高压直流系统

高压直流电源系统介绍

易国华：非常感谢各位利用给我这个汇报的机会，时间关系，我只讲一些重点。简单介绍一下公司，我们公司的产品主要有四大类，一个是通信电源系统，第二在电力系统当中使用的电力操作电源系统，第三是高压直流系统，应急电源。这是我们在电力行业里面使用的电力操作电源系统，主要在变电站、电厂。这是电力操作电源核心，跟我们通信电源相类似，模块等等。这是应急电源，主要是消防上的，一些大的用户电里面实际上是锂电器。这是室内和室外的系统。

今天主要把时间放到高压直流上面，主要是替代UPS的目的。我们数字机房包括一些计算机终端来供电的，既然高压直流是替代UPS的，必须了解这两个之间的区别。高压直流从AC到DC，UPS比高压直流多一个变换。UPS和高压直流相比存在哪些问题呢?第一个主要多了一个变换效率比较低，第二系UPS的输出采用工频滤波损耗大。UPS控制复杂，可靠性降低。UPS的电池在输入端，如果UPS本身出故障，他一定要保证自己不出问题才可以不间断。UPS并机要需要同频、同相、同电位，并机复杂，可靠性低。我说这个东西也简单，它的可靠性越高。高压直流并机是直流并联，只有同电位的问题，控制非常简单。只要电压相同就可以。UPS系统并联数量上受到限制，高压直流是没有这个限制的，我们实际操作当中一般是40台并联。UPS现在机房使用绝大多数都是1+1并联方式，实际负荷单机往往小于40%，这样一来单台机的运行效率很低，70%左右。高压直流现在使用是N+1方式，因此它的符合可以达到70-80%，一般涉及到80%以下。现在的高压直流效率在30%的负载的时候可以做到92%，我们的效率在92%以上。

值得一提是高压直流这种N+1方式维护起来非常的方便，大家知道大型UPS出故障之后大家都傻眼了，没有什么招了。而高压直流由于电池的存在，N+1的系统最大的好处我个人认为实际上是维护，你不太担心他。

从上面的比较优势我们发现罗列一下大家关心这几点，第一是可靠性，高压直流我48伏电源相比本质上没有什么区别，就是电压高，就是它的5倍。其他性能都差不多的。可维护性这是大家最关心的高压直流肯定好，投资成本当然我们这是跟1+1相比，如果说UPS使用N+1这个投资成本不会降这么多，如果地采用是现在一般大型都是1+1的，实际上是高压直流的成本两倍。现在高压直流生产厂家比较高，原来UPS是国外进口比较多，这个成本相应来说它的报价也会高一些，本身成本也会高一些。UPS多一级的变化，所以里面的控制复杂，本身成本就高一些，高压直流本身就便宜一些。然后能耗可以降30，最差可以降20%。

第二个我们关心的问题就是高压直流为什么可以替代UPS?这里面很简单，因为我们的服务器电源99%以上都是高频开工电源，实际上把交流供过来UPS，UPS供过来的电整成直流，然后再变成正负12伏和5伏甚至是24伏，这种变化实际上是ACDC到DCDC，这个UPS供电的交流本身要走成直流，我就给他供直流就完了啊，不要这中间进行转换。唯一存在的问题就是电压范围，UPS给你供电电压范围是有的，不是所有都可以供电。服务器的电源就是176-240伏这个范围是可以的，如果比176还低那我们普通的服务器电源是不行的。当然通过校正之后可以达到100伏甚至之是90伏，当然我们服务器电压不是所有都校正。因此我们的高压直流的电源范围跟我们的交流电源176-240伏的电源范围，才满足所有的服务器电源的电压范围。这个电压值176伏的时候是216，246伏的时候对应的电压大概是369的样子。

我们选择高压直流的电压，我们选择的电池是120多，跟新电源48伏刚好是5倍，最高电压是282，我们的低电压也符合，我电池放电1.8伏的时候也符合我的服务器电源的电压要求。当然我们现在的服务器电压不是所有都能用，有哪几类不能用，第一类工频电压器之类的肯定是不能用的，这样电压器会烧掉的。中国电网是50赫兹，美国电网60赫兹，然后做一个110、120伏的切换，这种电源就不能用高压直流，他必须改造，不是不能用，必须把这个频率检测去掉，进行一些改造。还有服务器电源检测的交流的使用不是交流端这块的平衡直电流或者是峰值电流，使用是耦合过来的检测的。它的电压远远不够，正常电压范

