通信用240V高压直流供电系统
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
大型UPS维护复杂，耗时长，无法现场在线更换， HVDC，维护简便，可以在线热插拔。
大型1+1 UPS系统投资成本比HVDC高大约 60%
先做最好，再做最强最大
➢ HVDC 与 UPS的主要区别
UPS
HVDC
AC/AC变换器，输出的是交流电压 AC/DC变换器输出的是直流电压
电池组在输入端 中间变换环节多
➢ 典型240V高压直流系统整流屏设计选型
电压 等级
240V 240V
模块 容量
10A 20A
模块 个数 15-16 15-16
单屏 容量 150A 300A
双屏 容量 300A 600A
如需要：可设计主辅2个整流屏组成整流屏系统， 每屏一般为最多16个模块
设计整流屏可按终装容量留出模块位置 部分位置待需要时安装即可
➢通信用240V高压直流供电 系统
内容提纲
HVDC与UPS的比较及应用环境 240V高压直流系统供电方案 240V高压直流系统主要组成部分 高压直流使用情况
先做最好，再做最强最大
HVDC与UPS的比较及应用环境
➢ UPS的发展历史 ➢ UPS工作原理 ➢ 高压直流电源（HVDC）工作原理 ➢ 与HVDC相比UPS存在的问题 ➢ HVDC 与 UPS的主要区别 ➢ HVDC 与 UPS的比较优势 ➢ HVDC为什么可以替代UPS ➢ 哪些场合可以使用HVDC ➢ HVDC与电力操作电源系统的区别
UPS系统并机是交流并联，需要同频、同相、同 电位，并机复杂控制难度大，并机失败率高，而 且，一旦并机失败后会导致系统瘫痪！
先做最好，再做最强最大
UPS 1+1系统只要有一台出问题就等于“病危通 知”、“最后通牒”！ HVDC，由于电池的存在，N+1或N+X冗余并联， 一台模块出故障，只是预警！
电压等级
240V 240V 240V 240V 240V
电流容量 100A 150A 300A 400A 600A
标称功率 25KVA 35KVA 70KVA 100KVA 150KVA
先做最好，再做最强最大
➢ 电压等级
系统标称电压是240V 系统标准规范电压范围最大为216V-312V
✓ 参照48V系统，[实用可选210V-295V]
先做最好，再做最强最大
➢ HVDC与电力操作电源系统的区别
电压等级不一样，电力操作电源标称电压是 220V（2V，104节浮充电压234V，均充电压 244V，电池节数可变104—108节）
HVDC标称电压是240V（2V，120节浮充电压 270V，均充电压282V，电池节数固定）
电力操作电源接线方案复杂，HVDC接线方案简 单（只有一种单母线分段）
先做最好，再做最强最大
➢ UPS的发展历史
UPS产生于上个世纪60年代，1972年2月21日尼克松访 华，带给我国的礼物之一就是UPS，从此中国开始了UPS 的研究。
UPS的出现，是由于一些重要设备，如航天控制、医疗仪 器、金融系统、计算机、数据管理系统等，不能断电而产 生的。她的诞生，为信息革命产生了十分重大的影响。也 是电力电子领域划时代的技术突破！
先做最好，再做最强最大
➢典型240V高压直流系统容量设计
按设计需要：表中对应于原交流供电25-150KVA功率 向一组服务器柜供电，常用的供电容量选择及 直流对应电流容量
方案选型： 单组电源系统容量可以按100-600A标称容量选型； 150A、300A是目前信息化产业功率最佳选择； 对中心局点，可参考600A系统设计
电池低压预警点228V
✓ 对应于电池单体欠压1.90V
先做最好，再做最强最大
➢ 240V高压直流系统屏柜组成
240V高压直流系统主要由交流屏、整流屏、直流屏组成 交流屏负责接入通信机房双路交流供电，一般一个屏 电源屏即整流屏一般采用1-2个 直流屏按原机房设计保留三级配电模式，
即 直流屏，分配屏、列头柜 改造项目一般只设计直流屏 原配电列头柜交流表需改造为直流电压电流表，配电结
a
●
b
DC输出
