同于常規(guī)的直流輸電，其閥級(jí)的控制保護(hù)系統(tǒng)更加復(fù)雜，特別是在模塊化多電平柔性直流輸電系統(tǒng)中，對(duì)于閥體的保護(hù)主要由閥級(jí)控制器來(lái)完成，換流站級(jí)控制器的作用微乎其微。因此對(duì)于保護(hù)控制的時(shí)機(jī)要求比較高，必須要高速同步控制，滿足控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性需求。
3、超高壓直流輸電系統(tǒng)
3、1超高壓直流輸電結(jié)構(gòu)
超高壓直流輸電系統(tǒng)主要包括換流變壓器、換流器、平波電抗器、直流避雷器、交流濾波器及控制保護(hù)設(shè)備等。換流器又被稱(chēng)為換流閥，它是換流站的關(guān)鍵設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變，陽(yáng)極到陰極施加正向電壓或者在門(mén)級(jí)上施加適當(dāng)?shù)碾妷耗軌蛴|發(fā)換流閥導(dǎo)通，當(dāng)電流將為零且閥的電壓變成反向的時(shí)候，閥才不會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)通情況，因?yàn)閾Q流閥具備承受正反向電壓的能力，所以可以實(shí)現(xiàn)交流和直流的變換[5]。平波電抗器具有降低直流線路的諧波電壓和電流、避免逆變器換相失敗、防止輕負(fù)荷電流不連續(xù)等功能。諧波濾波器，換流器在直流和交流側(cè)均會(huì)產(chǎn)生諧波電流和諧波電壓，它們可能會(huì)導(dǎo)致電容器和電機(jī)過(guò)熱，同時(shí)干擾遠(yuǎn)動(dòng)通信系統(tǒng)，所以在直流側(cè)和交流側(cè)都裝有濾波裝置。
3、2超高壓直流輸電系統(tǒng)故障分析
換流器常出現(xiàn)的故障有很多，換流閥短路故障是較為嚴(yán)重的故障之一，整流器閥大部分情況下承受反向電壓，在經(jīng)歷反向電壓增大或者閥的系統(tǒng)故障時(shí)候?qū)?huì)造成絕緣損壞，導(dǎo)致閥短路；逆變器閥大部分情況下承受正向壓，在電壓過(guò)高以及電壓上升幅度過(guò)大的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致閥短路。
換相失敗也是比較常見(jiàn)的故障，因?yàn)閾Q流器閥需要在承受反向電壓的前提下才能實(shí)現(xiàn)關(guān)斷，所以如果在這段時(shí)間當(dāng)中閥沒(méi)有恢復(fù)阻斷能力，或者換相一直沒(méi)有完成的情況下，當(dāng)閥為正電壓的時(shí)候，便會(huì)發(fā)生倒換相，使得應(yīng)該開(kāi)通A閥出現(xiàn)關(guān)斷情況，導(dǎo)致?lián)Q相失敗[6]。
閥開(kāi)通故障，因?yàn)橹绷骺刂葡到y(tǒng)的故障會(huì)導(dǎo)致觸發(fā)脈沖異常，造成換流器的工作出現(xiàn)異常，導(dǎo)致閥出現(xiàn)誤開(kāi)通或者是沒(méi)有開(kāi)通的情況。
結(jié)束語(yǔ)：文章對(duì)低壓直流供電、柔性直流輸電、超高壓直流輸電進(jìn)行了一系列的分析，對(duì)它們的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，簡(jiǎn)單分析了保護(hù)措施和控制方法。相關(guān)人員在進(jìn)行參考的時(shí)候需要結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)其進(jìn)行方法改進(jìn)和優(yōu)化，不斷的推動(dòng)電力事業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。
參考文獻(xiàn)：
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[關(guān)鍵詞]高壓直流供電技術(shù) 應(yīng)用 前景
中圖分類(lèi)號(hào)：TM72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）21-0051-01
隨著社會(huì)和我國(guó)科技的快速發(fā)展，高壓直流供電技術(shù)的應(yīng)用也得到了迅猛的發(fā)展，高壓直流供電技術(shù)被廣泛地應(yīng)用到很多領(lǐng)域中。在高壓直流供電技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中仍然存在很多的制約因素，這些制約因素主要表現(xiàn)在后端設(shè)備的適應(yīng)性、電源系統(tǒng)的定型與量產(chǎn)、配套器件、監(jiān)控系統(tǒng)等方面，如果想進(jìn)一步發(fā)展高壓直流供電技術(shù)，就要清除這些限制因素，只有這樣才能推動(dòng)我國(guó)高壓直流供電技術(shù)和整個(gè)通信行業(yè)的發(fā)展。
1.高壓直流供電技術(shù)概述
1.1 高壓直流供電技術(shù)簡(jiǎn)介
高壓直流供電指的是采用高壓直流電源直接對(duì)采用220V交流輸入電源的設(shè)備供電，采用這種供電技術(shù)之后，大大地改善了供電系統(tǒng)的工作效率。隨著通信行業(yè)的快速發(fā)展，這種高壓直流供電技術(shù)被廣泛地應(yīng)用到了通信行業(yè)當(dāng)中，并且促進(jìn)了高壓直流供電技的發(fā)展，因?yàn)橥ㄐ判袠I(yè)中的電源設(shè)備的要求在逐漸地提升，特別是互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心和多媒體數(shù)據(jù)中心的供電需求表現(xiàn)的更突出。目前，我國(guó)通信行業(yè)的電源容量的需求很大，已經(jīng)達(dá)到了10000kw，傳統(tǒng)的不間斷電源系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足其供電需求，傳統(tǒng)的電源系統(tǒng)逐漸地暴露出了許多問(wèn)題，比如說(shuō)工作效率低、高能耗、故障多等。正是由于傳統(tǒng)電源系統(tǒng)的諸多問(wèn)題，所以很多通信公司就把目光投向了高壓直流供電系統(tǒng)，這種系統(tǒng)是將將380V的交流輸入電源轉(zhuǎn)換為200～400 V的高壓直流電，通過(guò)并聯(lián)的整流模塊組，接下來(lái)再通過(guò)高壓直流配電設(shè)備輸送給數(shù)據(jù)通信設(shè)備，并且可以同時(shí)給蓄電池組充電，這樣就可以保證，當(dāng)輸送電源發(fā)生故障的時(shí)候，蓄電池組可以繼續(xù)供電，保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，效率值得肯定。
1.2 高壓直流供電技術(shù)優(yōu)點(diǎn)
高壓直流供電技術(shù)具有很多傳統(tǒng)供電電源不具備的優(yōu)勢(shì)，首先在使用的可靠性方面，要比傳統(tǒng)的不間斷供電電源可靠性更強(qiáng)，高壓直流供電技術(shù)大大地提高了系統(tǒng)的安全性，傳統(tǒng)的不間斷供電電源組件復(fù)雜，可靠性差，相反高壓直流電源的組件相對(duì)簡(jiǎn)單，并且具有蓄電池這個(gè)部件，保證了在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)可以繼續(xù)補(bǔ)充電源，保證了供電系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，總體的可靠性要強(qiáng)于傳統(tǒng)的供電電源；其次，高壓直流供電電源很好節(jié)約了能耗，傳統(tǒng)的不間斷供電系統(tǒng)負(fù)載很大，有時(shí)候主機(jī)不能正常運(yùn)行。而高壓直流電源采用了模塊結(jié)構(gòu)，這個(gè)系統(tǒng)可以根據(jù)輸出的負(fù)載情況，由監(jiān)控模塊、監(jiān)控系統(tǒng)或現(xiàn)場(chǎng)值守人員靈活控制模塊的開(kāi)機(jī)運(yùn)行數(shù)量，這就很好地保證了系統(tǒng)保持著較高水平的負(fù)載率。
