通信高壓直流電源工作原理

HVDC系統(tǒng)主要由交流配電單元、整流模塊、蓄電池、直流配電單元、電池管理單元、絕緣監(jiān)測單元及監(jiān)控模塊組成。正常工作情況下，整流模塊將交流配電源輸出的380V交流轉(zhuǎn)換成240V高壓直流，高壓直流經(jīng)直流配電單元給通訊設(shè)備供電，同時也給蓄電池充電。當(dāng)交流輸入發(fā)生故障時，直流由蓄電池給通訊設(shè)備供電。

通信高壓直流電源的特點

1、交流配電單元

交流配電單元是將兩路市電，經(jīng)自動或手動切換分配到各個整流模塊；并配有C、D兩極防雷保護(hù)系統(tǒng)。

2、整流模塊

整流模塊是系統(tǒng)的核心部分，它將交流變換成直流（AC/DC），給負(fù)載供電，同時對電池充電。

3、蓄電池

蓄電池是保證不間斷供電的關(guān)鍵，在交流停電時，由蓄電池給負(fù)載供電。

4、直流配電單元

直流配電單元是通過直流空開或熔斷器輸出到列頭柜，再由列頭柜輸出到各服務(wù)器，給服務(wù)器提供直流電源。

5、監(jiān)控模塊

監(jiān)控模塊是整個系統(tǒng)的“大腦”和“眼睛”，擔(dān)負(fù)著各單元實時運行情況的監(jiān)測和處理的重任。

6、電池管理單元

電池管理單元可實時檢測每節(jié)電池的端電壓、電池組內(nèi)阻、電池組端電壓、充放電電流和溫度等參數(shù)，并上送給監(jiān)控模塊，保證電池組隨時處在正常工作狀態(tài)。

7、絕緣監(jiān)測單元

絕緣監(jiān)測單元可對直流母線、輸出分路對大地的絕緣狀況經(jīng)行實時監(jiān)測，保證操作人員的人身安全。

通信高壓直流電源的優(yōu)點

（1）可靠性大幅提升

高壓直流供電技術(shù)引入的主要目的就在于提升系統(tǒng)的安全性。UPS系統(tǒng)本身僅并聯(lián)主機(jī)具有冗余備份，系統(tǒng)組件之間更多地是串聯(lián)關(guān)系，其可用性是各部分組件可靠性的連乘結(jié)果，總體可靠性低于單個組件的可靠性。反觀直流系統(tǒng)，系統(tǒng)的并聯(lián)整流模塊、蓄電池組均構(gòu)成了冗余關(guān)系，不可靠性是各組件連乘結(jié)果，總體可靠性高于單個組件的可靠性。理論計算和運行實踐都表明，直流系統(tǒng)的可靠性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于UPS系統(tǒng)，一個例證就是大型直流系統(tǒng)癱瘓的事故基本沒有。

（2）效率大大提高

大量使用的UPS主機(jī)均為在線雙變換型，在負(fù)載率大于50%時，其轉(zhuǎn)換效率與開關(guān)電源相近。但一個不容忽視的現(xiàn)實是，為了保證UPS系統(tǒng)的可靠性，UPS主機(jī)均采用n+1（n=1、2、3）方式運行，加之受后端負(fù)載輸入的諧波和波峰因數(shù)的影響，UPS主機(jī)并不能滿足運行，通常UPS單機(jī)的設(shè)計最大穩(wěn)定運行負(fù)載率僅為35～53%。而受后端設(shè)備虛提功耗和業(yè)務(wù)發(fā)展的影響，很多UPS系統(tǒng)通常在壽命中后期才能達(dá)到設(shè)計負(fù)載率，甚至根本不能達(dá)到設(shè)計負(fù)載率，UPS主機(jī)單機(jī)長期運行在很低的負(fù)載率，其轉(zhuǎn)換效率通常為80%多，甚至更低。對于直流電源系統(tǒng)而言，因其采用模塊化結(jié)構(gòu)，可根據(jù)輸出負(fù)載的大小，由監(jiān)控模塊、監(jiān)控系統(tǒng)或現(xiàn)場值守人員靈活控制模塊的開機(jī)運行數(shù)量，使整流器模塊的負(fù)載率始終保持在較高的水平，從而使系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率保持在較高的水平。

（3）輸入?yún)?shù)大大改善

現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)，常用的12脈沖在線雙變換型UPS主機(jī)，加裝11次濾波器后，其輸入功率因數(shù)通常在0.8～0.9，最大僅為0.95，輸入電流諧波含量通常在7.5%左右。

與此對應(yīng)，由于PFC電路的應(yīng)用，額定工況下，開關(guān)整流器模塊的輸入功率因數(shù)通常都在0.99以上，輸入電流諧波含量通常在5%以下。

輸入?yún)?shù)的改善的直接效果是，前端設(shè)備的容量可以大大降低，前端低壓配電柜可以不再配置電抗器，從而也可以降低補(bǔ)償電容的耐壓要求。

（4）帶載能力大大提高

UPS系統(tǒng)帶載能力受兩個因素的制約，一是負(fù)載的功率因數(shù)，以國內(nèi)某大型UPS廠商的某型主機(jī)為例，在輸出功率因數(shù)為0.5（容性）時，其最大允許負(fù)載率僅為50%；二是負(fù)載的電流峰值系數(shù)，通常UPS主機(jī)的設(shè)計波峰因數(shù)為3，如果負(fù)載的電流峰值系數(shù)大于3，則UPS主機(jī)將降容使用。

對于直流系統(tǒng)而言，不存在功率因數(shù)的問題；因其并聯(lián)了內(nèi)阻極低的大容量蓄電池組，加之整流器模塊有大量的富余（充電和備用），其負(fù)載高電流峰值系數(shù)的負(fù)荷能力很強(qiáng)，不需專門考慮安全富余容量。

（5）割接改造更為方便

對于采用UPS供電的設(shè)備來說，除非其采用雙電源（或四電源、六電源），或?qū)ｉT配置有STS設(shè)備，否則通常只能采用停電方式割接。對于重要系統(tǒng)來說，這是難以忍受的，更為麻煩的是，一些沒有廠家支撐的老型設(shè)備，很有可能在停機(jī)不能重啟的現(xiàn)象。

直流電源只要做到輸出電壓和極性相同即可連接到一起，從而實現(xiàn)不停電割接，而這是非常容易做到的。