通信用高壓直流供電系統(tǒng)的可靠性研究

趙江繼，王力祥，靳志月

（1.中國人民解放軍66389 部隊，天津 300250；2.中國人民解放軍66389 部隊，河北 石家莊 050081）

0 引 言

作為評價電源設(shè)備的重要性質(zhì)以及指標(biāo)，可靠性是檢驗設(shè)備至關(guān)重要的要求。如今隨著大數(shù)據(jù)以及互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的快速發(fā)展，對供電質(zhì)量也提出了更高的要求，從而促使通信電源必須具備安全穩(wěn)定的可靠性。而目前經(jīng)常使用到的通信電源，主要包括直流48 V 開關(guān)電源、交流UPS 電源以及高壓直流電源三種類型。雖然我國的通信用高壓直流電源相比于交流式UPS 電源發(fā)展應(yīng)用較晚，但是高壓直流電源結(jié)構(gòu)具有簡單、效率高、節(jié)能等一系列可靠性優(yōu)點，從而有著更為廣闊的應(yīng)用市場。

1 關(guān)于通信用高壓直流供電系統(tǒng)的概述

通信用高壓直流供電系統(tǒng)指的就是能夠應(yīng)用于重要場所的新型的直流不間斷供電系統(tǒng)，主要組成部分包括了交流配電單元、整流模塊、直流配電單元、蓄電池、電池管理單元以及監(jiān)控模塊等多個部件。正常情況下，直接將交流電通過整流模塊轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏褐绷麟?，給負(fù)載供電，并給蓄電池充電；當(dāng)市電或者交流整流部分出現(xiàn)故障時，由蓄電池通過直流配電單元直接為負(fù)載供電，實現(xiàn)了0 ms 不間斷轉(zhuǎn)換。

交流配電單元指的就是通過將兩路市政電源經(jīng)過手動或者是自動切換，而將其分配到各個整流模塊當(dāng)中[1]。此外，單元中還配備有兩級防雷保護(hù)系統(tǒng)，更進(jìn)一步的保護(hù)整個電力裝置。而作為整個通信高壓直流電源系統(tǒng)的核心，整流模塊能夠直接的將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娫?，提供給負(fù)載系統(tǒng)充分的供電，同時還能夠給電池充電。此時，想要保證整個直流電源系統(tǒng)能夠提供給電氣設(shè)備不間斷的供電，其關(guān)鍵在于使蓄電池進(jìn)行充電后，能夠在停止供電的前提下時，將蓄電池儲備的電量提供給負(fù)載。其中直流配電單元指的就是通過熔斷器或者斷路器輸出到列頭柜，之后再由列頭柜分配到各個負(fù)載設(shè)備，從而提供給多個負(fù)載設(shè)備可靠的直流電源。監(jiān)控模塊作為整個直流電源系統(tǒng)當(dāng)中的監(jiān)控者，能夠?qū)崟r的監(jiān)測以及處理各個單元的實際運行情況。通過應(yīng)用電池管理單元能夠直接的將系統(tǒng)當(dāng)中每一節(jié)電池的電池組端電壓、電池端電壓、充放電電流以及溫度等各項參數(shù)直接傳遞給監(jiān)控模塊，進(jìn)一步的保證整個系統(tǒng)的各個電池組始終仍處于正常工作狀況。

2 評判系統(tǒng)可靠性的依據(jù)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性

高壓直流供電系統(tǒng)指的就是模塊化設(shè)計的直流供電系統(tǒng)，同時該供電系統(tǒng)的后備電源往往都使用儲備電池，而在該供電系統(tǒng)當(dāng)中的交流電源，只需要經(jīng)過一次整流變換就能夠到達(dá)直流變換器。因此，高壓直流供電系統(tǒng)具備有較為簡單的通電方式結(jié)構(gòu)，意味著應(yīng)用供電方式具備了較高的可靠性以及高效性[2]。

2.2 安全可靠性

相比于傳統(tǒng)的UPS 系統(tǒng)，如今使用的高壓直流供電系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，同時不存在靜態(tài)開關(guān)以及逆變器等單點故障，從而防止其中任何一個單點出現(xiàn)故障而導(dǎo)致供電系統(tǒng)無法正常運行。因此，如今使用的高壓直流供電系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)UPS 電源系統(tǒng)具備更高的系統(tǒng)安全可靠性。