2.高壓直流供電技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀
2.1 高壓直流供電技術(shù)的應(yīng)用情況
目前，在國(guó)內(nèi)對(duì)高壓直流供電技術(shù)的應(yīng)用主要表現(xiàn)為，中國(guó)電信公司在大力的使用和推廣這種供電技術(shù)，電信公司與電源系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商共同研究高壓直流電源，這種供電方式已經(jīng)被廣泛地認(rèn)可，并且已經(jīng)有很多網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)始使用這種供電電源了。雖然高壓直流電源具有多種電壓可以選擇，但是缺乏后端設(shè)備廠商的支持，國(guó)內(nèi)的高壓直流供電系統(tǒng)還沒(méi)有針對(duì)后端用電設(shè)備進(jìn)行，然而，供電電壓的選擇一定要保證整個(gè)系統(tǒng)都可以正常運(yùn)作，所以目前針對(duì)高壓直流電源達(dá)成的共識(shí)是選用240V電壓進(jìn)行供電使用，而高壓直流供電技術(shù)的相關(guān)問(wèn)題也在逐步地解決當(dāng)中，這些問(wèn)題解決了，高壓直流供電技術(shù)就迎來(lái)新的發(fā)展。
2.2 高壓直流供電技術(shù)發(fā)展的制約因素分析
隨著通信行業(yè)的發(fā)展，對(duì)供電電源要求逐漸提高，而高壓直流電源就是在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生，但是高壓直流電源的發(fā)展并不是那么順利的，這種供電技術(shù)的發(fā)展受到了很多因素的制約。第一，后端設(shè)備對(duì)高壓直流供電技術(shù)的影響，雖然在很多試用點(diǎn)的使用過(guò)程中，高壓直流電源能夠滿足后端設(shè)備的電源需求，但是這種電源標(biāo)準(zhǔn)并不是后端設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)電源，這樣就使得整個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中存在著一定的風(fēng)險(xiǎn)，主要表現(xiàn)在以下方面：首先是技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，雖然使用高壓直流供電的后端設(shè)備很多，但是從高壓直流電源試點(diǎn)的運(yùn)行情況來(lái)看，還是存在部分設(shè)備不支持高壓直流電源，對(duì)設(shè)備是否支持高壓直流電源的檢測(cè)，必須是通過(guò)實(shí)際運(yùn)行才能檢測(cè)出來(lái)，這種檢測(cè)是需要一定時(shí)間的，這就是說(shuō)在檢測(cè)結(jié)果出來(lái)之前都是存在著風(fēng)險(xiǎn)的；其次，法律風(fēng)險(xiǎn)，在使用高壓直流電源的過(guò)程中，其實(shí)是在改變著采購(gòu)合同約定的運(yùn)行條件，所以說(shuō)當(dāng)后端設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，運(yùn)營(yíng)商就處在了不利的境地，面臨極大的風(fēng)險(xiǎn)考驗(yàn)，并且高壓直流電源的使用很可能使合同雙方陷入法律糾紛之中；第二，電源系統(tǒng)的定型和量產(chǎn)對(duì)高壓直流供電技術(shù)的制約，由于高壓直流供電技術(shù)還沒(méi)有相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這就缺乏了對(duì)高壓直流電源的技術(shù)引導(dǎo)，同時(shí)也缺乏使用經(jīng)驗(yàn)，所以造成了高壓直流供電產(chǎn)品沒(méi)有最終定型，也就更談不上高壓直流供電產(chǎn)品的大量生產(chǎn)和使用了；第三，配套器件對(duì)高壓直流供電技術(shù)發(fā)展的制約，在高壓直流供電系統(tǒng)中，雖然大部分的器件都是較為常見(jiàn)的，但是存在一些比較罕見(jiàn)的器件，比如說(shuō)熔斷器、斷路器等配電保護(hù)元件，這些器件是比較緊缺的，再加上高壓直流供電的特殊電壓要求，對(duì)這些器件的要求都是很高的，有些器件都是專(zhuān)用的，所以在市面上都是很罕見(jiàn)的，這些器件對(duì)高壓直流供電技術(shù)的發(fā)展造成了很大的障礙；第四，監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)高壓直流供電技術(shù)發(fā)展的制約，高壓直流供電技術(shù)要想大規(guī)模地推廣就必須納入動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，開(kāi)關(guān)電源倒是沒(méi)有什么困難，只是配套的電池組很難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)檫€沒(méi)有能夠提供專(zhuān)用電池監(jiān)控的軟件系統(tǒng)的供應(yīng)商。
3.高壓直流供電技術(shù)的發(fā)展前景
中國(guó)電信公司在逐步推廣能服務(wù)器交流電源單元相兼容的240V直流電壓，電信公司本著供電安全為第一要?jiǎng)?wù)的理念，逐步地實(shí)現(xiàn)節(jié)能、用電產(chǎn)品兼容性完善的發(fā)展目標(biāo)，在這個(gè)過(guò)程中中國(guó)電信選擇了高壓直流電源作為設(shè)備的供電電源，在2012年電信公司的市場(chǎng)報(bào)告中顯示，電信公司新增的數(shù)據(jù)電源市場(chǎng)中，高壓直流電源的數(shù)量已經(jīng)超過(guò)了傳統(tǒng)不間斷供電電源，并且電信公司決定在未來(lái)的發(fā)展中要繼續(xù)擴(kuò)大高壓直流電源的應(yīng)用。
同時(shí)，各大通信企業(yè)，比如騰訊、百度、阿里巴巴、浪潮等，都在大力推動(dòng)高壓直流電源的發(fā)展，這些企業(yè)考慮要直接采用高壓直流電源直接引入定制的服務(wù)器，這些企業(yè)采用高壓直流電源將大大地推動(dòng)高壓直流電源的發(fā)展和普及。所以說(shuō)高壓直流電源的未來(lái)市場(chǎng)是無(wú)限廣闊的，高壓直流逐漸地替代傳統(tǒng)的不間斷供電電源是一個(gè)必然發(fā)展趨勢(shì)。當(dāng)然，換句話說(shuō)通信業(yè)在中國(guó)將會(huì)迎來(lái)更輝煌的明天。
4.結(jié)語(yǔ)
眾所周知，我國(guó)的通信行業(yè)在快速的發(fā)展，發(fā)展的過(guò)程其實(shí)是新事物產(chǎn)生的過(guò)程，隨著通信業(yè)的發(fā)展，對(duì)通信供電系統(tǒng)的要求就越來(lái)越高了，高壓直流供電技術(shù)就在這種環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生了，但是高壓直流供電技術(shù)要想得到推廣和使用，就必須克服那些制約它發(fā)展的因素，不過(guò)從這種技術(shù)發(fā)展的事態(tài)來(lái)看，高壓直流供電技術(shù)將在未來(lái)得到廣泛地應(yīng)用，發(fā)展前景是極為可觀的，換句話說(shuō)我國(guó)未來(lái)的通信業(yè)會(huì)得到更大的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
[1] 朱雄世.國(guó)內(nèi)外數(shù)據(jù)通信設(shè)備高壓直流供電新系統(tǒng).郵電 設(shè)計(jì)技術(shù)，2009（4）.
