一、概述

二、工作原理(功能特点)

三、与交流UPS对比的优势(3.1 技术方面 3.2 投资建设 3.3 维护成本)

四、应用前景

五、通信高压直流电源说明

一、概述

通信用高压直流电源又称HVDC（High Voltage Direct Current），是一种新型的直流不间断供电系统，这里说的高压是相对传统的-48V直流通信电源而言。2009年12月，工信部推出了通信标准类技术报告《通信用240V直流供电系统技术要求》。

二、工作原理

HVDC系统主要由交流配电单元、整流模块、蓄电池、直流配电单元、电池管理单元、绝缘监测单元及监控模块组成。正常工作情况下，整流模块将交流配电源输出的380V交流转换成240V高压直流，高压直流经直流配电单元给通讯设备供电，同时也给蓄电池充电。当交流输入发生故障时，直流由蓄电池给通讯设备供电。

原理图如下：

功能特点

2.1 交流配电单元

交流配电单元是将两路市电，经自动或手动切换分配到各个整流模块；并配有C、D两极防雷保护系统。

2.2 整流模块

整流模块是系统的核心部分，它将交流变换成直流（AC/DC），给负载供电，同时对电池充电。

2.3 蓄电池

蓄电池是保证不间断供电的关键，在交流停电时，由蓄电池给负载供电。

2.4 直流配电单元

直流配电单元是通过直流空开或熔断器输出到列头柜，再由列头柜输出到各服务器，给服务器提供直流电源。

2.5 监控模块

监控模块是整个系统的“大脑”和“眼睛”，担负着各单元实时运行情况的监测和处理的重任。

2.6 电池管理单元

电池管理单元可实时检测每节电池的端电压、电池组内阻、电池组端电压、充放电电流和温度等参数，并上送给监控模块，保证电池组随时处在正常工作状态。

2.7 绝缘监测单元

绝缘监测单元可对直流母线、输出分路对大地的绝缘状况经行实时监测，保证操作人员的人身安全。

三、与交流UPS对比的优势

3.1 技术方面

（1）可靠性大幅提升

高压直流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。

（2）效率大大提高

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=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平，从而使系统的转换效率保持在较高的水平。

（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。

（4）带载能力大大提高

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。

（5）割接改造更为方便

对于采用UPS供电的设备来说，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。

3.2 投资建设

电源系统投资包括UPS电源（高压直流）、前端电源（市电、油机）、机房三个部分。以成都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400KVA 1+1 UPS系统，采用高压直流供电，需5×4套50KW系统。

UPS电源（高压直流）部分：采用UPS方案每套系统的投资大约为250万元，采用高压直流供电时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。

前端电源部分：粗略测算，采用高压直流方案，市电和油机供电系统约可减少20～25%。

机房：采用UPS方案和高压直流供电方案，所需占用的机房面积基本相同，但是采用高压直流供电方案时，开关电源安装区域机房荷载要求大大低于UPS机房，粗略测算，机房土建成本约降低10%左右。

对以上投资加权后，采用高压直流供电方案总投资降低约30%。需要说明的是，采用高压直流供电方案，不仅电源系统可分期建设，系统的电源模块也可根据需要分期建设，考虑投资折现率后，高压直流供电方案的投资节约率将更加明显。

3.3 维护成本

运维成本主要包括电费成本和维修成本，由于转换效率的提高，高压直流供电将大大节约电费成本。在维修成本方面，高压直流供电采用的整流模块化结构，现场替换非常方便，而且由于直流供电系统的可靠性远高于交流UPS系统，故维修概率也大大减小。

四、应用前景

由于高压直流供电系统较于交流UPS，目前中国电信、中国移动、中国联通等各大移动运营商都在大力推广，总体成交额度呈50%以上的速度增长。其中，江苏电信已全面采用HVDC取代UPS。

五、通信高压直流电源说明

1：静电带电装置在材料表面使之带电，让其他的材料贴紧系统。 2：用直流量电压发生装置，利用电压(正或负极性)通过使静电针加强到产品上。 3：根据这个离子材料带有静电，与其他的素材根据静电力贴紧。利用这个系统能进行生产工序和高速化改善。 4：ECM系列利用高频开关技术的小型设计，根据输出电压准备了各种(类型)0～20kv类型，0～30kv类型，0～60kv类型。