高压直流(hvdc)供电系统的发展和应用(国内)

《高压直流(hvdc)供电系统的发展和应用(国内)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高压直流(hvdc)供电系统的发展和应用(国内)（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、IDC机房高压直流供电系统 的发展和应用技术(国内） 主讲人：杜秋 ,1,2019/1/17,目 录,一、国内高压直流供电系统的技术研究 和应用情况； 二、国内高压直流供电的准规范的解析,2019/1/17,2,2019/1/17,3,一、国内高压直流供电系统的 技术研究和应用情况,1、国内IDC机房用高压直流供电方案（技术）研究,由于高压直流供电系统具有供电可靠、能有效节约能源等优点已经被多数通信电源专业人士接受； 国内对高压直流供电系统的研究和设备研制等工作始自07年，且快速进展，在不久的将来，高压直流供电方案将首先在我国IDC机房供电系统中得到应用； 根据高压直流供电系统的特点，在安全性

2、、可靠性和可扩展性等方面的优势和在通信系统中的应用具有广阔前景；,2019/1/17,4,近年来，IDC数据中心机房业务发展迅猛，服务器托管需求激增，而且由于IDC设备电路集成度的增加，其单位功率密度较常规通信设备的高出很多，甚至高出普通通信机房的810倍； 目前，IDC机房进行供电的主要是交流UPS电源和低压-48V直流电源，其中交流UPS电源是主要的供电系统。与之相比，高压直流供电系统具有扩容方便、可靠性高、效率高等突出特点，特别对不断增加的高功耗负载，高压直流供电系统将是一个有发展前途的电源系统结构。,2019/1/17,5,1、国内IDC机房用高压直流供电方案（技术）研究,2、国内高压

3、直流供电方案的发展,2.1、概述 计算机、服务器和路由器等大都采用220V交流不间断供电，需安装AC-UPS电源或逆变器电源对其供电； 但无论什么信息技术设备，其最终电路板芯片都是低压直流供电，如12V、5V、3V和1.1V等，只有用户的话机由电话局的-48V供给（目前所占比例将愈来愈小）； 移动通信局等-48V电源只起到过渡电压作用，将来使用交流电压供电的通信设备将愈来愈多； 对交流来说，不论是采用DC/AC逆变器或交流UPS设备，都要经过市电整流和逆变器二级换流；,2019/1/17,6,2、国内高压直流供电方案的发展,2.2、对通信和信息、数据设备供电的两种观点： 统一到-48V直流供电

4、：INTELEC 1998年发表一种新生的技术-48V计算机设备供电拓扑：-48V供电是最可靠、最安全的方案； 主张统一到rAC 220V高压直流供电：对电信和数据通信融合的新供电应统一到将市电220V整流后的高压直流供电，称为TENOR供电【当市电为230V(+10% -20%2峰值系数)时，直最高电压为358V，最低电压为260V】；,2019/1/17,7,3、高压直流供电的组成,2019/1/17,8,日本NTT公司的由交流200V整流变换为直流270V的系统,AC200V,DC270V,DC270V,4、高压直流供电方案的发展的特点及优势,4.1、可靠性：高压直流可靠性远高于目前UP

5、S； 4.2、效率和节能：n+1的UPS系统考虑谐波的综合因素其负载率不高于60%、效率在50%-90%之间；而高压直流系统在40%的负载率下效率即可达90%以上； 4.3、影响效率的因素分析：设备内部的DC/DC变换器的内部功率损耗和配电电缆的功率损耗（DC/DC变换器工作时，MOSFET的功率损耗，包括MOSFET导通电阻（Ron）压降损耗和输出电容（Cout）充放电的损耗，导通电阻上的损耗正比于MOSFET管的导通电流，电容上的损耗正比于电源电压和开关频率；,2019/1/17,9,4、高压直流供电方案的发展特点及优势,4.4、-48V和高压直流的效率比较： 负载较小时，高压直流系统的效

