市電與高壓直流混合供電技術(shù)在通信領(lǐng)域應(yīng)用與探討

賈德晉

【摘要】? ? 伴隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展和5G網(wǎng)絡(luò)的日益接近，傳統(tǒng)的通信機(jī)房供電模式已無法滿足通信網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，本文將傳統(tǒng)通信機(jī)房供電技術(shù)與提出的市電與高壓直流的供電技術(shù)進(jìn)行客觀論證及分析探討。

【關(guān)鍵詞】? ? 高壓直流? ? 整流? ? UPS? ? 逆變

一、引言

當(dāng)前，通信技術(shù)得以突飛猛進(jìn)的發(fā)展，5G網(wǎng)絡(luò)離我們越來越近，通信設(shè)備集成化程度和業(yè)務(wù)承載能力大幅度升高，單架設(shè)備用電需求增長迅速，對通信局房現(xiàn)有的-48V直流供電系統(tǒng)及380/220VUPS交流系統(tǒng)提出了高功率、高可靠性供電要求。本文就通信機(jī)房采用市電與高壓直流（HVDC）供電系統(tǒng)做了一些探討分析。

二、通信電源各供電系統(tǒng)工作原理介紹

2.1 -48V直流系統(tǒng)

380/220V交流市電經(jīng)過整流變換成48V直流，電源正饋電線接地，作為參考電位零伏，負(fù)饋電線裝接熔斷器，在市電正常時(shí)，交流市電先經(jīng)過高頻開關(guān)電源整流，然后向蓄電池組浮充并向通信設(shè)備供電的方式。

2.2 UPS交流系統(tǒng)

UPS是英文Uninterruptible Power System的縮寫，即交流不間斷電源系統(tǒng)。在交流市電正常供電時(shí)，市電經(jīng)整流器（AC/DC）整流后給逆變器（DC/AC）供電，由逆變器輸出交流電源，經(jīng)輸出濾波器（又稱 AC 濾波器）變成純凈標(biāo)準(zhǔn)的正弦交流電輸出，給負(fù)載供電，同時(shí)整流后的直流電源（或經(jīng)專用的電池充電器）對蓄電池進(jìn)行浮充充電。

2.3市電與高壓直流混合供電系統(tǒng)

采用雙路供電，一路采用市電380/220V直接供電，另一路將市電通過整流器（AC/DC）整流為336/240V直流后進(jìn)行供電。市電正常情況下，優(yōu)先采用市電供電，市電停電后蓄電池放電通過DC/DC變換后供電。

三、各系統(tǒng)特點(diǎn)比較

近年來由于數(shù)據(jù)通信的發(fā)展非常迅速，機(jī)房耗電量越來越大，目前單機(jī)架功耗增加很快，某通信機(jī)房實(shí)測單機(jī)架功耗達(dá)5～12kW/架，有些單機(jī)架高達(dá)30kW左右，以下就供電容量、投資、可靠性、維護(hù)成本等幾個(gè)方面對以上三種供電系統(tǒng)進(jìn)行全面比較。

3.1-48V直流系統(tǒng)

3.1.1供電容量小、供電半徑小

由于供電電壓低，根據(jù)P=UI可知，在I值一定的前提下，U值越大，功率就越大，相應(yīng)容量就越大，反之就越小。

3.1.2電纜線徑大

對于同樣功率大小，電壓低時(shí)，電流增大。而對于電纜損耗P=I2R，同樣的電纜（電纜線阻一樣），線損與電流的平方成正比。

3.2UPS系統(tǒng)

3.2.1可靠性較低

眾所周知，逆變器（DC/AC）是UPS中成本最高、可靠性最低的環(huán)節(jié)。根據(jù)當(dāng)前設(shè)備可靠性水平，電池的可靠性Rb=0.99，而UPS中DC/AC的可靠性Ri=0.90，靜態(tài)開關(guān)STS的可靠性Rs=0.99，依據(jù)R=RbRiRs=0.99×，計(jì)算得出R=0.88。

