直流电源的应用

时间：2022-09-02

航天事业担负着特殊的国家使命。航天通信系统具有**性和保密性特点，特别是较高的时效性要求。通信电源的可靠性是航天通信部门首要考虑的问题，是通信系统安全运行的重要保证。当前，航天系统各通信局（站）普遍采用UPS系统作为IT设备的主用电源，它克服了因市电中断而导致的系统中断。但是，UPS自身、甚至并机冗余系统的故障导致网络通信事故也时有发生，已产生较大的社会影响和相当的经济损失。

240V高压直流供电系统（HVDC）作为一项简单、可靠的技术，减少了电力转换环节，提高了供电可靠性和效率，受到了业界的广泛关注。航天通信部门应积极跟踪电源科技的发展变化，关注应用实践中的探索成果，将新技术转换为新应用，提升航天通信系统的可靠性水平。

240V高压直流供电系统的优势

240V高压直流供电系统有着技术成熟、可靠性高、维护操作简易、转换效率高、在线扩容简单等优点，通信业界一直在探讨采用高压直流系统来代替UPS系统。

240V高压直流供电系统具有明显技术优势和价格优势，且能在沿用现有的IT设备的前提下推广使用，因此得到了各级部门的广泛重视和支持。

1、系统构成简单

原理、架构与传统通信局（站）的−48V直流供电系统完全相同，而后者的可用性及可靠性均得到数十年运行的检验。因此，该系统易于维护，对厂商的依赖度降低；负载率高且易于扩容；运行效率高；直流母排是电池组、整流器、负载的共同汇结点，系统可靠性高。

2、供电配电简便

图为240V高压直流供电系统图。

直流电源

由图中可以看出，电池组经熔断器与整流模块输出端在总输出屏构成输出母排，系统两路输出（A路和B路），通过列头柜配电，来满足双电源服务器的需求，而单电源服务器仅使用A路或B路。

系统采用2根电缆（正、负极）、以悬浮方式由电源端向设备端供电；全系统机架外壳与楼层等电位体进行电气连接。

3、系统投资减少

根据中国电信江苏盐城分公司统计数据，相对于新建UPS系统，采用240V高压直流供电系统可平均节省投资**过40%，整个生命周期内平均节省电力20%～30%

HVDC应用的可行性分析

随着电源技术的进步，IT设备的电源模块早已采用高频开关电源。这样，240V高压直流系统供电成为可能。

1、240V高压直流的可用性

图为IT设备电源模块交流电入口处的等效图。

直流电源

由图中可以看出，在传统的工作环境下，AB间Ui为标称的220V交流电；全桥整流后CD间Uo将获得198～308V的直流电（视负载率大小和有无PFC—功率因数校正电路）。

市电电压波动将引起整流电压的波动。根据GB/T 12325—2003《电能质量供电电压允许偏差》的规定，电压偏差为标称电压的−10%、+7%，即198～235.4V，对应的整流电压Uo为178.2～329.6V。可见，IT设备CD间工作电压的范围是较宽的。

当IT设备直接采用直流供电，如A端+、B端－，Ui为DC270V（浮充电压）时，将使得二极管2、4长期导通，另两只1、3长期截止。二极管2、4等效为导体，CD间Uo约为270V的直流电。结论是：IT设备在AC220V或DC270V条件下完全等效工作。

2、HVDC各种状态下的输出电压分析

YD/T 2378—2011《通信用240V直流供电系统》要求，系统应采用铅酸蓄电池组、并且应具有电池管理能力。铅酸蓄电池的特性决定了电池组的电压范围，而是否在IT设备的承受范围内是可用性研究的关键因素。现以国内某品牌电池为例，分析各种状态下的输出电压。

（1）浮充状态。YD/T 2378—2011《通信用240V直流供电系统》要求，240V高压直流电源的输出电压范围是204～288V，全程允许较大压降为12V，即IT设备的电压承受范围是192～288V。常态下，该品牌240V蓄电池组的浮充电压为270V，满足IT设备的电压要求。

（2）放电状态。当遭遇长时间停电而又无后备手段时，蓄电池组放电的终止（保护）电压为222V，**IT设备工作电压下限（204V）的要求。当然，现代通信局（站）应（都）具有后备电源和快速接续的能力。

（3）均充状态。该品牌240V蓄电池组的均充电压为282V，低于IT设备工作电压上限（288V）的要求。

由以上的参数分析可以得出结论：240V高压直流供电系统各种状态下的输出电压均可满足IT设备的工作需要，且有一定的安全裕度。

3、建立了完善的标准体系

我国相继发布了YDB 037—2009《通信用240V直流供电系统技术要求》、YD/T 2378—2011《通信用240V直流供电系统》、YD/T 2555—2013《通信用240V直流供电系统配电设备》、YD/T 2556—2013《通信用240V直流供电系统应用维护技术要求》、YD 5210—2014《240V直流供电系统工程技术规范》等系统性标准，为推广240V高压直流供电系统应用、逐步替代UPS电源系统奠定了扎实的基础。

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