【關(guān)鍵詞】高壓直流電；供電技術(shù)；節(jié)約能耗
1 高壓直流供電技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
1.1 在技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì)
可靠性大幅提升，高壓直流供電技術(shù)引入的主要目的就在于提升系統(tǒng)的安全性。UPS系統(tǒng)本身僅并聯(lián)主機(jī)具有冗余備份，系統(tǒng)組件之間更多地是串聯(lián)關(guān)系，其可用性是各部分組件可靠性的連乘結(jié)果，總體可靠性低于單個(gè)組件的可靠性。反觀直流系統(tǒng)，系統(tǒng)的并聯(lián)整流模塊、蓄電池組均構(gòu)成了冗余關(guān)系，不可靠性是各組件連乘結(jié)果，總體可靠性高于單個(gè)組件的可靠性。
1.2 高壓直流供電能大大節(jié)約能耗
目前大量使用的UPS主機(jī)均為在線雙變換型，在負(fù)載率大于50％時(shí)，其轉(zhuǎn)換效率與開(kāi)關(guān)電源相近。但一個(gè)不容忽視的現(xiàn)實(shí)是，為了保證UPS系統(tǒng)的可靠性，UPS主機(jī)均采用n+1(n=1、2、3)方式運(yùn)行，加之受后端負(fù)載輸入的諧波和波峰因數(shù)的影響，UPS主機(jī)并不能滿足運(yùn)行，通常UPS單機(jī)的設(shè)計(jì)最大穩(wěn)定運(yùn)行負(fù)載率僅為35―53％。而受后端設(shè)備虛提功耗和業(yè)務(wù)發(fā)展的影響，很多UPS系統(tǒng)通常在壽命中后期才能達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)載率，甚至根本不能達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)載率，UPS主機(jī)單機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行在很低的負(fù)載率，其轉(zhuǎn)換效率通常為80％多，甚至更低。對(duì)于直流電源系統(tǒng)而言，因其采用模塊化結(jié)構(gòu)，可根據(jù)輸出負(fù)載的大小，由監(jiān)控模塊、監(jiān)控系統(tǒng)或現(xiàn)場(chǎng)值守人員靈活控制模塊的開(kāi)機(jī)運(yùn)行數(shù)量，使整流器模塊的負(fù)載率始終保持在較高的水平，從而使系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率保持在較高的水平。
1.3 直流供電的帶載能力大大提高
UPS系統(tǒng)帶載能力受兩個(gè)因素的制約，一是負(fù)載的功率因數(shù)，以國(guó)內(nèi)某大型UPS廠商的某型主機(jī)為例，在輸出功率因數(shù)為0.5（容性）時(shí)，其最大允許負(fù)載率僅為50％；二是負(fù)載的電流峰值系數(shù)，通常UPS主機(jī)的設(shè)計(jì)波峰因數(shù)為3，如果負(fù)載的電流峰值系數(shù)大于3，則UPS主機(jī)將降容使用。對(duì)于直流系統(tǒng)而言，不存在功率因數(shù)的問(wèn)題；因其并聯(lián)了內(nèi)阻極低的大容量蓄電池組，加之整流器模塊有大量的富余（充電和備用），其負(fù)載高電流峰值系數(shù)的負(fù)荷能力很強(qiáng)，不需專(zhuān)門(mén)考慮安全富余容量。
2 高壓直流技術(shù)的應(yīng)用前景分析
2.1 高壓直流技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀
目前對(duì)高壓直流供電的應(yīng)用，總體情況是電信運(yùn)營(yíng)商非常熱心，熱切希望大規(guī)模高壓直流供電，與電源系統(tǒng)廠商一起進(jìn)行了大量了理論研究，國(guó)內(nèi)業(yè)界已就包括高壓直流供電電壓、接地方式等關(guān)鍵問(wèn)題達(dá)成了共識(shí)，高壓直流供電已在部分本地網(wǎng)進(jìn)行了試點(diǎn)。與之形成鮮明對(duì)比的是，到目前為止，后端IT設(shè)備還沒(méi)有針對(duì)高壓直流供電的電源技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，也沒(méi)有大型IT廠商宣布支持后端設(shè)備高壓直流供電。高壓直流供電有多種電壓可供選擇，因?yàn)槿狈蠖嗽O(shè)備廠商的響應(yīng)，國(guó)內(nèi)高壓直流供電的思路均是基于不對(duì)后端用電設(shè)備進(jìn)行改造，供電電壓的選擇就必須保證在電源系統(tǒng)各種運(yùn)行模式下，后端設(shè)備均可正常工作，目前國(guó)內(nèi)業(yè)界對(duì)高壓直流供電的標(biāo)稱(chēng)電壓已達(dá)成共識(shí)，即選用240V電壓等級(jí)。
2.2 制約高壓直流技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的主要因素
2.2.1 后端設(shè)備的適應(yīng)性
從目前運(yùn)營(yíng)商的試點(diǎn)情況來(lái)看，盡管采用單相UPS電源供電的后端設(shè)備絕大多數(shù)都支持高壓直流供電，高壓直流供電基本可保障后端設(shè)備的運(yùn)行。但高壓直流供電畢竟不是后端設(shè)備的電源標(biāo)準(zhǔn)，采用高壓直流供電實(shí)質(zhì)上是改變了設(shè)備電源的標(biāo)稱(chēng)運(yùn)行環(huán)境，因而對(duì)運(yùn)營(yíng)商而言存在較多的風(fēng)險(xiǎn)：技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)：使用UPS電源供電的后端設(shè)備種類(lèi)繁多，從目前運(yùn)營(yíng)商的試點(diǎn)情況來(lái)看，還是有部分設(shè)備不支持高壓直流供電，對(duì)于具體的設(shè)備能否支持高壓直流供電，能否在高壓直流供電的額定輸出電壓、最低輸出電壓、最高輸出電壓下正常運(yùn)行，只能針對(duì)具體設(shè)備進(jìn)行電路分析和實(shí)際實(shí)驗(yàn)。對(duì)于在高壓直流供電下能正常運(yùn)行的后端設(shè)備，也需要用時(shí)間來(lái)檢驗(yàn)其壽命是否會(huì)發(fā)生變化。