2.3 擴(kuò)容以及維護(hù)性

要對UPS 系統(tǒng)進(jìn)行改造及擴(kuò)容，需要考慮電源的電壓、相序、相位以及頻率等多個參數(shù)的影響。因此，在每一次UPS 擴(kuò)容以及改造過程中，整個供電系統(tǒng)面臨巨大的安全風(fēng)險。同時，由于UPS 制造商、供應(yīng)商的UPS 產(chǎn)品頻繁更新?lián)Q代，使其無法擴(kuò)容。如果在這種情況下仍然使用之前的運行狀態(tài)或者是維護(hù)方式，可能會出現(xiàn)嚴(yán)重的掉電情況[3]。應(yīng)用新型的高壓直流供電系統(tǒng)對其進(jìn)行改造以及擴(kuò)容，在整個過程中只需要考慮到電壓這一個參數(shù)，意味著對該高壓直流供電系統(tǒng)進(jìn)行改造擴(kuò)容以及后續(xù)的維護(hù)操作都較為簡單，進(jìn)一步增強(qiáng)了該高壓直流電源的可靠性。

3 高壓直流供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

高壓直流供電系統(tǒng)有3 種實際結(jié)構(gòu)，具體如下。

單系統(tǒng)雙回路供電系統(tǒng)主要組成包括了兩個樓層配電柜、高壓直流供電系統(tǒng)、列頭柜、直流電路、服務(wù)器機(jī)柜等多項組成部分。而該供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類似于直流48 V 開關(guān)電源系統(tǒng)，同時供電系統(tǒng)中的服務(wù)器機(jī)柜中輸入的電源主要來自于同一套高壓直流供電系統(tǒng)。

除了單系統(tǒng)雙回路供電系統(tǒng)外，通信用高壓直流供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式還包括了雙系統(tǒng)雙回路供電系統(tǒng)以及市政+高壓直流供電系統(tǒng)。這兩種供電結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)示意圖差別不大，但是在具體使用過程中可能因為其供電結(jié)構(gòu)的不同而各自呈現(xiàn)出不同的優(yōu)缺點。例如，高壓直流單系統(tǒng)雙回路供電結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點是其具備了較為簡單的組成結(jié)構(gòu)，因此建設(shè)該供電結(jié)構(gòu)不需要投入過多的資金成本，缺點是服務(wù)器機(jī)柜輸入的雙路電源來自于同一套電源系統(tǒng)，導(dǎo)致如果系統(tǒng)電源中的某一點出現(xiàn)故障，就會影響到整個供電機(jī)構(gòu)的正常使用。高壓直流雙系統(tǒng)雙回路供電系統(tǒng)的主要優(yōu)點是能夠針對性地解決之前單系統(tǒng)雙回路供電單點故障，使得整個供電系統(tǒng)具備較高的可靠性，缺點是其組成結(jié)構(gòu)較單系統(tǒng)雙回路供電系統(tǒng)更為復(fù)雜，因此需要增加更多的資金成本。此外，系統(tǒng)具備更高的冗余程度，導(dǎo)致在該供電系統(tǒng)正常運行過程中，這種系統(tǒng)不具備較高的帶載率。市電+高壓直流供電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)不僅能夠消除之前單系統(tǒng)雙回路供電系統(tǒng)的單點故障瓶頸，還能夠進(jìn)一步提高供電可靠性。此外，在該供電系統(tǒng)運營過程中，不需要經(jīng)過電能轉(zhuǎn)換就能夠使得供電系統(tǒng)具備更高的工作效率。缺點主要是供電系統(tǒng)提供的電能質(zhì)量沒有其他直流電源高，同時沒有在其結(jié)構(gòu)中設(shè)置蓄電池，一旦電網(wǎng)停止斷電，供電系統(tǒng)將無法正常使用[4]。

通過對這3 種供電系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行研究，可以看出這3 種供電系統(tǒng)中市電+高壓直流供電系統(tǒng)具備較高的可靠性，而之前的單系統(tǒng)雙回路供電機(jī)構(gòu)不具備較高的可靠性。

4 結(jié) 論

本文概述了通信用高壓直流供電系統(tǒng)，然后介紹了評判系統(tǒng)可靠性的依據(jù)，最后分析了高壓直流供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其優(yōu)缺點。