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高压直流供电系统替代UPS可行性较强

文章发布时间:2011-04-13 13:15来源:upsclan.com 作者:upsclan 关注次数:

 

中国联通高度重视电源的安全可靠运行,将高压直流供电系统(HVDC)作为未来机房供电系统选择之一,多个地方公司均开始探索和分析机房IT设备采用HVDC的可行性,并取得阶段成果。目前中国联通在山东等省市进行了HVDC试点。

中国联通合肥市分公司拥有基站1000个左右以及6个大通信枢纽楼,其中通信电源数量较多,数量逐年增加。为应对未来通信网络供电系统新需求,合肥联通已经对包括HVDC在内的电源技术进行深入研究和学习。通过与传统通信机房供电系统UPS(不间断电源)进行对比,我们发现HVDC供电系统在投资、可靠性、运营成本等方面优势显著。

 

传统UPS存在四大问题

UPS和-48Vdc系统存在缺陷。UPS备用能源在系统中的可靠性比电池本来具备的可靠性降低了很多,电池的可靠性Rb=0.99,而UPS备用能源供电可靠性仅为0.88。

UPS系统整体利用率低。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系统负荷率小于35%,UPS输出三相不平衡,直接导致UPS降容使用,存在单机利用率低的缺点。

UPS输入配电除主路外,其它输入配电处于空载待用,使用效率很低,机房前期建设投入大、负荷规划浪费,而且后期系统扩容难度大。UPS带来供电系统谐波分量增加,导致变压器利用率下降、柴油发电机支撑能力削弱,影响到整个供电系统的安全性、利用率。

并联UPS之间不可能消除的环流问题,增加了UPS的无功损耗,降低了系统的可靠性。

UPS应急保障和可维护性差。UPS在线维修复杂、在线扩容困难、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。若UPS逆变器发生故障,系统将转向旁路供电,但对于某些通信负载,低质量的市电可能对设备的安全运行带来严重故障隐患,而且后备蓄电池组被隔离开,起不到保护作用。

-48Vdc系统无法满足大功耗通信机房要求。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9~12kW/架,有些单机架高达31kW左右。耗电量的增加需要更粗的电缆和更大的电流,这将进一步导致成本增加和散热量加大。

HVDC更可靠、更节能

HVDC供电相对于传统UPS供电,不但可靠性高、效率高、节能成效显著,而且特别适用于负载重的机房。该技术可推广性强,适合通信机房新建及改造。

传统UPS供电原理图如图1所示,HVDC供电原理图如图2所示。HVDC比传统的UPS少一个DC/AC逆变器及服务器机架内部的AC/DC整流器,这样大大提高了供电系统的效率,从而降低供电系统的发热损耗,发热损耗的降低也减少了空调的配置。HVDC供电方式的应用可以比采用UPS供电节约电能10%~20%。

当前,节能减排已经深入人心,HVDC也在节能方面得到人们的认可。以向一个10kW的数据设备供电为例,我们进行了两种供电模式对比试验。由表1可以看出,每10kW的数据设备采用HVDC每年节约的电费约34018元(人民币,以下同)。

在成本减少方面,我们对建设传统1+1冗余120kVA UPS和2套50kW高压直流电源(100kW)进行分析对比发现,建设同样的100kW电源系统,HVDC电源系统比传统型UPS成本占优:投资建设成本要低66%;占用机房面积减少24.22%;系统运营成本低16.22%,年可节省26.91万元。

 

HVDC系统三点不足

HVDC与传统UPS相比较,在备用电池可用性、系统故障可预测性、备用电池能量利用率等多个方面具有很大优势,然而有三个地方却并不占优。

一是输出配电器件的选用。HVDC的空气开关、熔丝、接触器(继电器)、接插头需要能工作在高压直流,不方便选用,成本也高出一般交流产品。传统UPS低压电器产品可选择品牌型号多,获得非常容易,成本低。

二是输出配电安全。HVDC高压直流有被人触摸而造成电击危险,高压直流断开时容易拉弧,易造成火灾。传统UPS高压交流同样会因被人触摸而造成电击危险,但交流拉弧较弱,不易造成火灾。

三是对用户设备的新的要求。HVDC是高压直流输入,对保护电路和接插件提出较高要求。传统UPS现成,无需改动。

长期地看,随着高压直流供电系统的逐渐大规模推广和应用,这些问题会得到有效解决。

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