法律風(fēng)險(xiǎn)：改變?cè)O(shè)備的電源運(yùn)行環(huán)境，實(shí)質(zhì)上是改變了采購(gòu)合同約定的運(yùn)行條件，如后端設(shè)備發(fā)生故障，運(yùn)營(yíng)商將處于較為不利的法律地位，面臨著較大的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，對(duì)于高壓直流供電最大應(yīng)用場(chǎng)合的IDC機(jī)房，運(yùn)營(yíng)商通常與客戶簽訂有嚴(yán)格的SLA（服務(wù)等級(jí)協(xié)議），供電電源的改變也會(huì)將運(yùn)營(yíng)商推向不利的地位，一旦客戶托管設(shè)備發(fā)生故障，尤其是涉及到對(duì)服務(wù)連續(xù)性極為敏感的金融、大型SP等客戶時(shí)，雙方可能陷入長(zhǎng)時(shí)間的糾紛，或以運(yùn)營(yíng)商的讓步而告終。從現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)情況來(lái)看，運(yùn)營(yíng)商普遍的心態(tài)還是感覺(jué)“高壓直流電源穩(wěn)定可靠，不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題”，還沒(méi)有從法律層面認(rèn)真思考可能遇到的法律糾紛。
2.2.2 配套器件
高壓直流供電涉及的元器件中，整流器模塊所需的功率電子器件、電容、變壓器等器件較為通用，供應(yīng)不存在任何問(wèn)題，但熔斷器、斷路器等配電保護(hù)元件就較為匱乏。高壓直流供電系統(tǒng)日常運(yùn)行電壓（浮充電壓）即已達(dá)到270V，普通熔斷器均為交流熔斷器，已不能支持這一電壓等級(jí)，只能選用專(zhuān)用的直流熔斷器，但目前直流熔熔斷器生產(chǎn)廠家很少，市面上也難以見(jiàn)到。斷路器的情況要好一些，普通熱磁脫扣型塑殼斷路器單極工作電壓已可達(dá)250V，ABB、施耐德等大型廠商也可提供直流工作電壓達(dá)220V的微型斷路器，這兩類(lèi)斷路器雙極使用時(shí)工作電壓均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高壓直流系統(tǒng)可能的最高電壓（均充電壓）288V，可為高壓直流系統(tǒng)保護(hù)。但采用這兩類(lèi)斷路器也存在較多的問(wèn)題：1.技術(shù)問(wèn)題：整定值易漂移；塑殼斷路器安裝尺寸較大；微型斷路器易被碰刮誤斷、整定值通常不能調(diào)整、分?jǐn)喽搪冯娏麟娏餍 ?.商務(wù)問(wèn)題：產(chǎn)量較小，價(jià)格較高，供貨周期長(zhǎng)。
3 高壓直流技術(shù)應(yīng)用的推廣
制約高壓直流供電技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的因素也許還有很多，根本的原因還在于沒(méi)有后端設(shè)備高壓直流供電的標(biāo)準(zhǔn)化，鑒于后端設(shè)備，尤其是IT設(shè)備，絕大部分的應(yīng)用還在于社會(huì)的其他行業(yè)，僅僅依靠通信行業(yè)的力量難以有效推動(dòng)電源標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)的，應(yīng)該積極推動(dòng)全社會(huì)對(duì)高壓直流供電的認(rèn)知，進(jìn)而產(chǎn)生體現(xiàn)國(guó)家意志的法律、政府規(guī)章和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)使用高壓直流供電的IT設(shè)備的大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。在后端設(shè)備具備高壓直流供電的條件，并大規(guī)模商用后，電源系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化將迎刃而解，市場(chǎng)這只無(wú)形的手將推動(dòng)前端電源零部件及整機(jī)廠商全力進(jìn)行研發(fā)和生產(chǎn)，現(xiàn)階段前端電源系統(tǒng)存在的種種制約將不復(fù)存在。
參考文獻(xiàn)：
[1]趙俊莉.電氣化鐵道用有源電力濾波器方案研究[J].機(jī)車(chē)電傳動(dòng).2000
[2]李春林.配電網(wǎng)中諧波源識(shí)別方法比較[J].東北電力技術(shù).2004
【關(guān)鍵詞】汽機(jī)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；軸振動(dòng)；保護(hù)；邏輯；串聯(lián)
高電壓直流式供電系統(tǒng)現(xiàn)在仍處于摸索檢測(cè)時(shí)期，在規(guī)?；笆袌?chǎng)化實(shí)現(xiàn)方面仍需要很長(zhǎng)的路要走，但就能源節(jié)約效率提升方面而言，電源的發(fā)展趨勢(shì)是高電壓直流式供電。這項(xiàng)技術(shù)或系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用將對(duì)通信業(yè)產(chǎn)生極為深遠(yuǎn)的影響，同時(shí)也能為電力安全及穩(wěn)定保駕護(hù)航。
一、高壓直流供電技術(shù)應(yīng)用的必然性
1、系統(tǒng)可靠性大幅提升
引進(jìn)此項(xiàng)技術(shù)是為了解決系統(tǒng)在安全方面及穩(wěn)定可靠性方面存在的問(wèn)題，并予以提升。但UPS體系自身也存有不足，即冗余備份，組件和組件的連接方式為串聯(lián)，而系統(tǒng)是否具有可靠性要靠單個(gè)組件間在可靠性方面的結(jié)果配合實(shí)現(xiàn)，通常系統(tǒng)整體可靠性比單個(gè)組件低。某種情況下UPS體系瓦解導(dǎo)致蓄電池?zé)o法使用，則IT裝置也隨之?dāng)嚯?。直流供電可解決這種現(xiàn)象，位于系統(tǒng)的并聯(lián)式整流單元并聯(lián)蓄電池，之后將其傳輸至負(fù)載供電，系統(tǒng)是否具有不可靠性也是由單個(gè)組件決定，通常系統(tǒng)整體可靠性比單個(gè)高。相關(guān)計(jì)算結(jié)果及實(shí)際操作都說(shuō)明，直流機(jī)制在可靠性方面比UPS系統(tǒng)高。
2、帶載能力顯著提高，節(jié)約能耗