高频脉冲
先做最好，再做最强最大
UPS交流电压的供电范围是176—264VAC,对应的整流后 的最低直流电压Uab=1.25*176V=220V，最高直流电 压Uab=1.4*264=369.6V,工作效率最高的电压点是 220VAC，对应的直流电压是Uab=1.25*220=275V， 显然如果我们直接将直流电接到计算机服务器也是完全可 以工作的，只要直流电压在220V—369V之间，选取2V 一节120节电池，其均充电压是2.35*120=282VDC，浮 充电压是2.25*120=270VDC。
构及熔丝不需改动，但小容量开关建议改造为熔丝或专 用双刀直流开关 电池组一般采用2组 屏柜尺寸优选：2000mm高*800mm宽*600mm深
先做最好，再做最强最大
➢ 典型240V高压直流系统电池容量设计选型
系统对电池充电电流按0.1C10设计 系统对设备送电参考容量系数0.3,0.5或0.8设计
AC输入 输入 滤波
工频 整流
DC/DC 变换
LC高频 滤波
电 池 组
DC输出
先做最好，再做最强最大
➢ 与HVDC相比UPS存在的问 题
UPS多一级变换效率降低；
UPS的输出采用工频滤波损耗大；
UPS控制复杂，可靠性降低
UPS的电池在输入端，如果UPS本身出故障，负 载仍然停电；而HVDC的电池在输出端，即使 HVDC本身出故障，电池仍然可以给负载供电， 保障不间断供电，所以HVDC是真正的不间断电 源；
先做最好，再做最强最大
➢ 典型IDC机房供电系统组群设计
按设计经验：信息化数据机房供电系统原则一般设计按 35-100KVA功率向一组服务器柜供电， 整个机房参考基本组配置若干个供电系统组； 形成供电组群，完成全机房供电；
方案优点： 单组电源系统容量可以按相对集中管理模式； 比完全分布式容易设计和管理； 35-150KVA是目前信息化产业功率最佳选择；
电池组在输出端与模块并联一起给 负载供电
中间变换环节少
工频滤波体积大
高频滤波体积小
先做最好，再做最强最大
➢ HVDC 与 UPS的比较优势
性能指标
UPS
可靠性
低
可维护性
差
投资成本
高
能耗
大
占地面积
大
HVDC 高 好
低60% 低20% 小50%
先做最好，再做最强最大
➢ HVDC为什么可以替代UPS
通信机房数据服务器电源工作原理
电力操作电源设备种类繁多，HVDC，只有监控， 模块、电池巡检仪、绝缘监测仪作为可选件；
先做最好，再做最强最大
240V高压直流系统供电方案
➢ 单系统单路供电方案 ➢ 单系统双路供电方案 ➢ 双系统双路供电方案 ➢ 服务器交、直流供电原理 ➢ HVDC分散式供电系统
先做最好，再做最强最大
➢ 单系统单路供电方案
电池 分路
400A 500A 600A 800A 800A
母线 分路 200A 250A 400A 500A 600A
选型：
直流配电屏采用正负双熔丝结构 电池2路，共四个熔丝
直流一般为4-8分路双组结构 设计直流屏一般不考虑小容量
先做最好，再做最强最大
240V-300A高压直流电源系统结构图
先做最好，再做最强最大
先做最好，再做最强最大
整流配电屏
16路模块控制开关 16个20A直流高压整流模块
主（辅）柜
先做最好，再做最强最大
240V高压直流系统主要组成部分
➢ 典型IDC机房供电系统组群设计 ➢ 典型240V高压直流系统容量设计 ➢ 电压等级 ➢ 240V高压直流系统屏柜组成 ➢ 典型240V高压直流系统电池容量设计选型 ➢ 通信机房高压直流供电系统工作原理 ➢ 典型240V高压直流系统整流屏设计选型 ➢ 典型240V高压直流系统直流屏设计选型 ➢ 系统监控功能组成 ➢ 240V高压直流电源设备系统防雷设计 ➢ 240V高压直流系统接地设计 ➢ 240V高压直流电源设备系统的电池管理 ➢ 240V高压直流电源设备系统的配电设计 ➢ 240V高压直流电源系统的主要功能
240V-600A高压直流电源系统结构图
✓ 300A-600A 240V电源系统由交直流配电屏+整流配电屏(含15-30个20A模块)组成