6、率比-48V系统低。主要是因为高压直流系统DC/DC 变换器MOSFET 管输出电容充放电损耗大； 负载较大时，-48V系统的效率比高压直流系统低。主要是因为-48V系统的DC/DC 变换器中MOSFET导通电阻上的损耗和配电电缆上的损耗较大； 所以，高压直流供电系统用于负载功率较大的场合比较有利（如，IDC)。,2019/1/17,10,4、高压直流供电方案的发展特点及优势,4.5、系统效率的提高： 电源设备本身效率的提高； 通信设备内部的电源模块效率的提高； 降低配电线路的功率损耗； 从而减少机房空调制冷量的需求，减少电能需求，最终达到节能的目的。 4.6、高压直流供电系统的可靠性高、效率

7、高的优点负载功率越大越突出； 4.7、面临的困难：实现这个供电系统负载设备的滤波器、熔丝、连接器和通信设备内部的板上DC/DC变换器都需要相应地改变，实现起来比较困难； 4.8、前景：这种电源系统结构能否采用，取决于未来负载机柜的功率要求是否较大。从目前的电信和数据通信的发展情况看，这些负载设备的功耗正在不断增加。因此，高压直流供电系统还是一个有发展前途的电源系统结构。,2019/1/17,11,2019/1/17,12,4.9、IDC用直流供电与规范符合性的评价,5、UPS交流、高压直流供电的比较,2019/1/17,13,交流UPS供电系统原理框图,高压直流供电系统原理框图,变、转换环节的

8、减少，促使效率的提高！ 逆变、整流器件的减少，促使故障率的降低！,6、不同电压等级的高压直流比较,6.1、380V高压直流供电结构图： 整流器输出高压380V左右直流电，使用高压直流服务器，整流器和服务器电源均只有一次变化，转换效率高； 采用高压配电，同功率下电流小，配电损耗小； 但380V的直流供电系统，目前尚无应用案例，电源设备、直流供电系统和服务器电源均需要专门设计和制造；,2019/1/17,14,6、不同电压等级的高压直流比较,2019/1/17,15,6.2、220V次高压直流供电结构图： 整流器输出电压220V240V左右，使用普通交流服务器，通用性非常强； 配电电压较高，同功率

9、下电流较小，配电损耗较小； 服务器电源有二次转换，整体效率略低于高压配电； 220V的直流供电系统，目前没有应用案例，开关电源和直流供电系统也需要专门设计和制造，另外，交流服务器电源直接使用同电压直流电有待验证。,6、不同电压等级的高压直流比较,2019/1/17,16,6.3、低压直流供电（48V） ： 直接采用通信行业使用最多的48V通信电源，该技术非常成熟； 整流器输出48V直流电，整流器和服务器均只有一次电源转换，转换损耗小； 使用低压直流电源服务器，目前已经有现成的48V服务器电源； 由于采用低压配电，相同功率下电流大，线路压降和损耗较大。,6、不同电压等级的高压直流比较,2019/

10、1/17,17,6.4、不同电压等级的高压直流综合评比,7.1、通信机房采用不同的交流或直流电压等级，其初始投资也有所不同，关键在铜材的耗量上； 7.2、交流供电一般采用三相四线制，直流供电采用单相两线制。在相同的电缆截面下，对相同的电缆数（4根），相同电流下，输送的功率比如下式（cos为功率因数，可取0.9）：,2019/1/17,18,7、直流供电电压等级与初始投资,由上式，当直流供电电压高于296.2V，电缆耗铜量比交流380V供电少； IDC机房若采用高于296.2V供电电压等级的直流供电系统（综合了转换器的功耗），就能达到降低初始投资成本，提高经济效益和节能的目的。,输送相同的功率，

11、直流电压值越高则耗铜量越少，初始投资费用越低!,8、直流供电电压等级与运营成本,采用不同电压等级的直流供电，其长期运行的线路损耗不同； 从长期运行角度比较交流与直流运行的经济性，选择恰当的直流电压等级，现分析交、直流电输送功率的通用公式进行分析如下（cos值取0.9）：,2019/1/17,19,直流电压为242.5V是交直流线损的平衡点，线损与电压的平方成反比！（综合相关转换器效率，常把296.2V作为平衡点）,9、IDC机房高压直流供电的商业运营模式设想,在IDC机房中，高压直流供电比交流UPS供电更具可靠性和经济性优势，当直流供电电压高于296.2V时，直流的初始投资和运行成本将明显低于