UPS系統(tǒng)的實(shí)際負(fù)載情況由兩個(gè)因素決定：功率因數(shù)及電流峰值，UPS系統(tǒng)在平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)刻實(shí)現(xiàn)的最大負(fù)載率是50%，也有可能低于50%。系統(tǒng)歷經(jīng)兩次電流變動(dòng)：從整流到逆變，所測(cè)得速率為75%。直流系統(tǒng)很好地解決了這一問(wèn)題，由于它不需要功率因素的參與，而特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)能夠由負(fù)載輸出量自動(dòng)調(diào)整開(kāi)機(jī)次數(shù)，從而確保了UPS負(fù)載水平的穩(wěn)定性和可靠性，保證了UPS的轉(zhuǎn)換速率。該系統(tǒng)由于沒(méi)有逆變環(huán)節(jié)，因此系統(tǒng)在變流次數(shù)上只有一次，但電源率卻可超過(guò)92%，使能量消耗量大幅度降低。
3、節(jié)省建設(shè)投資
為了保證UPS系統(tǒng)的可靠性，UPS主機(jī)一般采用1+1或n+1的方式運(yùn)行。僅電源設(shè)備的投資，高壓直流供電系統(tǒng)就可以減少30%。加上高壓直流系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率高，市電和油機(jī)系統(tǒng)的投資也可相應(yīng)減少20%～25%。況且高壓直流系統(tǒng)擴(kuò)容方便，系統(tǒng)的電源模塊也可根據(jù)需要分期建設(shè)，考慮投資折現(xiàn)率后，投資節(jié)約率將更加明顯。
4、節(jié)省維護(hù)成本
高電壓直流式系統(tǒng)在構(gòu)造上選用模塊方式，因此在維護(hù)上更加便利，可以實(shí)現(xiàn)帶點(diǎn)熱插拔。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，整流環(huán)節(jié)與監(jiān)控環(huán)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)相互獨(dú)立，互不干擾，從而保證系統(tǒng)的安全性。及時(shí)在進(jìn)行割接作業(yè)時(shí)也無(wú)需斷電。就UPS供電機(jī)制而言，其一體化程度較高，因此在并機(jī)方面實(shí)現(xiàn)困難，同時(shí)針對(duì)并機(jī)數(shù)量也有限制，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)不間斷式割接。此外，此高電壓直流系統(tǒng)和四十八伏直流電源在電池管理上具有同樣功效，能夠使電池使用時(shí)間更長(zhǎng)。UPS在電池管理方面仍然存有很多問(wèn)題，由于電池耗能多，因此使用壽命比較短。
二、高壓直流供電技術(shù)應(yīng)用的可行性
現(xiàn)階段，電商最關(guān)注的是高電壓直流式供電方式在市場(chǎng)的綜合運(yùn)用狀況，某些本地網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)開(kāi)始使用這種供電技術(shù)，同時(shí)電信組織也在對(duì)其進(jìn)行積極倡導(dǎo)。但要在數(shù)據(jù)通信機(jī)房大規(guī)模商用，替代原來(lái)的交流UPS對(duì)數(shù)據(jù)設(shè)備進(jìn)行供電，總體原則應(yīng)該是對(duì)現(xiàn)有IT設(shè)備不作任何改造，這樣才有可行性。從試點(diǎn)的情況來(lái)看，盡管采用單相UPS電源供電的后端IT設(shè)備絕大多數(shù)都支持高壓直流供電，但高壓直流供電現(xiàn)在畢竟還不是IT設(shè)備的電源標(biāo)準(zhǔn)，還是有部分設(shè)備不支持高壓直流供電。例如，采用ATX電源模塊供電的IT設(shè)備就不可以改用直流供電。因此，對(duì)于具體的設(shè)備能否支持高壓直流供電，能否在高壓直流供電的額定輸出電壓、最低輸出電壓、最高輸出電壓下正常運(yùn)行，只能針對(duì)具體設(shè)備進(jìn)行電路分析和實(shí)際實(shí)驗(yàn)。雖然高壓直流供電與交流UPS供電相比有諸多優(yōu)點(diǎn)，但在現(xiàn)階段，從交流UPS供電到高壓直流供電必須有一個(gè)過(guò)渡過(guò)程，宜采用下列原則：（a）新建機(jī)房：新建數(shù)據(jù)通信機(jī)房應(yīng)采用高壓直流供電系統(tǒng)對(duì)IT設(shè)備進(jìn)行供電。（b）原有機(jī)房：原采用UPS系統(tǒng)供電的IT設(shè)備仍繼續(xù)使用UPS，同時(shí)新增一套高壓直流系統(tǒng)提供可靠的備份，按主、備用方式分別對(duì)IT設(shè)備進(jìn)行供電，待原有UPS設(shè)備壽命到期時(shí)，再將全部設(shè)備過(guò)渡到高壓直流系統(tǒng)上進(jìn)行供電。
三、通信機(jī)房高壓直流供電系統(tǒng)應(yīng)用
1、高壓直流供電系統(tǒng)應(yīng)用于通信機(jī)房的制約因素
目前制約高壓直流供電系統(tǒng)應(yīng)用于通信機(jī)房的因素主要有以下幾個(gè)方面：（1）后端設(shè)備的適應(yīng)性。采用高壓直流供電系統(tǒng)時(shí)，會(huì)改變?cè)O(shè)備電源的標(biāo)稱(chēng)運(yùn)行環(huán)境，而目前通信機(jī)房中由部分后端設(shè)備并不支持高壓直流供電，因此必須針對(duì)不同的設(shè)備進(jìn)行電路分析和實(shí)際試驗(yàn)，將會(huì)增大技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。（2）電源系統(tǒng)的定型和批量化生產(chǎn)。目前高壓直流供電系統(tǒng)并沒(méi)有形成相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，缺乏大規(guī)模商用的實(shí)踐支持，因此電源系統(tǒng)的定型和批量化生產(chǎn)比較困難，導(dǎo)致產(chǎn)品的價(jià)格居高不下。（3）相應(yīng)配電器件比較缺乏。高壓直流供電系統(tǒng)的整流器模塊所涉及的元器件比較常見(jiàn)，但是斷路器和熔斷器等配電保護(hù)元件比較匱乏，影響了系統(tǒng)的大規(guī)模推廣。（4）監(jiān)控系統(tǒng)。如果要在通信機(jī)房中大規(guī)模使用高壓直流供電系統(tǒng)，就必須將其納入到動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中，但是其配套電池組目前還沒(méi)有廠家可以提供專(zhuān)用的240V電池組監(jiān)控單元和配套的軟件子系統(tǒng)。
2、高壓直流供電系統(tǒng)應(yīng)用于通信機(jī)房的推廣措施
