一、技術(shù)名稱：通信用240V高壓直流供電系統(tǒng)技術(shù)
二、技術(shù)所屬領(lǐng)域及適用范圍：可應(yīng)用于工業(yè)、通訊、國防、醫(yī)院、計算機業(yè)務(wù)終端、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲設(shè)備等各個領(lǐng)域的數(shù)據(jù)機房中向服務(wù)器等通信設(shè)備供電。
三、與該技術(shù)相關(guān)的能耗及碳排放現(xiàn)狀
2011年中國電信生產(chǎn)用房耗電量超過100億kWh，其中數(shù)據(jù)中心和通信機房用電約50億kWh。由于UPS供電架構(gòu)N+1的模式效率不高且不能工作在高效率區(qū)間，尤其是UPS電源中DC-AC轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)的能耗較高，因此使UPS供電的平均效率低于80%，造成了電能的浪費。目前應(yīng)用該技術(shù)可實現(xiàn)節(jié)能量40萬tce/a，CO2減排約106萬t/a。
四、技術(shù)內(nèi)容
1.技術(shù)原理
HVDC電源模塊是HVDC系統(tǒng)的核心，是利用電力電子技術(shù)將電網(wǎng)的交流電變換成與電網(wǎng)隔離的直流輸出。采用模塊組建電源系統(tǒng)具有設(shè)計周期短、可靠性高、系統(tǒng)升級容易等特點。
HVDC電源模塊由三相有源PFC和DC/DC兩個功率部分組成。在兩個功率部分之外還有輔助電源、輸入輸出檢測保護電路、驅(qū)動控制電路、通訊電路等。前級三相有源PFC電路由輸入EMI和有源PFC組成，用以實現(xiàn)交流輸入的整流濾波和輸入電流的校正，使輸入電路的功率因數(shù)大于0.99，THDI小于5%。后級的DC/DC電路由DC/DC變換器及其控制電路、整流濾波、輸出EMI等部分組成，用以實現(xiàn)將前級整流電壓轉(zhuǎn)換成通訊電源要求的穩(wěn)定的直流電壓。PFC和DC/DC之間由SCI通訊進行數(shù)據(jù)和指令傳送，再由DC/DC部分的DSP通過CAN通訊與監(jiān)控建立聯(lián)系。
2.關(guān)鍵技術(shù)
（1）高效三相PFC交錯技術(shù)，采用先進的SiC二極管和ST的STW57N65M5MOSFET來提高PFC部分的效率，減小損耗和原材料的使用。
（2）LLC串聯(lián)諧振電路可以實現(xiàn)全負載范圍內(nèi)零電壓開關(guān)（ZVS），減小了電磁干擾，與其它的DC/DC變換器相比有很大的優(yōu)勢；LLC串聯(lián)諧振變換器使用變頻控制，與傳統(tǒng)的PWM 控制拓撲更容易滿足通信電源的掉電保持時間要求。
（3）使用了自主開發(fā)的ZHM05、ZHM07監(jiān)控系統(tǒng)，具有軟件均流、模塊休眠功能、電池巡檢功能、絕緣監(jiān)測功能。
在對外接口的考慮上，選擇了基于RS232和RS485的MODBUS協(xié)議以及目前廣泛通用的TCP/IP以太網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。在國內(nèi)首次將TCP/IP以太網(wǎng)絡(luò)協(xié)議引入直流操作電源監(jiān)控，將TCP/IP協(xié)議嵌入單芯片控制器構(gòu)成的系統(tǒng)中，通過現(xiàn)在較為普及的以太網(wǎng)絡(luò)，按照給定的IP地址，上傳本地信息，完成遠程監(jiān)控�，F(xiàn)場智能設(shè)備的以太網(wǎng)接口，TCP/IP嵌入，可配置的IP地址大大加強了直流屏監(jiān)控系統(tǒng)與后臺通訊的能力，用戶通過局域網(wǎng)實現(xiàn)對直流屏的管理。
3.工藝流程
HVDC(高壓直流電源系統(tǒng))，作為數(shù)據(jù)服務(wù)器的供電電源，是IDC機房的心臟。核心部件是AC/DC變換器和系統(tǒng)監(jiān)控及子監(jiān)控。系統(tǒng)采用分散控制、集中管理的監(jiān)控模式，由主監(jiān)控模塊單元、n+1冗余式的高頻開關(guān)整流模塊單元、蓄電池管理單元、絕緣監(jiān)測單元組成，各模塊都有自己獨立的監(jiān)控程序，共同組成系統(tǒng)監(jiān)控。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。模塊間具有RS-485串行通信通道，主監(jiān)控單元為系統(tǒng)的主模塊，其余模塊均為從模塊，接受主監(jiān)控單元的管理，主監(jiān)控單元可經(jīng)RS-232串口與上位機通信，或通過光纖與遠方計算機通信。