12、交流供电系统。因此，高压直流供电均是IDC机房的最佳供电方案。 经测试，目前大部分服务器可直接输入高于296.2V的高压直流电，但仍有小部分服务器不能直接输入高压直流； 由于IDC机房的服务器为各客户的托管设备，无法强制性规定服务器输入电源的电压标准； 建议参照IDC机房等级评定办法，调整IDC机房的商业运营模式，对高压直流供电的机房进行等级划分与倾斜，为推进高压直流的技术发展奠定基础；,2019/1/17,20,2019/1/17,21,二、国内高压直流供电的准规范解析,1.1、2009年，工业和信息化部电信研究院、中国电信集团联合国内知名的通信电源厂商的国内知名专家起草了通信用240V直流

13、供电系统技术要求的征求意见规范稿； 1.2、该技术报告由中国通信标准化协会提出并归口； 1.3、该技术报告参与起草单位：中达电通股份有限公司、广州珠江电信设备制造有限公司、艾默生网络能源有限公司、北京动力源科技股份有限公司、中国移动通信集团公司、易达威锐电源系统有限公司、华为技术有限公司、上海邮电设计院有限公司、中国普天信息产业股份有限公司；,2019/1/17,22,1、准规范的起草背景：,2、准规范的术语和定义,2.1、恢复时间（ Recovery time）： 恢复时间（T）是指直流输出电压（Uo）与直流输出整定值（Uz）之差的绝对值超出稳压精度（，如要求 1V）范围处开始，恢复至小于等

14、于并不再超过稳压精度处的这段时间。 2.2、绝缘监察 （Insulation monitoring）： 对直流输出与地的绝缘度进行检测，判断是否发生接地故障或绝缘度降低。,2019/1/17,23,3.1、产品型号：系统的型号依据YD/T 638.3的规定命名。 3.2、产品组成：通信用240V高频开关电源系统包括 交流配电部分、 高频开关整流模块、 直流配电部分、 监控单元组成的柜式直流电源系统。 3.3、产品系列： A、系统的直流输出电压标称值为(V)：240。 B、模块额定输出电流（A）：5、10、15、20、30、40、50、100； 【对应功率分别为（kw）：1.2、2.4、3.6、

15、4.8、7.2、9.6、12、24】,2019/1/17,24,3、产品的组成和分类,4.1、环境的要求 A、温度：工作温度范围：-540； 储运温度范围：-40+70。 B、湿度：工作相对湿度范围：90（402）； 储运相对湿度范围：95（402）。 C、海拔：海拔高度应不超过1000m； 超过1000m时按GB/T 3859.2的规定降容使用。 D、振动：系统应能承受频率为（1055）Hz 、振幅为0.35mm 的 正弦波振动。,2019/1/17,25,4、相关要求：,4.2、交流输入的要求： A、交流输入电压变动范围 三相380V：允许变动范围为（323418）V【-15%、+10%】

16、； 单相220V：允许变动范围为（187242）V 【-15%、+10%】； 注： 交流输入电压超出上述范围，但不超过额定值的25%时，系统可降额使用。 B、输入频率变动范围：50Hz2.5Hz（ 5%） ； C、输入电压波形失真度：交流输入电压总谐波含量不大于5%时（THDU 5%），系统应能正常工作；,2019/1/17,26,4、相关要求：,4.3、系统配置的要求 A、基本要求：系统供电宜采用分散供电方式； 单个系统容量最大不宜超过600A； B、系统电压： 系统标称电压为240V。设备运行时，浮充、均充电压由蓄电池技术参数确定，系统输出电压在一定范围内可调，可调范围216V288V【-10%、+20%】。系统在其输出可调范围内，应能输出额定电流； 系统的直流输出电压值在其可调范围内应能手动或自动连续可调。系统在稳压工作的基础上，应能与蓄电池并联以浮充工作方式或均充工作方式向通信设备供电；,2019/1/17,27,4