围内他已经保护了，这种电源也需要把电压保护改一改，这需要服务器厂家做。实际上这类电源很少，我们现在发现其实是不多得。

下面介绍一下系统的产品，高压直流系统产品和48伏电源基本上是类似的，也就是说他是一个直流输出挂件电池。48伏电源你从正级到负级摸都没有问题，因为人体电压36伏，实际上48伏电源对一般人也没有问题，但是高压直流就不行，如果说你的正级或者是负级接地，如果你手摸过去之后，就会跟大地接地，就会把人给打死的。我们交流之所以会打死真是因为A线接地，人摸到过去，就会打死，打死人是电流，不是电压。伏地根据原因就是对人的安全。

长期以来电力操作电源都是二极管输出的，标准规定就是二极管输出的，是0.5的损耗。后来发现在高压直流的情况下48伏是有区别的，本身输出如果有问题的话，五倍的通信电源的电压对系统的影响还是很大的。我也现在理解了为什么电力系统里面二极管一直不让取消，我在电力系统建议过，他们一直不让，二级管隔离最大好处就是把模块输出和系统隔离开来，模块输出有任何问题跟我没有关系。

其他这块输出我们采用是列头柜这块加强检测，伏地这块要检测到他确实伏地，不伏地就会存在安全的隐患，原则来讲这要放在列头柜里面。系统上不会发生接地不良，这是我们的高压直流系统，我们标准设计是一体化柜，包括交流配电，直流配电以及我们的电池结构都在上面，底下是我们的直流模块。旁边这个是我们的列头柜，相当于我们的新电源的直流配电柜。

系统技术指标里面有几个值得关注的，一个是电压范围323-475伏，然后是功率因素有两类，一类是0.93，一类是0.99，0.99将来要校正的，这就小于10%，完整来说应该是小于5%。输出电压范围，我们这个范围应该是保证我们的服务器一定要正常的工作，这样一来我们的输出电压范围应该在216到我们的电池的跟踪电压282。还有我们的系统效率也是94.8%，这是比较高的。这是我们的模块，靠右边是240伏的模块。这个模块的效率能够达

到95%，主要我们采用是全软开关技术，效率比普通的一项软开关高三个点。这是我们模块一些特点，特点里面主要是二极管隔离输出，再一个模块采用的是温控，随着模块温度升高，我风扇电压会加大，温度低于45度的时候我的风扇会关掉，这样是把风扇的寿命延长了。还有风扇不转他的灰尘会少一些，是我们一些监控，监控里面我们加了休眠功能，电力操作电源目前来讲没有这个概念的。电池巡检仪我们加了是两级结构，下面用的是电池检测模块，然后所有的检测底下下沉单电压，所有信息都上升到我们的监控单元，这里做的是两级结构。绝缘监测分三层结构，最下层是漏电流传感器，测了两个支，同一个支路的正负线，流出去的电流和流回来的电流相等就是没有漏电流，如果流出去的电流和流回来的电流不等就证明有漏电流，可以进行定位。

最后讲讲我们高压直流总结一下，一个是系统最大的特点就是高效率、高可靠性、维护方便、体积小、重量轻，还有比较完善电池管理功能，完善的绝缘监测功能。我们大概在5、6个省市有70多套系统在用，谢谢大家。

高压直流供电系统替代UPS可行性较强

http://www.cww.net.cn 2011年3月1日 14:36 通信世界周刊

作 者：中国联通合肥市分公司 孙育河

中国联通高度重视电源的安全可靠运行，将高压直流供电系统(HVDC)作为未来机房供电系统选择之一，多个地方公司均开始探索和分析机房IT设备采用HVDC的可行性，并取得阶段成果。目前中国联通在山东等省市进行了HVDC试点。

中国联通合肥市分公司拥有基站1000个左右以及6个大通信枢纽楼，其中通信电源数量较多，数量逐年增加。为应对未来通信网络供电系统新需求，合肥联通已经对包括HVDC在内的电源技术进行深入研究和学习。通过与传统通信机房供电系统UPS（不间断电源）进行对比，我们发现HVDC供电系统在投资、可靠性、运营成本等方面优势显著。

传统UPS存在四大问题

UPS和-48Vdc系统存在缺陷。UPS备用能源在系统中的可靠性比电池本来具备的可靠性降低了很多，电池的可靠性Rb=0.99，而UPS备用能源供电可靠性仅为0.88。

UPS系统整体利用率低。UPS冗余系统的每一路输入配电都有可能是主用，其中任何一台UPS都必须能够带起全部负荷，双机冗余UPS系统负荷率小于35%，UPS输出三相不平衡，直接导致UPS降容使用，存在单机利用率低的缺点。