3.2.2系統(tǒng)利用率低

UPS冗余系統(tǒng)的每一路輸入配電都有可能是主用，其中任何一臺(tái)UPS都必須能夠帶起全部負(fù)荷，雙機(jī)冗余UPS系統(tǒng)負(fù)荷率≤40%。

3.2.3可維護(hù)性差，維護(hù)成本大

UPS在線維修復(fù)雜、擴(kuò)容困難、割接難度大，不同設(shè)備型號、不同系統(tǒng)間無法實(shí)現(xiàn)互為冗余，逆變、濾波電容等關(guān)鍵器件更換困難。

3.3市電與高壓直流（HVDC）供電系統(tǒng)

3.3.1結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高

市電與高壓直流（HVDC）供電系統(tǒng)一路由市電直接供電，另一路將市電經(jīng)過整流器進(jìn)行供電，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。

3.3.2供電容量大、供電半徑大。

3.3.3系統(tǒng)效率高

比傳統(tǒng)的開關(guān)電源或UPS少AC/DC，DC/AC器件，中間沒有任何轉(zhuǎn)換、變換環(huán)節(jié)，效率比其它兩種供電系統(tǒng)得以提升10～20%。通過論證比較得出以下結(jié)論：

序號 供電系統(tǒng) 缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)

1 -48V直流系統(tǒng) 供電容量小、供電半徑小、電纜線徑大 結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、效率高、維護(hù)方便

2 UPS系統(tǒng) 系統(tǒng)利用率低、逆變單點(diǎn)故障多、可靠性低、維護(hù)成本大 線纜線徑小、供電半徑大

3 市電與高壓直流混合供電系統(tǒng) 系統(tǒng)絕緣要求高， 對IT設(shè)備供電模塊有要求 結(jié)構(gòu)簡單、供電半徑大、可靠性高、效率高、維護(hù)成本低

結(jié)論：與傳統(tǒng)通信機(jī)房-48直流供電系統(tǒng)、UPS交流不間斷供電系統(tǒng)比較，市電與高壓直流（HVDC）混合供電系統(tǒng)在投資、可靠性、運(yùn)營成本等方面具有顯著優(yōu)勢，能夠很好解決遠(yuǎn)距離供電問題和高功率供電需求，大大減少通信局房電源系統(tǒng)的能耗和設(shè)備安裝空間。它以240V或336V高壓直流供電作為保障供電基礎(chǔ)，以市電作為主供電源，既利用市電直接供電的高效率，也同時(shí)獲得直流系統(tǒng)的高保障性，是以后通信電源新技術(shù)發(fā)展方向。

四、市電與高壓直流混合供電系統(tǒng)組成與應(yīng)用場景

4.1系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由交流配電單元、高頻開關(guān)整流模塊、直流配電單元、蓄電池組、監(jiān)控單元以及絕緣監(jiān)察裝置等組成。

4.2應(yīng)用場景

1.充分利用已有交、直流系統(tǒng)，不進(jìn)行大范圍主動(dòng)替換。在通信這設(shè)備及電源系統(tǒng)的新建或更新改造中，陸續(xù)引入高壓直流。2.以5G及通信機(jī)房DC化模式為切入點(diǎn)，機(jī)房空間具備的機(jī)樓不再新增UPS，新建高壓直流系統(tǒng)為通信云設(shè)備供電。3.后續(xù)新購入網(wǎng)設(shè)備，統(tǒng)一要求主設(shè)備需采用雙路供電制式，支持市電380/220V和336/240V高壓直流。

五、結(jié)束語

目前中國電信、中國移動(dòng)、中國聯(lián)通等各大運(yùn)營商都在大力推廣，相信隨著社會(huì)和通信技術(shù)的不斷向前發(fā)展，通信電源市電與高壓直流（HVDC）供電技術(shù)將是以后相當(dāng)一段時(shí)間的主流供電技術(shù)。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]GB 51215-2017通信高壓直流電源設(shè)備工程設(shè)計(jì)規(guī)范

[2]YD/T2378-2011通信用240V直流供電系統(tǒng)

[3]QB/CU157-2012 240V直流供電系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范V1.0

[4]QB-H-008-2012 336V直流電源系統(tǒng)