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(cè)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(shí)也給蓄電池充電。當(dāng)交流輸入發(fā)生故障時(shí)，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(diǎn)

1、交流配電單元

交流配電單元是將兩路市電，經(jīng)自動(dòng)或手動(dòng)切換分配到各個(gè)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(shí)對(duì)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(shí)，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(guò)直流空開(kāi)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(gè)系統(tǒng)的“大腦”和“眼睛”，擔(dān)負(fù)著各單元實(shí)時(shí)運(yùn)行情況的監(jiān)測(cè)和處理的重任。

6、電池管理單元

電池管理單元可實(shí)時(shí)檢測(cè)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(shí)處在正常工作狀態(tài)。

7、絕緣監(jiān)測(cè)單元

絕緣監(jiān)測(cè)單元可對(duì)直流母線、輸出分路對(duì)大地的絕緣狀況經(jīng)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證操作人員的人身安全。

通信高壓直流電源的優(yōu)點(diǎn)

（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(gè)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(gè)組件的可靠性。理論計(jì)算和運(yùn)行實(shí)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(gè)例證就是大型直流系統(tǒng)癱瘓的事故基本沒(méi)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(shí)，其轉(zhuǎn)換效率與開(kāi)關(guān)電源相近。但一個(gè)不容忽視的現(xiàn)實(shí)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(yùn)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(yùn)行，通常UPS單機(jī)的設(shè)計(jì)最大穩(wěn)定運(yùn)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(jì)負(fù)載率，甚至根本不能達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)載率，UPS主機(jī)單機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)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(duì)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(chǎng)值守人員靈活控制模塊的開(kāi)機(jī)運(yùn)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(chǎng)測(cè)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(duì)應(yīng)，由于PFC電路的應(yīng)用，額定工況下，開(kāi)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(gè)因素的制約，一是負(fù)載的功率因數(shù)，以國(guó)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(shí)，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(jì)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(duì)于直流系統(tǒng)而言，不存在功率因數(shù)的問(wèn)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(mén)考慮安全富余容量。

（5）割接改造更為方便

對(duì)于采用UPS供電的設(shè)備來(lái)說(shuō)，除非其采用雙電源（或四電源、六電源），或?qū)ｉT(mén)配置有STS設(shè)備，否則通常只能采用停電方式割接。對(duì)于重要系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這是難以忍受的，更為麻煩的是，一些沒(méi)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(shí)現(xiàn)不停電割接，而這是非常容易做到的。