影響高電壓直流式供電系統(tǒng)的應(yīng)用因素中，后端裝置的可用性至關(guān)重要?，F(xiàn)階段后端裝置在通信行業(yè)使用量不多，使用比較多的行業(yè)是其他行業(yè)，所以單憑通信業(yè)無(wú)法實(shí)現(xiàn)電源指標(biāo)的提升和改善，需要整個(gè)社會(huì)加強(qiáng)對(duì)高電壓直流式供電系統(tǒng)的關(guān)注，從而促使國(guó)家制定相關(guān)法律規(guī)章及行業(yè)技術(shù)準(zhǔn)則予以約束、規(guī)范，最終實(shí)現(xiàn)后端裝置應(yīng)用的批量化、規(guī)模化。
四、結(jié)語(yǔ)
雖然高電壓直流式供電技術(shù)有很大的潛在發(fā)展能量，此外通信組織也對(duì)此做出詳細(xì)的技術(shù)報(bào)告說(shuō)明。但單純依靠通信行業(yè)依然沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)電源指標(biāo)的改善和提升，這需要整個(gè)社會(huì)不斷加大對(duì)高電壓直流式供電系統(tǒng)的關(guān)注力度，促使國(guó)家制定有關(guān)法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)高電壓直流式供電技術(shù)在IT裝置上的應(yīng)用逐步規(guī)模化。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：高壓直流供電；HDVC；數(shù)據(jù)中心；可靠性
中圖分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）25-0032-03
Abstract： Data center using HVDC （high voltage direct current power supply） power supply， can effectively reduce investment and operation and maintenance costs， improve the reliability of power supply system， and gradually become a new type of data center power supply mode. This article analysis the feasibility of the border defence data center by HVDC power supply mode， compared with the traditional UPS power supply， HVDC power supply can not only improve the reliability of power supply， and can greatly improve the power efficiency and cost saving significantly.
Key words： High Voltage DC Power Supply； HDVC； data center； reliability
1 概述
目前，公安邊防總隊(duì)級(jí)以上單位都建設(shè)了數(shù)據(jù)（信息）中心，隨著網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的UPS供電模式的可靠性、安全性以及高能耗等方面問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)，主要表現(xiàn)在：一是傳統(tǒng)UPS電源模式效率低。對(duì)于總隊(duì)級(jí)以上單位等供電級(jí)別要求高的機(jī)房，一般采用1+1冗余備份方式，每臺(tái)UPS的實(shí)際負(fù)載多在35%以下，效率低下。二是UPS并機(jī)復(fù)雜要求高。為提高電源系統(tǒng)的可靠性和容量，數(shù)據(jù)中心交流UPS供電系統(tǒng)一般采用多臺(tái)并機(jī)工作模式，并機(jī)控制電路復(fù)雜、要求高，每臺(tái)UPS的輸出電壓相等，頻率、相位一致，一旦并機(jī)控制電路出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致UPS并機(jī)失敗，無(wú)法給數(shù)據(jù)中心設(shè)備供電。三是存在安全隱患。市電斷電后，UPS利用后備電池組逆變輸出繼續(xù)供電，若逆變電路出現(xiàn)故障，仍然無(wú)法正常供電。
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)許多數(shù)據(jù)中心機(jī)房采用了高壓直流供電（HVDC High Voltage Direct Current）新的供電模式，對(duì)機(jī)房電源線路進(jìn)行簡(jiǎn)單改造后，直接用高壓直流電源代替?zhèn)鹘y(tǒng)的UPS電源系統(tǒng)，有效地降低了投資和運(yùn)維成本，提高供電系統(tǒng)的可靠性。
2 邊防數(shù)據(jù)中心使用高壓直流供電的可行性分析
高壓直流電源（HDVC）是一種新型的直流不間斷供電系統(tǒng)，這里的高壓直流是相對(duì)于傳統(tǒng)通信機(jī)房使用的-48V直流通信電源而言的。HVDC系統(tǒng)主要由交流配電單元、整流模塊、蓄電池組、直流配電單元、電池管理單元、絕緣監(jiān)測(cè)單元及監(jiān)控模塊組成。正常狀況下，整流模塊將交流配電輸出的380V交流市電轉(zhuǎn)換成240V高壓直流，高壓直流通過(guò)直流配電單元給設(shè)備供電，同時(shí)直接給蓄電池組充電。當(dāng)市電斷電或交流輸入發(fā)生故障時(shí)，轉(zhuǎn)由蓄電池組給設(shè)備高壓直流供電。
2.1 為什么直流電源可以替代交流電源？
圖1是計(jì)算機(jī)設(shè)備電源工作原理圖。計(jì)算機(jī)設(shè)備電源模塊的輸入是交流的，但是最終輸出還是直流，其核心部分為DC/DC變換部件。只要能給DC/DC變換部件提供一個(gè)適合的直流電源，不用交流輸入，電源模塊也能正常輸出。這種情況下，就可以不使用UPS系統(tǒng)，也避免了使用UPS而帶來(lái)的各種不利因素。
2.2直流電源如何替代交流電源？
直流供電的設(shè)想是將一定電壓范圍的直流電源，直接從原來(lái)交流UPS輸入端輸入，對(duì)服務(wù)器等設(shè)備的電源模塊不進(jìn)行任何改造，這樣就需要對(duì)電源模塊能否滿足直流供電的要求進(jìn)行論證。圖2和圖3分別是負(fù)載設(shè)備在交流供電和直流供電時(shí)的整流原理。