UPS输入配电除主路外，其它输入配电处于空载待用，使用效率很低，机房前期建设投入大、负荷规划浪费，而且后期系统扩容难度大。UPS带来供电系统谐波分量增加，导致变压器利用率下降、柴油发电机支撑能力削弱，影响到整个供电系统的安全性、利用率。

并联UPS之间不可能消除的环流问题，增加了UPS的无功损耗，降低了系统的可靠性。

UPS应急保障和可维护性差。UPS在线维修复杂、在线扩容困难、割接难度大，不同设备型号、不同系统间无法实现互为冗余，逆变、滤波电容等关键器件更换困难。若UPS逆变器发生故障，系统将转向旁路供电，但对于某些通信负载，低质量的市电可能对设备的安全运行带来严重故障隐患，而且后备蓄电池组被隔离开，起不到保护作用。

-48Vdc系统无法满足大功耗通信机房要求。近年来由于数据通信的发展非常迅速，机房耗电量越来越大，目前单机架功耗增加很快，某通信机房实测单机架功耗达9~12kW/架，有些单机架高达31kW左右。耗电量的增加需要更粗的电缆和更大的电流，这将进一步导致成本增加和散热量加大。

HVDC更可靠、更节能

HVDC供电相对于传统UPS供电，不但可靠性高、效率高、节能成效显著，而且特别适用于负载重的机房。该技术可推广性强，适合通信机房新建及改造。

传统UPS供电原理图如图1所示，HVDC供电原理图如图2所示。HVDC比传统的UPS少一个DC/AC逆变器及服务器机架内部的AC/DC整流器，这样大大提高了供电系统的效率，从而降低供电系统的发热损耗，发热损耗的降低也减少了空调的配置。HVDC供电方式的应用可以比采用UPS供电节约电能10%~20%。

当前，节能减排已经深入人心，HVDC也在节能方面得到人们的认可。以向一个10kW的数据设备供电为例，我们进行了两种供电模式对比试验。由表1可以看出，每10kW的数据设备采用HVDC每年节约的电费约34018元（人民币，以下同）。

在成本减少方面，我们对建设传统1+1冗余120kVA UPS和2套50kW高压直流电源（100kW）进行分析对比发现，建设同样的100kW电源系统，HVDC电源系统比传统型UPS成本占优：投资建设成本要低66%；占用机房面积减少24.22%；系统运营成本低16.22%，年可节省26.91万元。

HVDC系统三点不足

HVDC与传统UPS相比较，在备用电池可用性、系统故障可预测性、备用电池能量利用率等多个方面具有很大优势，然而有三个地方却并不占优。

一是输出配电器件的选用。HVDC的空气开关、熔丝、接触器（继电器）、接插头需要能工作在高压直流，不方便选用，成本也高出一般交流产品。传统UPS低压电器产品可选择品牌型号多，获得非常容易，成本低。

二是输出配电安全。HVDC高压直流有被人触摸而造成电击危险，高压直流断开时容易拉弧，易造成火灾。传统UPS高压交流同样会因被人触摸而造成电击危险，但交流拉弧较弱，不易造成火灾。

三是对用户设备的新的要求。HVDC是高压直流输入，对保护电路和接插件提出较高要求。传统UPS现成，无需改动。

长期地看，随着高压直流供电系统的逐渐大规模推广和应用，这些问题会得到有效解决。

高压直流供电系统在通信领域应用分析 来源：机房360 作者：王平 更新时间：2010/6/30 16:51:34 摘要：随着高压直流供电系统代替交流UPS系统为通信负载供电真实案例的稳定运行，人们为使用交流供电的通信负载选择供电方式上又多了一种新的尝试。本文将分析通信用高压直流供电系统代替交流UPS系统为通信负载供电的相关问题。 纵观通信电源系统的应用与维护，它的使用者与维护者越来越信任通信用直流-48V高频开关电源系统的安全可靠性和易于维护性，同时对交流UPS供电系统安全稳定运行愈加担心。随着高压直流供电系统代替交流UPS系统为通信负载供电真实案例的稳定运行，人们为使用交流供电的通信负载选择供电方式上又多了一种新的尝试。本文将分析通信用高压直流供电系统代替交流UPS系统为通信负载供电的相关问题。 1.为何要应用高压直流供电系统 1.1通信用直流供电系统是使用与维护人员信赖的电源种类通信电源是通信负载的能源供应源泉，是通信设备的“心脏”，其重要程度不言而喻。随着通信事业的不断发展，通信负载对电源系统的要求越来越高，通信电源系统安全可靠稳定的运行是重中之重。通信行业供电系统的现状是交、直流供电系统并用，但随着我国IDC数据中心、互联网等数据通信业务的快速发展，交流不停电供电系统容量在不断增加，UPS设备的用量也越来越多，而许多事故都与UPS供电系统有关，所以使用这种供电系统越多，安全稳定运行的隐患也越多。要想从根本上消除因使用交流不停电供电系统（UPS）而存在的隐患，采用高压直流供电系统代替交流UPS供电系统是很好的解决途径之一。实践证明使用直流供电系统比使用交流供电系统有安全可靠性、可维护性、运行效率等方面的优势。因此，业界人士越来越希望更多地使用直流供电系统代替交流UPS供电系统为通信负载供电，这已是大势所趋。 1.2技术上高压直流供电系统可以逐步替代交流UPS供电系统 1.2.1通信用高压直流供电系统与交流UPS供电系统的组成分析