五、主要技術(shù)指標
1．交流輸入
（1）交流電壓250V-500V（三相三線制）；
（2）交流輸入頻率：50Hz±5Hz；
（3）輸入電流：≤30A（有效值)；
（4）THDI：≤3%；
（5）功率因數(shù)：≥0.999；
（6）效率：≥96%。
2．直流輸出
（1）電壓范圍：195V-295V；
（2）額定輸出電流：50A；
（3）最大輸出電流：55A；
（4）電壓上升時間：3-10s（軟啟動時間）；
（5）輸出恒流范圍：5A-55A±0.5A；
（6）穩(wěn)流精度：≤±0.5%（20%-100%限流測試）；
（7）峰-峰值雜音電壓：≤0.5%；
（8）穩(wěn)壓精度：≤±0.5%；
（9）溫度系數(shù)（1/℃）：≤±0.2‰。
六、技術(shù)鑒定、獲獎情況及應(yīng)用現(xiàn)狀
該技術(shù)及成套設(shè)備已通過信息產(chǎn)業(yè)郵電工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心檢驗。目前，高壓直流技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到了騰訊天津數(shù)據(jù)中心、深圳聯(lián)通坪山數(shù)據(jù)中心、中國電信寧波云數(shù)據(jù)中心等155個數(shù)據(jù)中心。其中深圳聯(lián)通坪山數(shù)據(jù)中心采用了60套中恒HVDC系統(tǒng)，最后的測試數(shù)據(jù)顯示整體PUE小于1.5�！� 采用”高壓直流（50%）+市電（50%）”的供電模式。采用這種供電方案后，市電側(cè)無中間轉(zhuǎn)換損耗，效率高達100%；高壓直流側(cè)可采用節(jié)能休眠模式，全負載范圍內(nèi)94%以上高效率。因此，綜合供電效率高達97%。
七、典型應(yīng)用案例
應(yīng)用單位：深圳聯(lián)通坪山數(shù)據(jù)中心
技術(shù)提供單位：杭州中恒電氣股份有限公司
節(jié)能改造情況：通過綜合采用各種技術(shù)，高壓直流+市電直供的供電方式、行級制冷和冷通道密封技術(shù)，空調(diào)系統(tǒng)變頻節(jié)能等技術(shù)，使氣流循環(huán)的路徑最短，節(jié)能10%以上。
建設(shè)規(guī)模：坪山數(shù)據(jù)中心項目集高壓直流、行級制冷、能效管理等于一體，機房微模塊分別標準化為18R模塊、12R模塊。
主要技改內(nèi)容：坪山數(shù)據(jù)中心項目集高壓直流、行級制冷、能效管理等于一體，機房微模塊分別標準化為18R模塊、12R模塊。18R模塊按照總體功率120kW，12R 微模塊按照總體功率80kW 計算。微模塊局部PUE1.07，30%負載率整體PUE1.5左右，90%負載率整體PUE1.4左右。騰訊市電直供加240V高壓直流備份方案：采用”高壓直流（50%）+市電（50%）”的供電模式。在保證可靠性的基礎(chǔ)上，坪山數(shù)據(jù)中心在負載達到三分之一的時候，PUE保持在1.5左右。采用這種供電方案后，市電側(cè)無中間轉(zhuǎn)換損耗，效率高達100%；高壓直流側(cè)可采用節(jié)能休眠模式，全負載范圍內(nèi)94%以上高效率。因此，綜合供電效率高達97%。
項目投資額：120萬元，年節(jié)能能力22 tce/a。
八、推廣前景及節(jié)能減排潛力
我國通信行業(yè)發(fā)展迅速，初步估算，國內(nèi)主要通信企業(yè)中國移動、中國電信、中國聯(lián)通現(xiàn)有UPS約10萬套，需要替換的老舊UPS設(shè)備約為20%，即2萬套，到”十二五”末期，UPS的新增需求量為22萬套，總共24萬套，項目推廣潛力巨大，預計未來五年，該技術(shù)的推廣率可達50%，總投入可達到4億元，形成的年節(jié)能能力約為198萬tce，年CO2減排約為598萬t。
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