刘希禹
　　
　　(中讯邮电咨询设计院,河南郑州450007)
　　
　　摘要:在当前节能减排的严峻形势下,建设节能、可靠的通信供电系统已成为电信运营商关注的焦点。通过国内外演示工程的试验结果表明,通信用高压直流(HVDC)供电系统是高效节能的供电系统,文中阐述通信HVDC供电系统的概念、系统设计和高压直流电压等级的选择方法等。

　　通信供电系统必须能稳定、可靠、安全地供电,确保在任何情况下通信设备不断电。通信供电系统结构应非常完善,必须由主用电源和备用电源组成。在正常情况下,市电电源经过适当的变换和调节,为通信设备提供稳定可靠的电源;市电电源故障时或电源变换和调节设备发生故障时,先由短时间备用电源供电(由储能装置直接供电或经电力变换装置供电),当市电长时间故障时,自备发电机组启动供电。
　　
　　根据供电到通信设备电源输入端的电源电压的种类,可分为交流供电系统和直流供电系统。目前,电信网络设备采用-48V直流电源供电;数据通信设备采用380/220V交流UPS供电。电信和数据设备采用不同的供电系统是由历史原因形成的,或者说由于电源设计者的设计观点和设计方法的不同所致,应该说两者都有其优点和不足之处。-48V直流电源系统的高频整流模块一般按“N+1”冗余方式配置,采用分散供电方式;蓄电池备用容量一般按1～3小时放电配置。380/220V交流UPS采用“N+1”并联冗余或2N、2“N+1”双母线供电电路。一般来说,-48V直流电源和380/220V交流UPS可以很好地分别满足电信设备和数据设备的要求。
　　
　　然而,随着信息技术的发展和数据业务的迅速扩大,以上两种传统的通信供电系统在可靠性、设备成本、运行效率等方面均暴露出一些问题,需要由一个先进的供电系统取代。
　　
　　而供电系统的高效率对于局站节能是至关重要的。在当前节能减排的严峻形势下,建设节能、可靠的通信供电系统已成为电信运营商关注的焦点。
　　
　　近年来,国际通信电源行业普遍认为电信和数据设备可靠高效的供电系统是“高压直流供电系统(HVDC)”(也称为DCUPS)。
　　
　　通信HVDC供电系统的试验研究已有10多年历史,国际电信能源机构一直高度关注通信HVDC供电系统的发展和应用。国际电信能源会议(INTELEC)是一年一度的国际电信能源的顶级会议,是通信电源技术发展现状和发展动向权威信息的重要来源。从历年来INTELEC会议的内容可以断定通信HVDC供电系统是当前通信供电系统的发展趋势。
　　
　　1  通信供电系统的现状和存在的问题
　　
　　1.1通信局站供电系统的整体结构
　　
　　通信局站供电系统是对局站内各种通信设备及建筑负荷等提供用电的设备和系统的总称。供电系统由交流供电系统、直流供电系统组成。目前我国不同局站采用不同的供电系统,根据直流供电系统的结构,分为集中供电方式供电系统和分散供电方式供电系统。集中供电方式是指局站内采用一个直流电源系统对所有的通信设备供电,分散供电方式是指一个局站内采用多个直流电源系统分别对不同的通信设备供电。比较大的通信局站均采用分散供电方式供电系统。
　　
　　图1是典型的分散供电方式供电系统方框图,其中交流供电系统由专用变电站、市电/自备发电机组转换屏、低压配电屏、交流配电屏以及自备发电机组组成。移动电站可提供应急用电。直流供电系统由整流设备、蓄电池和直流配电设备组成。直流供电系统向各种通信设备提供直流电源。交流UPS对通信设备及其附属设备提供不间断的交流电源。
　　
　　1.2国际通信电源供电系统现状
　　
　　(1)交流(AC)配电
　　
　　①美国的交流配电系统
　　
　　在美国,中压市电电源(MV)在变压器降压至480VAC(见图2),然后输入到双变换UPS,UPS输出的480VAC电源供给配电单元(PDU),在PDU中再降压至208V,这个降压是必要的,因为服务器中的电源单元(PSU)可接受的输入电压范围是90～264V,480V配电系统的相线对零线的电压为277V,这超过了PSU的电压输入范围。
　　
　　UPS的输入和输出有隔离变压器。在每个服务器电源单元(PSU)中,AC/DC变换器将交流电压变换为380～410V的直流电压,这个直流电压再由隔离的DC/DC变换器降低到一个安全的很低的直流电压(SELV),典型值为12V或48V。假设是12VDC,可给硬盘、服务器风扇供电,而其他负载,例如微处理器和存储器,则需要电压调节器(VR)进一步降压。
　　
　　常规的480V电源系统采用典型的元件时,电源变换的总效率(定义为负载功率与UPS输入功率的比值)大约为50%。当采用高效率元件时,效率可以达到70%。
　　
　　②欧洲的交流配电系统
　　
　　在欧洲,不需要PDU降压,因为大楼进线电压是400VAC,这可以产生230VAC的相-零电压,此电压在PSU的输入电压范围内。此供电系统效率较高,配电系统结构如图3所示。
　　
　　③我国的交流配电系统
　　
　　我国的交流配电与欧洲的交流配电基本相同(见图3),不同的是我国采用380V交流电压,输入到机架的电源是220V。
　　
　　④减少UPS损耗的交流配电系统
　　
　　为了减少UPS的损耗,可以采用特殊的UPS,避免进行双变换。例如,双变换UPS一般可以通过旁路供电(例如ESS技术),仅在市电故障时才转到双变换UPS。另一个例子是采用Delta变换UPS,如图4所示。
　　
　　这些UPS虽然提供了很高的效率,对于具体的应用场合,还应考虑市电线路干扰的隔离能否满足需要。
　　
　　(2)直流(DC)配电
　　
　　①-48V直流配电
　　
　　全世界各国的电信网络设备全部采用-48V直流供电系统(见图5)。-48V直流供电到通信设备电源输入端。这是安全特低电压(SELV)供电,也称为设备级-48V直流供电系统。与交流UPS供电系统相比,由于不用逆变器(DC/AC变换)、PSU中的AC/DC变换器以及PDU中变压器,系统效率较高。因为电路简单,可靠性也比较高。
　　
　　【红尘有你】