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HVDC和UPS在通信中的应用

作者:时间:2011-08-15来源:网络收藏

摘要: 文章通过对传统( Uninterruptible Power Supply,不间断电源) 供电模式与( high-voltage direct current,高压直流) 模式的对比分析,指出采用 供电可以有效地改善机房供电质量,并以低投资、高可靠性、低运营成本等优势逐步成为运营商机房一种新的供电模式。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/155906.htm

  随着机房 供电系统的安全运行越来越受到业内人士的重视,同时也是维护人员最为担心的重要环节。行业数据机房一般采用 电源系统供电。部分运营商开始探索和分析通信设备采用 供电的可行性,并取得阶段性成果。HVDC 供电系统以低投资、高可靠性、低运营成本等优势逐步成为通信运营商机房一种新的供电模式。本文就通信运营商机房采用HVDC 供电系统做了一些探讨分析。

  1 UPS 供电系统和-48 Vdc 系统存在的缺陷

  1. 1 UPS 供电结构逆变器可靠性低

  UPS 供电系统如图1 所示,其可靠性模型见图2。

  众所周知,DC /AC 是UPS 中成本最高、可靠性最低的环节。根据当前设备可靠性水平,电池的可靠性Rb =0. 99,而UPS 中DC /AC 的可靠性Ri = 0. 90,静态开关STS 的可靠性Rs = 0. 99,根据图2 可计算出UPS 备用能源的供电可靠性:

  R = RbRiRs = 0. 99 × 0. 90 × 0. 99 = 0. 88

  可见,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。

  

UPS 供电系统图

  图1 UPS 供电系统图

  

图2 UPS 备用能源可靠性模型

  图2 UPS 备用能源可靠性模型

  1. 2 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 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和负荷规划浪费,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 之间不可能消除环流问题,还增加了UPS 的无功损耗,降低了系统的可靠性。

  1. 3 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。

  1. 4 -48 Vdc 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 ~ 12 kW/架,有些单机架高达31kW 左右! 如果仍然采用- 48 Vdc,由于供电电压低,与高压240 Vdc( 中国通信标准化协会《通信用240 V直流供电系统技术要求》将240 V 确定为通信行业高压直流供电系统的标称电压值) 相比,根据P = IU,同样的功率,其电流是240 Vdc 的240 /48 = 5 倍。

  对于同样功率大小,电压低时,电流增大。而对于电缆损耗P = I2R,同样的电缆( 电缆线阻一样) ,线损与电流的平方成正比。为了达到同样的损耗水平,则需要大幅度增粗电缆线径。例如,100 kW 的功耗,当用48 Vdc 时,电流I1 = 100 kW/48 = 2 083 A,当采用240 Vdc 时,电流则为:

  I2 = 100 kW/240 = 416. 6 A

  粗电缆,成本增加; 大电流,意味着发热量大,发热量大意味着需要更多的空调来制冷。

  2 HVDC 替代UPS 的可行性分析

  2. 1 HVDC 取代传统UPS 的优势

  传统UPS 供电原理图如图3 所示。HVDC 供电原理图如图4 所示,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。通过HVDC 供电方式的可以比采用UPS 供电节约电能10 % ~20 %。

  

图3 传统UPS 供电原理图

  图3 传统UPS 供电原理图

  

图4 HVDC 供电原理图

  图4 HVDC 供电原理图


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关键词: 应用 通信 UPS HVDC

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