先做最好，再做最强最大
➢ 服务器交、直流供电原理
交流供电
直流供电
DC240V
DC240V
DC/DC
DC/DC
先做最好，再做最强最大
➢ HVDC分散式供电系统
分散式供电系统由交直流配电屏、整流配电屏、和直流分配柜 组成
系统采用240V电池组（选用电池单体2V120节）
✓ 对应于12V20只单体串联或5组48V串联
电池系统浮充电压268-270V，均充电压282V
✓ 对应于电池单体浮充电压2.23V，均充电压2.35V ✓ 参照48V系统，53.5V_2.23V;56.5V_2.35V
电池欠压报警点210V
✓ 对应于电池单体欠压1.75V
先做最好，再做最强最大
➢ UPS（Uninterrupted Power Supply )工作 原理
AC输入 输入 滤波
工频 整流
DC/DC
升压
DC/AC
逆变
静
态
开
LC工
关
AC输出
频滤
波
充电 器
电 池 组
在线(on line)高频UPS
先做最好，再做最强最大
➢ 高压直流电源（HVDC）工作原 理
先做最好，再做最强最大
➢ 哪些场合可以使用HVDC
凡是计算机系统使用LCD显示器的地方都可以使 用HVDC
目前通信机房中交换机使用的是-48V系统，服 务器使用的是UPS
电厂或变电站中，二次控制和断路器使用的是 220V直流操作电源；通信使用的是-48V电源； 计算机系统使用的是UPS
银行、保险、证券公司中通信使用的是 -48V 通信电源，计算机服务器使用的是UPS。证券公 司的大显示屏使用的是24VDC，这个电源也来之 于UPS，同样可以由HVDC直接供电！
电池欠压报警点210V，一般不设下电脱离保护
✓ 对应于电池单体欠压1.75V
电池低压预警点228V
✓ 对应于电池单体欠压1.90V
高压直流系统电池安时容量参考4-8小时备用供电设 计
电池单体一般选用2V，以提高电池组及系统可靠性
先做最好，再做最强最大
➢ 通信机房高压直流供电系统工作原理
先做最好，再做最强最大
电池组
整流模块
总配电柜
列头柜
设备机架
先做最好，再做最强最大
➢ 单系统双路供电方案
电池组
整流模块
总配电柜
列头柜
设备机架
先做最好，再做最强最大
➢ 双系统双路供电方案
先做最好，再做最强最大
✓ 150A 240V电源系统由交直流配电屏+整流配电屏(含15个10A模块)
交直流配电屏 整流配电屏
先做最好，再做最强最大
如果是加有APFC的服务器电源对UPS的交流输出可以做到 更宽，一般可以到110V-270Vac.其对应的直流范围是 137V-378V，改为直流供电后APFC就变成了单纯的 DC/DC Boost电路了！
结论：由于服务器电源是将UPS提供的交流电源先要整流成直流电，然 后再将直流再变换成12V、5V或3.3V等低压直流给服务使用，而全 桥二极管整流电路对直流电可以直接输入，只要直流电压能够达到 220V以上就可以使用！
交直流配电屏-交流单元
2路225A3P交流输入开关带机械互琐 C级防雷
保护地排
先做最好，再做最强最大
交直流配电屏-直流单元
2路800A电池熔丝输入（2正2负）
4路250A负载熔断器组输出（正极） 4路250A负载熔断器组输出（负极）
先做最好，再做最强最大
直流分配柜
10路63A2P直流开关输出 10路32A2P直流开关输出 10路20A2P直流开关输出 10路10A2P直流开关输出
先做最好，再做最强最大
➢ 典型240V高压直流系统直流屏设计选型
电压 电流 等级 容量
240V 240V 240V 240V 240V
100A 150A 300A 400A 600A
标称 功率 25KVA 35KVA 70KVA 100KVA 150KVA
直流配电 容量
100A 200A 400A 600A 800A
✓ 即参照系统总电流30%或50%用于设备供电
系统电池采用2组电池组（选用电池单体2V120节）
✓ 对应于12V20只单体串联或5组48V串联
电池系统浮充电压268-270V，均充电压282V
