高壓直流供電系統(tǒng)在通信機房的應(yīng)用研究

（廣州杰賽科技股份有限公司通信規(guī)劃設(shè)計院，廣州 510310）

1 引言

目前，運營商通信機房供電系統(tǒng)以48V開關(guān)電源為主，IDC機房以UPS供電為主。高壓直流（簡稱HVDC）產(chǎn)品已經(jīng)成熟多年，但在運營商使用上一直還是處于邊緣化的狀態(tài)，推廣度相對較低。隨著國家電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的逐步完善，供電質(zhì)量有了較大幅度的提高，使得市電對通信設(shè)備直接供電有了可能。設(shè)備集成度越來越高，對應(yīng)設(shè)備功耗也越來越大，通信行業(yè)節(jié)能降耗也成為業(yè)界的討論主題，原有48V開關(guān)電源電壓低，電纜線路長，壓降過大造成系統(tǒng)損耗大、成本高。隨著高壓直流技術(shù)的逐步成熟，高壓直流設(shè)備必將成為傳統(tǒng)48V通信電源設(shè)備的替代者。

2 HVDC（高壓直流）與UPS供電方案對比

目前，運營商IDC機房供電方式主要有兩種：一路市電+UPS和一路市電+HVDC，如圖1所示：

圖1 兩種供電系統(tǒng)示意圖

從兩種供電系統(tǒng)示意圖可以看出，UPS相對HVDC在電池輸出端上增加了DC/AC節(jié)點，此節(jié)點可能存在故障影響通信設(shè)備的安全運行；HVDC則隔離了供電系統(tǒng)中不可預(yù)見和突發(fā)故障對負載的威脅，在故障情況下由蓄電池直接對通信設(shè)備進行供電，提高了系統(tǒng)的安全性。兩種供電方式的主要特點見表1。

表1 兩種供電方式對比

3 240V HVDC與336V HVDC對比

3.1 240V HVDC與336V HVDC電壓對比

一是336V相比240V電壓等級高，系統(tǒng)效率略高；二是240V對服務(wù)器等設(shè)備的適應(yīng)性比336V更強；三是240V高壓直流系統(tǒng)對現(xiàn)網(wǎng)通信設(shè)備改動小。

3.2 240V HVDC與336V HVDC產(chǎn)銷對比

從各大HVDC供應(yīng)商銷售情況看，2016-2018年全國主流廠商出貨量，240V HVDC設(shè)備出貨量是336V HVDC出貨量的19倍，而且240V HVDC設(shè)備出貨量也呈現(xiàn)逐年增長的趨勢，得到了運營商和各主流互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心普遍認可和使用。

240V HVDC應(yīng)用廣泛，產(chǎn)業(yè)鏈也更為成熟。目前，240V HVDC在BAT等企業(yè)有廣泛使用，電信等IDC也有一定的應(yīng)用。336V HVDC則使用較少，在中國移動和BAT（指百度、阿里、騰訊）等有少量運用。

HDVC和UPS相比故障節(jié)點少，實現(xiàn)并機容易，擴容簡單，維護成本低；240V和336V相比產(chǎn)業(yè)鏈成熟，對現(xiàn)網(wǎng)改造小，適應(yīng)能力強，改造費用少，可供快速部署并入網(wǎng)。因此現(xiàn)階段建議以240V HVDC運用為主。

4 HDVC供電方案

圖2 HVDC供電方式示意圖1

方式一為TIA 942《數(shù)據(jù)中心電信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準》推薦的T3等級應(yīng)用模式，從系統(tǒng)角度分析因為前端有雙路由市電的輸入，安全可靠性較高；同時采用市電直供減少了轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，使用效率也會更高。

方式二由于采用一套高壓直流系統(tǒng)兩路輸入，當(dāng)高壓直流系統(tǒng)故障時還是會影響通信設(shè)備的供電安全。兩種方式設(shè)備配置基本一致，只是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有所差別，投資也基本相當(dāng)。

圖3 HVDC供電方式示意圖2

方式三為2N模式的高壓直流/UPS供電方式，采用雙電源雙回路，對應(yīng)TIA 942《數(shù)據(jù)中心電信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準》T4標(biāo)準模式，兩個供電回路負荷分攤，安全性提高，使用效率降低，設(shè)備數(shù)量增加，總體投資也相應(yīng)增加，2N模式主要由建設(shè)方根據(jù)客戶需求確定。從各運營商機房等級、集團節(jié)能減排部署要求來看，目前運營商推崇的供電模式是方式一：一路市電和一路高壓直流。

5 過渡解決方案

現(xiàn)階段運營商通信機房設(shè)備主要以48V開關(guān)電源供電為主，原有通信設(shè)備大多不能支持高壓直流，需要通過電源轉(zhuǎn)換模塊變換為48V電源。電源轉(zhuǎn)換插框可以在列頭柜前安裝，也可以在設(shè)備機架內(nèi)安裝。兩種安裝方式主要特點見表2：

表2 兩種電源轉(zhuǎn)換模塊安裝方式

圖4 HVDC供電方式示意圖2

兩種安裝方式各有優(yōu)劣，應(yīng)根據(jù)機房現(xiàn)場情況進行分析后確定具體建設(shè)方案。

在機房市電質(zhì)量較好的情況下，原有通信機房交流用電設(shè)備將逐步過渡到以240V和市電直供雙路輸入為主（見圖1），48V通信設(shè)備通過電源轉(zhuǎn)換模塊進行降壓（見圖4），供原通信設(shè)備使用。

6 結(jié)束語

運營商傳統(tǒng)通信機房、數(shù)據(jù)中心機房將逐步形成一路市電＋一路240V高壓直流的供電模式，進一步改變傳統(tǒng)UPS等依靠硬件多重冗余來保障可靠性的高投入低能效模式。采用HVDC供電方式既提高效率、節(jié)約設(shè)備能耗，減少設(shè)備故障點，也減少了蓄電池后備資源堆積冗余和資產(chǎn)沉淀，同時適應(yīng)政府、企業(yè)對數(shù)據(jù)中心、通信機房的PUE指標(biāo)要求，達到節(jié)能減排目的，真正實現(xiàn)通信行業(yè)綠色發(fā)展。