圖2中電源部分，交流輸入正半周時(shí)的電流走向?yàn)椋篈D2CDD4B，負(fù)半周時(shí)電流走向?yàn)椋築D3CDD1A，整流管D1、D3和D2、D4輪流導(dǎo)通。通過(guò)整流，交流電壓從A、B端直接傳輸?shù)紺、D端，并保持C、D直流輸出。
圖3中電源部分，直接采用直流電壓輸入時(shí)，電壓相位不變，整流管D2、D4一直導(dǎo)通，電壓從A、B端直接傳輸?shù)紺、D端，并保持C、D直流輸出。對(duì)比圖1，對(duì)計(jì)算機(jī)等設(shè)備來(lái)說(shuō)，不論在電源模塊輸入交流或直流電壓，均可以正常輸出直流電壓，經(jīng)DC/DC變換后，給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)正常供電。
數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備開(kāi)啟后，運(yùn)行功率是恒等的；當(dāng)設(shè)備以220V交流供電時(shí)，它的等效直流是200V，如果給設(shè)備直接輸入直流240V，提高了電壓，流經(jīng)整流管的電流小于輸入220V交流時(shí)流經(jīng)整流管的電流，設(shè)備電源模塊不用改造即可滿足要求。另外，高壓直流供電時(shí)比交流供電時(shí)在二極管上產(chǎn)生的熱量也要小很多。
2.3 HDVC供電模式在邊防數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的可行性
目前，除程控交換機(jī)外，邊防數(shù)據(jù)中心機(jī)房?jī)?nèi)主要設(shè)備有服務(wù)器、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備，都是交流供電，電源模塊都自帶獨(dú)立得將交流電壓整流成直流電壓的全橋整流電路。由上所述，若將電源模塊的交流輸入端火線和零線對(duì)應(yīng)輸入一定等級(jí)的直流電壓，設(shè)備亦可正常工作；當(dāng)輸入的直流電壓極性接反時(shí)，電源模塊的全橋整流電路變成了極性接反保護(hù)電路，設(shè)備也可正常工作。因此，對(duì)機(jī)房大部分設(shè)備而言，無(wú)須對(duì)設(shè)備電源電路進(jìn)行改造，即可直接采用高壓直流供電；對(duì)極少數(shù)使用半橋整流電路的設(shè)備，只需考慮高壓直流輸入的線路極性即可。
計(jì)算機(jī)等設(shè)備允許的交流輸入電壓范圍一般為交流110～220V，經(jīng)過(guò)整流后的輸出電壓為直流154～336V，選用高壓直流供電系統(tǒng)時(shí)的輸入電壓應(yīng)在154～336V（DC）之內(nèi)盡量高，但應(yīng)小于300V；配置蓄電池組時(shí)，高壓直流電源系統(tǒng)額定電壓應(yīng)為12的整數(shù)倍（選用12V單體蓄電池時(shí)），這時(shí)，高壓直流電源系統(tǒng)額定輸出電壓可選為240V，每組后備電池可配置20個(gè)12V單體電池，系統(tǒng)浮充電壓設(shè)為270V，均沖電壓設(shè)為282V。
由上可知，邊防各級(jí)數(shù)據(jù)中心都可根據(jù)機(jī)房現(xiàn)狀，采用輸出電壓為240V的高壓直流供電系統(tǒng)代替UPS系統(tǒng)。在具體改造時(shí)，可采用模塊化組合式HVDC系統(tǒng)，多個(gè)整流模塊并聯(lián)輸出，以提高系統(tǒng)的可靠性及滿足設(shè)備擴(kuò)容要求。
2.4 高壓直流供電的優(yōu)缺點(diǎn)分析
高壓直流供電系統(tǒng)與傳統(tǒng)的交流UPS供電系統(tǒng)的對(duì)比，具有以下幾點(diǎn)好處：
（1）提升電源系統(tǒng)可靠性
HDVC技術(shù)引入可大幅提升系統(tǒng)的可靠性。傳統(tǒng)的UPS系統(tǒng)僅并聯(lián)主機(jī)時(shí)具有冗余備份功能，系統(tǒng)組件之間更多的是串聯(lián)關(guān)系，造成系統(tǒng)總體可靠性遠(yuǎn)低于單個(gè)組件的可靠性。當(dāng)使用HDVC時(shí)，首先，蓄電池組與設(shè)備負(fù)載是直接并聯(lián)關(guān)系，遇到市電停電或供電設(shè)備故障時(shí)，蓄電池組可不間斷、直接給設(shè)備供電；其次，高壓直流供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有電壓幅值一個(gè)參數(shù)，各個(gè)電源模塊之間不存在相位、頻率、相序同步的問(wèn)題，因此其可靠性得到大幅提升。
（2）提高電源系統(tǒng)效率
目前數(shù)據(jù)中心多數(shù)使用在線雙變換型UPS主機(jī)，當(dāng)負(fù)載率大于50%時(shí)，其轉(zhuǎn)換效率與HDVC電源相當(dāng)。當(dāng)UPS主機(jī)采用n+1（n=1、2、3）方式運(yùn)行時(shí)，UPS單機(jī)的設(shè)計(jì)最大穩(wěn)定運(yùn)行負(fù)載率僅為35～53%。UPS單機(jī)長(zhǎng)期低負(fù)載率運(yùn)行，其轉(zhuǎn)換效率通常為80%左右，甚至更低。相比HDVC電源，結(jié)構(gòu)上直流供電比UPS供電少了逆變器和輸出隔離變壓器兩個(gè)環(huán)節(jié)，工作效率至少可提高10%；另外，直流供電系統(tǒng)多為模塊化結(jié)構(gòu)，支持在線熱插拔，可根據(jù)輸出負(fù)載的大小，靈活調(diào)整電源模塊的開(kāi)機(jī)運(yùn)行數(shù)量，使整流器模塊的負(fù)載率始終保持在較高的水平，從整體上提高系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。
（3）消除了諧波污染
UPS的整流部分，根據(jù)電路結(jié)構(gòu)目前常用的有6脈沖和12脈沖兩種，無(wú)論哪一種均會(huì)產(chǎn)生諧波污染，當(dāng)諧波分量超過(guò)10%時(shí)，若不治理，將會(huì)對(duì)市電電網(wǎng)以及機(jī)房設(shè)備造成嚴(yán)重負(fù)面影響。而直流供電不存在諧波污染，解決了上述問(wèn)題。高壓直流供電擴(kuò)容方便，不存在“零地”電壓以及其它不明干擾，也是它的明顯優(yōu)勢(shì)。
（4）降低投資及運(yùn)維成本
由于高壓直流供電系統(tǒng)的核心是高頻開(kāi)關(guān)電源模塊，模塊生產(chǎn)技術(shù)已非常成熟，模塊間的控制不用考慮同步、相位等因素，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，因此高壓直流一次性建設(shè)成本低于傳統(tǒng)UPS供電系統(tǒng)。