图1

虽然图1仅是两个供电系统组成的示意图，只表述了每个系统组成的主要部分和结构特点，但仍可看出交流UPS供电系统要比直流供电系统复杂得多。无论是并联冗余n+1系统运行方式，还是模块式并联冗余系统运行方式，都存在逆变失效、蓄电池组能量不能直接供给负载等问题，而高压直流供电系统却不存在这些问题，当交流市电停电后，蓄电池组的能量能够直接供给负载使用，这在技术上就大大提高了供电系统的安全可靠性。

1.2.2高压直流供电系统应用的可行性 （1）理论分析支持其应用的可行性

众所周知，现在通信行业使用交流供电的绝大多数负载均由交流UPS系统供电，然后经过负载自身的整流变换为+12V、+5V等直流电压为本身的电路供电，其输入不管是交流还是直流，最后都要转换为自身电路板使用的低压直流。所以在技术上负载设备是能够直接接入240V高压直流系统的电能的。因为，使用交流220V供电的电压范围约为180V至240V，所以负载理论上可以承受240V×1.414=339.36V的直流电压；而标称240V的高压直流系统最高电压约为120×2.35V=282V，远小于339.36V，所以现在的交流负载肯定能够承受高压直流240V供电系统的耐压。另外使用交流负载的整流电路由于使用高压直流供电其正半周长期处于导通状态，其发热问题是否会导致通信负载的整流部分故障率提高呢？我们知道当其由50Hz交流供电时，通过整流二极管的电流为脉动电流，而采用高压直流供电时，通过整流二极管的电流为平滑电流，当整流二极管通过的平均电流一定时，电流脉动成分越大其发热量也大，所以采用高压直流供电的整流器件不会比交流供电时的发热量更大，所以其整

流部分的故障率也就不会提高。

（2）应用实例已经证明其应用的可行性

通信用240V高压直流系统代替交流UPS系统为使用交流的通信负载供电尽管在国内应用还很少，但这个理念早已深入人心。国外已经有许多应用的实例，国内中国电信盐城分公司的成功应用也为这项技术的更大范围推广起到了很好的示范作用。人们之所以越来越重视这项新技术的应用，直流系统的安全可靠就是充足的理由。

（3）通信发展无疑需要高压直流供电系统

现代通信行业正朝着节能环保高效的方向发展，通信运营企业会越来越多的选择直接使用高压直流的服务器产品，以提高效率、降低能耗、较少机房空调系统的制冷消耗，这样高压直流供电系统的应用是通信行业的趋势选择。 2.应用高压直流供电系统面临的问题

2.1现有通信负载能否直接使用高压直流系统供电问题

虽然盐城电信公司已经对惠普服务器、IBM服务器、戴尔服务器、华为交换机、同方PC机等使用的设备进行了测试，这些设备都能够直接采用高压直流供电系统进行供电；但还不能以仅有的被测设备推断其他型号或品牌的服务器也能够直接使用高压直流供电系统。为了安全起见，还是建议在采用高压直流供电系统替代原有交流UPS供电时，应进行开通前的全面测试，只有通过测试的设备才能够放心使用。

2.2高压直流系统供电是否会增加使用与维护的危险

无论是交流UPS供电系统还是高压直流供电系统，对于使用者与维护者而言都存在致命的危险电压，维护与使用者都要按照安全操作规程、相应的维护规程实施操作与维护，这些是确保安全的首要条件。除了必要的操作，不建议对上述两个系统进行带电作业，因为确保安全可靠的供电固然重要，但与人身安全相比则绝对处于次要地位。由于高压直流供电系统采用交流输入与直流输出进行电气隔离，直流输出与地、机架、外壳电气隔离，使用时采取正、负极均不得接地等保护措施，对于使用与维护者而言，与使用UPS供电系统相比不会增加更多的危险。