✓ 对应于电池单体浮充电压2.23V，均充电压2.35V ✓ 参照48V系统，53.5V_2.23V;56.5V_2.35V
大型1+1 UPS系统投资成本比HVDC高大约 60%
先做最好，再做最强最大
➢ HVDC 与 UPS的主要区别
UPS
HVDC
AC/AC变换器，输出的是交流电压 AC/DC变换器输出的是直流电压
电池组在输入端 中间变换环节多
➢ 典型240V高压直流系统整流屏设计选型
电压 等级
240V 240V
模块 容量
10A 20A
模块 个数 15-16 15-16
单屏 容量 150A 300A
双屏 容量 300A 600A
如需要：可设计主辅2个整流屏组成整流屏系统， 每屏一般为最多16个模块
设计整流屏可按终装容量留出模块位置 部分位置待需要时安装即可
➢通信用240V高压直流供电 系统
内容提纲
HVDC与UPS的比较及应用环境 240V高压直流系统供电方案 240V高压直流系统主要组成部分 高压直流使用情况
先做最好，再做最强最大
HVDC与UPS的比较及应用环境
➢ UPS的发展历史 ➢ UPS工作原理 ➢ 高压直流电源（HVDC）工作原理 ➢ 与HVDC相比UPS存在的问题 ➢ HVDC 与 UPS的主要区别 ➢ HVDC 与 UPS的比较优势 ➢ HVDC为什么可以替代UPS ➢ 哪些场合可以使用HVDC ➢ HVDC与电力操作电源系统的区别
UPS系统并机是交流并联，需要同频、同相、同 电位，并机复杂控制难度大，并机失败率高，而 且，一旦并机失败后会导致系统瘫痪！
先做最好，再做最强最大
UPS 1+1系统只要有一台出问题就等于“病危通 知”、“最后通牒”！ HVDC，由于电池的存在，N+1或N+X冗余并联， 一台模块出故障，只是预警！
电压等级
240V 240V 240V 240V 240V
电流容量 100A 150A 300A 400A 600A
标称功率 25KVA 35KVA 70KVA 100KVA 150KVA
先做最好，再做最强最大
➢ 电压等级
系统标称电压是240V 系统标准规范电压范围最大为216V-312V
✓ 参照48V系统，[实用可选210V-295V]
先做最好，再做最强最大
➢ HVDC与电力操作电源系统的区别
电压等级不一样，电力操作电源标称电压是 220V（2V，104节浮充电压234V，均充电压 244V，电池节数可变104—108节）
HVDC标称电压是240V（2V，120节浮充电压 270V，均充电压282V，电池节数固定）
电力操作电源接线方案复杂，HVDC接线方案简 单（只有一种单母线分段）
先做最好，再做最强最大
➢ UPS的发展历史
UPS产生于上个世纪60年代，1972年2月21日尼克松访 华，带给我国的礼物之一就是UPS，从此中国开始了UPS 的研究。
UPS的出现，是由于一些重要设备，如航天控制、医疗仪 器、金融系统、计算机、数据管理系统等，不能断电而产 生的。她的诞生，为信息革命产生了十分重大的影响。也 是电力电子领域划时代的技术突破！
先做最好，再做最强最大
➢典型240V高压直流系统容量设计
按设计需要：表中对应于原交流供电25-150KVA功率 向一组服务器柜供电，常用的供电容量选择及 直流对应电流容量
方案选型： 单组电源系统容量可以按100-600A标称容量选型； 150A、300A是目前信息化产业功率最佳选择； 对中心局点，可参考600A系统设计
电池低压预警点228V
✓ 对应于电池单体欠压1.90V
先做最好，再做最强最大
➢ 240V高压直流系统屏柜组成
240V高压直流系统主要由交流屏、整流屏、直流屏组成 交流屏负责接入通信机房双路交流供电，一般一个屏 电源屏即整流屏一般采用1-2个 直流屏按原机房设计保留三级配电模式，
即 直流屏，分配屏、列头柜 改造项目一般只设计直流屏 原配电列头柜交流表需改造为直流电压电流表，配电结
a
●
b
DC输出
高频脉冲
先做最好，再做最强最大