運(yùn)維成本主要包括電費(fèi)和維修成本，高壓直流供電電源轉(zhuǎn)換效率的提高，可節(jié)約35%～60%電費(fèi)成本。在維修成本方面，由于直流供電系統(tǒng)的可靠性遠(yuǎn)高于交流UPS系統(tǒng)，且采用的整流模塊化結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)替換非常方便，故維修成本也大大減小。
高壓直流供電也不是十全十美，存在著以下缺點(diǎn)和問(wèn)題：
（1）直流與交流電壓的峰值雖然差別不大，由于沒(méi)有過(guò)零的存在，直流電壓危險(xiǎn)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于交流電壓。
（2）對(duì)配電開(kāi)關(guān)性能要求高。對(duì)于交流電，當(dāng)短路時(shí)，過(guò)零點(diǎn)的存在使開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的電弧容易滅弧。直流電因無(wú)過(guò)零點(diǎn)，滅弧相對(duì)困難。因此，直流供電系統(tǒng)采用的直流配電器件必須符合較高的安全要求，相應(yīng)建設(shè)成本也會(huì)增加。
（3）數(shù)據(jù)中心設(shè)備種類(lèi)繁多，雖然大部分使用開(kāi)關(guān)電源的設(shè)備都可以用高壓直流電源供電，但也有不少設(shè)備無(wú)法直接使用，如：具有啟動(dòng)過(guò)壓保護(hù)功能的設(shè)備，不能直接進(jìn)行使用，需要降壓?jiǎn)?dòng)；具有輸入端頻率檢測(cè)啟動(dòng)的設(shè)備，不能直接進(jìn)行使用；部分電源對(duì)地設(shè)計(jì)有電感濾波，雖然不影響使用，但會(huì)造成正極接地；少數(shù)設(shè)備的電源輸入端有工頻變壓器，輸入直流會(huì)產(chǎn)生短路；風(fēng)扇類(lèi)設(shè)備要區(qū)別對(duì)待，交流輸入的風(fēng)扇使用直流電源會(huì)產(chǎn)生短路；顯示器設(shè)備區(qū)別對(duì)待，CRT（陰極射線管）顯示器，內(nèi)部有交流激勵(lì)回路的，不能使用直流供電。
因此，在數(shù)據(jù)中心電源改造之前，應(yīng)檢查所有負(fù)載的電源型號(hào)，記錄在案，對(duì)于不能直流供電的設(shè)備另行處理。
3 邊防數(shù)據(jù)中心采用高壓直流電源系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中需注意的問(wèn)題
高壓直流應(yīng)用在國(guó)內(nèi)應(yīng)用越來(lái)越多，未來(lái)將出現(xiàn)高壓直流供電與傳統(tǒng)交流UPS混合并存過(guò)度時(shí)期，從節(jié)能環(huán)保和可靠性方面考慮，建議邊防部門(mén)新建數(shù)據(jù)中心可考慮采用高壓直流供電系統(tǒng)；對(duì)原有機(jī)房改建、擴(kuò)容的，更新設(shè)備可采用高壓直流供電系統(tǒng)，原有UPS損壞或壽命到期時(shí)，可改用高壓直流供電系統(tǒng)。在工程設(shè)計(jì)建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)注意把握以下幾點(diǎn)：
（1）系統(tǒng)容量的選擇。數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)供電宜采用分散供電方式，單個(gè)系統(tǒng)容量最大不宜超過(guò)600A。應(yīng)采用模塊化設(shè)備，便于后期擴(kuò)容。
（2）HDVC系統(tǒng)應(yīng)對(duì)地懸浮。高壓直流供電系統(tǒng)應(yīng)采用對(duì)地懸浮方式，正、負(fù)極均不得接地；交流輸入應(yīng)與直流輸出應(yīng)電氣隔離，直流輸出應(yīng)與機(jī)架、外殼、地電氣隔離。
（3）系統(tǒng)應(yīng)該配置有絕緣監(jiān)控裝置。由于高壓直流電源系統(tǒng)不接地，當(dāng)高壓直流供電系統(tǒng)的負(fù)載出現(xiàn)故障時(shí)，對(duì)高壓直流供電系統(tǒng)本身的保護(hù)及維護(hù)人員的保護(hù)就顯得非常重要了。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)這種碰地故障，有必要對(duì)系統(tǒng)配置絕緣監(jiān)控裝置，用于監(jiān)視直流系統(tǒng)對(duì)地絕緣狀況，便于維護(hù)人員對(duì)供電回路的絕緣故障進(jìn)行判斷、查找和處理，保障設(shè)備系統(tǒng)及人身安全。
（4）采用直流型斷路器及雙極開(kāi)關(guān)。HDVC的輸出直流電壓交高（240V），滅弧會(huì)很困難，要選用專(zhuān)門(mén)針對(duì)直流設(shè)計(jì)的直流型斷路器，決不能將交流型斷路器用在直流電路上。另外，由于高壓直流電源系統(tǒng)直流電壓高、正負(fù)極均不接地，兩極都應(yīng)安裝開(kāi)關(guān)，通過(guò)采用雙極開(kāi)關(guān)來(lái)分擔(dān)分?jǐn)嚯娀‰妷?。這里特別提醒：為了安全起見(jiàn)，當(dāng)采用高壓直流電源系統(tǒng)替換現(xiàn)有UPS系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)將未端設(shè)備機(jī)架原有PDU的交流單極輸入空開(kāi)更換為與上一級(jí)同容量的雙極直流斷路器。
（5）統(tǒng)一系統(tǒng)未端負(fù)載的接線標(biāo)準(zhǔn)。直流輸出“負(fù)”極對(duì)應(yīng)于設(shè)備輸入電源線的“L”端，直流輸出“正”極，對(duì)應(yīng)于設(shè)備輸入電源線的“N”端，并將設(shè)備輸入電源線的“地”端與系統(tǒng)保護(hù)地可靠連接。
4 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)全文的分析對(duì)比，我們可以看到在邊防數(shù)據(jù)中心采用高壓直流供電模式與傳統(tǒng)的UPS供電模式相比有，在節(jié)能、可靠性等方面優(yōu)勢(shì)明顯。高壓直流供電模式在邊防各級(jí)單位數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用，具有廣闊的前景。
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