市电与高压直流混合供电技术在通信领域应用与探讨
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作者:贾德晋
【摘要】 伴随着通信技术的不断发展和5G网络的日益接近，传统的通信机房供电模式已无法满足通信网络的快速发展，本文将传统通信机房供电技术与提出的市电与高压直流的供电技术进行客观论证及分析探讨。
【关键词】 高压直流 整流 UPS 逆变
一、引言
当前，通信技术得以突飞猛进的发展，5G网络离我们越来越近，通信设备集成化程度和业务承载能力大幅度升高，单架设备用电需求增长迅速，对通信局房现有的-48V直流供电系统及380/220VUPS交流系统提出了高功率、高可靠性供电要求。本文就通信机房采用市电与高压直流（HVDC）供电系统做了一些探讨分析。
二、通信电源各供电系统工作原理介绍
2.1 -48V直流系统
380/220V交流市电经过整流变换成48V直流，电源正馈电线接地，作为参考电位零伏，负馈电线装接熔断器，在市电正常时，交流市电先经过高频开关电源整流，然后向蓄电池组浮充并向通信设备供电的方式。
2.2 UPS交流系统
UPS是英文Uninterruptible Power System的缩写，即交流不间断电源系统。在交流市电正常供电时，市电经整流器（AC/DC）整流后给逆变器（DC/AC）供电，由逆变器输出交流电源，经输出滤波器（又称 AC 滤波器）变成纯净标准的正弦交流电输出，给负载供电，同时整流后的直流电源（或经专用的电池充电器）对蓄电池进行浮充充电。
2.3市电与高压直流混合供电系统
采用双路供电，一路采用市电380/220V直接供电，另一路将市电通过整流器（AC/DC）整流为336/240V直流后进行供电。市电正常情况下，优先采用市电供电，市电停电后蓄电池放电通过DC/DC变换后供电。
三、各系统特点比较
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5～12kW/架，有些单机架高达30kW左右，以下就供电容量、投资、可靠性、维护成本等几个方面对以上三种供电系统进行全面比较。
3.1-48V直流系统
3.1.1供电容量小、供电半径小
由于供电电压低，根据P=UI可知，在I值一定的前提下，U值越大，功率就越大，相应容量就越大，反之就越小。
3.1.2电缆线径大
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。
3.2UPS系统
3.2.1可靠性较低
众所周知，逆变器（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，依据R=RbRiRs=0.99×，计算得出R=0.88。
3.2.2系统利用率低
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≤40%。
3.2.3可维护性差，维护成本大
UPS在线维修复杂、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。
3.3市电与高压直流（HVDC）供电系统
3.3.1结构简单、可靠性高
市电与高压直流（HVDC）供电系统一路由市电直接供电，另一路将市电经过整流器进行供电，结构简单，可靠性高。
3.3.2供电容量大、供电半径大。
3.3.3系统效率高
比传统的开关电源或UPS少AC/DC，DC/AC器件，中间没有任何转换、变换环节，效率比其它两种供电系统得以提升10～20%。通过论证比较得出以下结论：
序号 供电系统 缺点 优点
1 -48V直流系统 供电容量小、供电半径小、电缆线径大 结构简单、可靠性高、效率高、维护方便
2 UPS系统 系统利用率低、逆变单点故障多、可靠性低、维护成本大 线缆线径小、供电半径大
3 市电与高压直流混合供电系统 系统绝缘要求高， 对IT设备供电模块有要求 结构简单、供电半径大、可靠性高、效率高、维护成本低
结论：与传统通信机房-48直流供电系统、UPS交流不间断供电系统比较，市电与高压直流（HVDC）混合供电系统在投资、可靠性、运营成本等方面具有显著优势，能够很好解决远距离供电問题和高功率供电需求，大大减少通信局房电源系统的能耗和设备安装空间。它以240V或336V高压直流供电作为保障供电基础，以市电作为主供电源，既利用市电直接供电的高效率，也同时获得直流系统的高保障性，是以后通信电源新技术发展方向。
四、市电与高压直流混合供电系统组成与应用场景
4.1系统组成
系统主要由交流配电单元、高频开关整流模块、直流配电单元、蓄电池组、监控单元以及绝缘监察装置等组成。
4.2应用场景
1.充分利用已有交、直流系统，不进行大范围主动替换。在通信这设备及电源系统的新建或更新改造中，陆续引入高压直流。2.以5G及通信机房DC化模式为切入点，机房空间具备的机楼不再新增UPS，新建高压直流系统为通信云设备供电。3.后续新购入网设备，统一要求主设备需采用双路供电制式，支持市电380/220V和336/240V高压直流。
五、结束语
目前中国电信、中国移动、中国联通等各大运营商都在大力推广，相信随着社会和通信技术的不断向前发展，通信电源市电与高压直流（HVDC）供电技术将是以后相当一段时间的主流供电技术。
参 考 文 献
[1]GB 51215-2017通信高压直流电源设备工程设计规范
[2]YD/T2378-2011通信用240V直流供电系统
[3]QB/CU157-2012 240V直流供电系统系统设计规范V1.0
[4]QB-H-008-2012 336V直流电源系统
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