UPS交流电压的供电范围是176—264VAC,对应的整流后 的最低直流电压Uab=1.25*176V=220V，最高直流电 压Uab=1.4*264=369.6V,工作效率最高的电压点是 220VAC，对应的直流电压是Uab=1.25*220=275V， 显然如果我们直接将直流电接到计算机服务器也是完全可 以工作的，只要直流电压在220V—369V之间，选取2V 一节120节电池，其均充电压是2.35*120=282VDC，浮 充电压是2.25*120=270VDC。
构及熔丝不需改动，但小容量开关建议改造为熔丝或专 用双刀直流开关 电池组一般采用2组 屏柜尺寸优选：2000mm高*800mm宽*600mm深
先做最好，再做最强最大
➢ 典型240V高压直流系统电池容量设计选型
系统对电池充电电流按0.1C10设计 系统对设备送电参考容量系数0.3,0.5或0.8设计
AC输入 输入 滤波
工频 整流
DC/DC 变换
LC高频 滤波
电 池 组
DC输出
先做最好，再做最强最大
➢ 与HVDC相比UPS存在的问 题
UPS多一级变换效率降低；
UPS的输出采用工频滤波损耗大；
UPS控制复杂，可靠性降低
UPS的电池在输入端，如果UPS本身出故障，负 载仍然停电；而HVDC的电池在输出端，即使 HVDC本身出故障，电池仍然可以给负载供电， 保障不间断供电，所以HVDC是真正的不间断电 源；
先做最好，再做最强最大
➢ 典型IDC机房供电系统组群设计
按设计经验：信息化数据机房供电系统原则一般设计按 35-100KVA功率向一组服务器柜供电， 整个机房参考基本组配置若干个供电系统组； 形成供电组群，完成全机房供电；
方案优点： 单组电源系统容量可以按相对集中管理模式； 比完全分布式容易设计和管理； 35-150KVA是目前信息化产业功率最佳选择；
电池组在输出端与模块并联一起给 负载供电
中间变换环节少
工频滤波体积大
高频滤波体积小
先做最好，再做最强最大
➢ HVDC 与 UPS的比较优势
性能指标
UPS
可靠性
低
可维护性
差
投资成本
高
能耗
大
占地面积
大
HVDC 高 好
低60% 低20% 小50%
先做最好，再做最强最大
➢ HVDC为什么可以替代UPS
通信机房数据服务器电源工作原理
电力操作电源设备种类繁多，HVDC，只有监控， 模块、电池巡检仪、绝缘监测仪作为可选件；
先做最好，再做最强最大
240V高压直流系统供电方案
➢ 单系统单路供电方案 ➢ 单系统双路供电方案 ➢ 双系统双路供电方案 ➢ 服务器交、直流供电原理 ➢ HVDC分散式供电系统
先做最好，再做最强最大
➢ 单系统单路供电方案
电池 分路
400A 500A 600A 800A 800A
母线 分路 200A 250A 400A 500A 600A
选型：
直流配电屏采用正负双熔丝结构 电池2路，共四个熔丝
直流一般为4-8分路双组结构 设计直流屏一般不考虑小容量
先做最好，再做最强最大
240V-300A高压直流电源系统结构图
先做最好，再做最强最大
先做最好，再做最强最大
整流配电屏
16路模块控制开关 16个20A直流高压整流模块
主（辅）柜
先做最好，再做最强最大
240V高压直流系统主要组成部分
➢ 典型IDC机房供电系统组群设计 ➢ 典型240V高压直流系统容量设计 ➢ 电压等级 ➢ 240V高压直流系统屏柜组成 ➢ 典型240V高压直流系统电池容量设计选型 ➢ 通信机房高压直流供电系统工作原理 ➢ 典型240V高压直流系统整流屏设计选型 ➢ 典型240V高压直流系统直流屏设计选型 ➢ 系统监控功能组成 ➢ 240V高压直流电源设备系统防雷设计 ➢ 240V高压直流系统接地设计 ➢ 240V高压直流电源设备系统的电池管理 ➢ 240V高压直流电源设备系统的配电设计 ➢ 240V高压直流电源系统的主要功能
240V-600A高压直流电源系统结构图
✓ 300A-600A 240V电源系统由交直流配电屏+整流配电屏(含15-30个20A模块)组成
先做最好，再做最强最大
➢ 服务器交、直流供电原理
交流供电
直流供电
DC240V
DC240V