2.3现有交流UPS系统是否很快就被高压直流供电系统所代替

基于通信电源行业稳定发展的特性，高压直流供电系统的应用会受到诸多条件的限制。

首先，投资成本的限制，购买新的系统必然需要投资，如果没有资金支持，一切都不现实。其次，通信电源系统只要投入使用，就必须确保负载得到持续稳定的能源供应，对其进行改造，用高压直流供电系统代替现有交流UPS供电系统，必然要经受施工改造带来的风险，如果施工组织不力有可能造成供电中断，因此而造成现有电源系统的使用人员会对系统改造有抵触情绪。另外，现有通信机房的空间有限，是否具备放置新建高压直流供电系统的地方也是比较现实的问题。

但无论如何，高压直流供电系统比交流UPS供电系统具有更安全、更节能、更易于扩

容等优点，是我们必须大力推广使用的电源种类。

3.对现有交流UPS供电系统进行改造的原则

既然能够使用高压直流供电系统替代原有交流UPS供电系统为使用交流供电的通信负载进行供电，就存在对现有供电系统进行改造的问题。鉴于通信领域对供电系统安全可靠稳定的要求，以及改造资金、施工安全等多方面的限制，对现有交流UPS供电系统进行改造应遵循以下原则：

（1）现有交流UPS供电系统运行的各项指标应符合要求且运行时间不足6年的不建议进行改造。

（2）现有交流UPS供电系统虽然运行已经超过6年，但小于使用寿命时间，系统配置合理、运行稳定的也不建议进行改造。

（3）现有交流UPS供电系统虽然使用时间不长，但存在安全隐患，系统配置上存在较多单点瓶颈问题，建议更换成高压直流供电系统。

（4）现有交流UPS供电系统运行不稳定，系统输出达不到使用要求，建议更换成高压直流供电系统。

（5）现有交流UPS供电系统运行时间很长接近产品寿命周期且效率较低、噪音很大，建议更换成高压直流供电系统。

（6）现有交流UPS供电系统需要进行扩容才能满足负载的需要时，建议新建高压直流供电系统来满足新增负载的需求。

4.总结

通信用高压直流供电系统是一个新型的供电方式，作为通信电源系统，我们始终认为系统安全稳定可靠的运行才是最重要的；其次才是节能环保问题，高压直流系统的高可靠性才是推动其广泛应用的前提条件，由于其运行效率也比现有交流UPS系统高出至少20%，所以必然会得到业界欢迎，这也是实现节能降耗的有效手段之一。

随着240V高压直流供电系统的通信行业标准的起草与实施，必将推动通信用高压直流系统的研发与生产，促进其在我国通信领域的应用，也为用户的正确使用、合理维护奠定了基础。

责任编辑：kelly

容等优点，是我们必须大力推广使用的电源种类。

3.对现有交流UPS供电系统进行改造的原则

既然能够使用高压直流供电系统替代原有交流UPS供电系统为使用交流供电的通信负载进行供电，就存在对现有供电系统进行改造的问题。鉴于通信领域对供电系统安全可靠稳定的要求，以及改造资金、施工安全等多方面的限制，对现有交流UPS供电系统进行改造应遵循以下原则：

（1）现有交流UPS供电系统运行的各项指标应符合要求且运行时间不足6年的不建议进行改造。

（2）现有交流UPS供电系统虽然运行已经超过6年，但小于使用寿命时间，系统配置合理、运行稳定的也不建议进行改造。

（3）现有交流UPS供电系统虽然使用时间不长，但存在安全隐患，系统配置上存在较多单点瓶颈问题，建议更换成高压直流供电系统。

（4）现有交流UPS供电系统运行不稳定，系统输出达不到使用要求，建议更换成高压直流供电系统。

（5）现有交流UPS供电系统运行时间很长接近产品寿命周期且效率较低、噪音很大，建议更换成高压直流供电系统。

（6）现有交流UPS供电系统需要进行扩容才能满足负载的需要时，建议新建高压直流供电系统来满足新增负载的需求。

4.总结

通信用高压直流供电系统是一个新型的供电方式，作为通信电源系统，我们始终认为系统安全稳定可靠的运行才是最重要的；其次才是节能环保问题，高压直流系统的高可靠性才是推动其广泛应用的前提条件，由于其运行效率也比现有交流UPS系统高出至少20%，所以必然会得到业界欢迎，这也是实现节能降耗的有效手段之一。

随着240V高压直流供电系统的通信行业标准的起草与实施，必将推动通信用高压直流系统的研发与生产，促进其在我国通信领域的应用，也为用户的正确使用、合理维护奠定了基础。

责任编辑：kelly

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