hvdc供电技术及其应用前景分析

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1、HVDC供电技术及其应用前景分析【摘要】hvdc(高压直流)相比ups电源具有巨大的优势，其与ups电源相比，具有高可靠性、高负载率及便于操作性等优点，在解决了后端设备的高压供电标准化后，hvdc供电技术将会大规模商用。【关键字】hvdc；技术；前景近年来，随着通信技术的ip化，idc机房不断扩大，it设备得到了大量的应用，作为其主要供电方式的ups电源也在通信机房中大量应用。但ups固有的特点，决定了其具有可靠性差、转换效率低、输入电流谐波大等一系列缺点，大型ups系统故障造成的通信阻断频繁发

2、生，造成重大的经济损失和社会影响。在此背景下，采用hvdc替代ups供电的呼声越来越高，部分省市运营商已经在小规模商用试点，主流设备厂家已经在推出hvdc供电电源。1hvdc供电技术的优点hvdc就是直流采用高压直流电源（区别于常用的-48v）直接对采用220v交流输入电源的设备供电，采用该技术后，电源系统将具有直流电源系统本身的天然优点，如下所述。1.1技术方面1.1.1可靠性大幅提升hvdc供电技术引入的主要目的就在于提升系统的安全性。ups系统本身仅并联主机具有冗余备份，系统组件之间更多地

3、是串联关系，其可用性是各部分组件可靠性的连乘结果，总体可靠性低于单个组件的可靠性。反观直流系统，系统的并联整流模块、蓄电池组均构成了冗余关系，不可靠性是各组件连乘结果，总体可靠性高于单个组件的可靠性。理论计算和运行实践都表明，直流系统的可靠性要远远高于ups系统，一个例证就是大型直流系统瘫痪的事故基本没有。1.1.2大大节约能耗目前大量使用的ups主机均为在线双变换型，在负载率大于50％时，其转换效率与开关电源相近。但一个不容忽视的现实是，为了保证ups系统的可靠性，ups主机均采用n＋1（n＝

4、1、2、3）方式运行，加之受后端负载输入的谐波和波峰因数的影响，ups主机并不能满足运行，通常ups单机的设计最大稳定运行负载率仅为35～53％。而受后端设备虚提功耗和业务发展的影响，很多ups系统通常在寿命中后期才能达到设计负载率，甚至根本不能达到设计负载率，ups主机单机长期运行在很低的负载率，其转换效率通常为80％多，甚至更低。对于直流电源系统而言，因其采用模块化结构，可根据输出负载的大小，由监控模块、监控系统或现场值守人员灵活控制模块的开机运行数量，使整流器模块的负载率始终保持在较高的水

5、平，从而使系统的转换效率保持在较高的水平。1.1.3输入参数大大改善现场测试发现，目前常用的12脉冲在线双变换型ups主机，加装11次滤波器后，其输入功率因数通常在0.8～0.9，最大仅为0.95，输入电流谐波含量通常在7.5％左右。与此对应，由于pfc电路的应用，额定工况下，开关整流器模块的输入功率因数通常都在0.99以上，输入电流谐波含量通常在5％以下。输入参数的改善的直接效果是，前端设备的容量可以大大降低，前端低压配电柜可以不再配置电抗器，从而也可以降低补偿电容的耐压要求。1.1.4带载能

6、力大大提高ups系统带载能力受两个因素的制约，一是负载的功率因数，以国内某大型ups厂商的某型主机为例，在输出功率因数为0.5（容性）时，其最大允许负载率仅为50％；二是负载的电流峰值系数，通常ups主机的设计波峰因数为3，如果负载的电流峰值系数大于3，则ups主机将降容使用。对于直流系统而言，不存在功率因数的问题。因其并联了内阻极低的大容量蓄电池组，加之整流器模块有大量的富余（充电和备用），其负载高电流峰值系数的负荷能力很强，不需专门考虑安全富余容量。1.1.5割接改造更为方便对于采用ups供

7、电的设备来说，除非其采用双电源（或四电源、六电源），或专门配置有sts设备，否则通常只能采用停电方式割接。对于重要系统来说，这是难以忍受的，更为麻烦的是，一些没有厂家支撑的老型设备，很有可能在停机不能重启的现象。直流电源只要做到输出电压和极性相同即可连接到一起，从而实现不停电割接，而这是非常容易做到的。1.2建设投资电源系统投资包括ups电源（hvdc）、前端电源（市电、油机）、机房三个部分。以某运营商最近完工的一个机房为例进行对比分析，该机房同层布置4套400kva1+1ups系统，采用hvd

8、c供电，需5×4套50kw系统。1.2.1ups电源（hvdc）部分：采用ups方案每套系统的投资大约为250万元，采用hvdc供电时5套直流系统投资越160万元。直流系统投资仅是ups方案的2/3，究其原因，主要是没有ups柜，并且其仅与交流整流输入电缆，没有旁路回路电缆。1.2.2前端电源部分：粗略测算，采用hvdc方案，市电和油机供电系统约可减少20～25％。1.2.3机房：采用ups方案和hvdc供电方案，所需占用的机房面积基本相同，但是采用hvdc供电方案时，开关电源安装区域机房荷载要