DC/DC
DC/DC
先做最好，再做最强最大
➢ HVDC分散式供电系统
分散式供电系统由交直流配电屏、整流配电屏、和直流分配柜 组成
系统采用240V电池组（选用电池单体2V120节）
✓ 对应于12V20只单体串联或5组48V串联
电池系统浮充电压268-270V，均充电压282V
✓ 对应于电池单体浮充电压2.23V，均充电压2.35V ✓ 参照48V系统，53.5V_2.23V;56.5V_2.35V
电池欠压报警点210V
✓ 对应于电池单体欠压1.75V
先做最好，再做最强最大
➢ UPS（Uninterrupted Power Supply )工作 原理
AC输入 输入 滤波
工频 整流
DC/DC
升压
DC/AC
逆变
静
态
开
LC工
关
AC输出
频滤
波
充电 器
电 池 组
在线(on line)高频UPS
先做最好，再做最强最大
➢ 高压直流电源（HVDC）工作原 理
先做最好，再做最强最大
➢ 哪些场合可以使用HVDC
凡是计算机系统使用LCD显示器的地方都可以使 用HVDC
目前通信机房中交换机使用的是-48V系统，服 务器使用的是UPS
电厂或变电站中，二次控制和断路器使用的是 220V直流操作电源；通信使用的是-48V电源； 计算机系统使用的是UPS
银行、保险、证券公司中通信使用的是 -48V 通信电源，计算机服务器使用的是UPS。证券公 司的大显示屏使用的是24VDC，这个电源也来之 于UPS，同样可以由HVDC直接供电！
电池欠压报警点210V，一般不设下电脱离保护
✓ 对应于电池单体欠压1.75V
电池低压预警点228V
✓ 对应于电池单体欠压1.90V
高压直流系统电池安时容量参考4-8小时备用供电设 计
电池单体一般选用2V，以提高电池组及系统可靠性
先做最好，再做最强最大
➢ 通信机房高压直流供电系统工作原理
先做最好，再做最强最大
电池组
整流模块
总配电柜
列头柜
设备机架
先做最好，再做最强最大
➢ 单系统双路供电方案
电池组
整流模块
总配电柜
列头柜
设备机架
先做最好，再做最强最大
➢ 双系统双路供电方案
先做最好，再做最强最大
✓ 150A 240V电源系统由交直流配电屏+整流配电屏(含15个10A模块)
交直流配电屏 整流配电屏
先做最好，再做最强最大
如果是加有APFC的服务器电源对UPS的交流输出可以做到 更宽，一般可以到110V-270Vac.其对应的直流范围是 137V-378V，改为直流供电后APFC就变成了单纯的 DC/DC Boost电路了！
结论：由于服务器电源是将UPS提供的交流电源先要整流成直流电，然 后再将直流再变换成12V、5V或3.3V等低压直流给服务使用，而全 桥二极管整流电路对直流电可以直接输入，只要直流电压能够达到 220V以上就可以使用！
交直流配电屏-交流单元
2路225A3P交流输入开关带机械互琐 C级防雷
保护地排
先做最好，再做最强最大
交直流配电屏-直流单元
2路800A电池熔丝输入（2正2负）
4路250A负载熔断器组输出（正极） 4路250A负载熔断器组输出（负极）
先做最好，再做最强最大
直流分配柜
10路63A2P直流开关输出 10路32A2P直流开关输出 10路20A2P直流开关输出 10路10A2P直流开关输出
先做最好，再做最强最大
➢ 典型240V高压直流系统直流屏设计选型
电压 电流 等级 容量
240V 240V 240V 240V 240V
100A 150A 300A 400A 600A
标称 功率 25KVA 35KVA 70KVA 100KVA 150KVA
直流配电 容量
100A 200A 400A 600A 800A
✓ 即参照系统总电流30%或50%用于设备供电
系统电池采用2组电池组（选用电池单体2V120节）
✓ 对应于12V20只单体串联或5组48V串联
电池系统浮充电压268-270V，均充电压282V
✓ 对应于电池单体浮充电压2.23V，均充电压2.35V ✓ 参照48V系统，53.5V_2.23V;56.5V_2.35V