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HVDC和UPS在通信中的应用
发布者: 发布时间:2011-08-16 阅读:374

来源:chinaaet   
  随着通信机房UPS供电系统的安全运行越来越受到业内人士的重视,同时也是维护人员最为担心的重要环节。通信行业数据机房一般采用UPS电源系统供电。部分通信运营商开始探索和分析通信设备采用HVDC供电的可行性,并取得阶段性成果。HVDC供电系统以低投资、高可靠性、低运营成本等优势逐步成为通信运营商机房一种新的供电模式。本文就通信运营商机房采用HVDC供电系统做了一些探讨分析。

  1UPS供电系统和-48Vdc系统存在的缺陷

  1.1UPS供电结构逆变器可靠性低

  UPS供电系统如图1所示,其可靠性模型见图2。

  众所周知,DC/AC是UPS中成本最高、可靠性最低的环节。根据当前设备可靠性水平,电池的可靠性Rb=0.99,而UPS中DC/AC的可靠性Ri=0.90,静态开关STS的可靠性Rs=0.99,根据图2可计算出UPS备用能源的供电可靠性:

  R=RbRiRs=0.99×0.90×0.99=0.88

  可见,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。

 

  1.2UPS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<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和负荷规划浪费,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之间不可能消除环流问题,还增加了UPS的无功损耗,降低了系统的可靠性。

  1.3UPS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。

  1.4-48Vdc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!如果仍然采用-48Vdc,由于供电电压低,与高压240Vdc(中国通信标准化协会《通信用240V直流供电系统技术要求》将240V确定为通信行业高压直流供电系统的标称电压值)相比,根据P=IU,同样的功率,其电流是240Vdc的240/48=5倍。

  对于同样功率大小,电压低时,电流增大。而对于电缆损耗P=I2R,同样的电缆(电缆线阻一样),线损与电流的平方成正比。为了达到同样的损耗水平,则需要大幅度增粗电缆线径。例如,100kW的功耗,当用48Vdc时,电流I1=100kW/48=2083A,当采用240Vdc时,电流则为:

  I2=100kW/240=416.6A

  粗电缆,成本增加;大电流,意味着发热量大,发热量大意味着需要更多的空调来制冷。

  2HVDC替代UPS的可行性分析

  2.1HVDC取代传统UPS的优势

  传统UPS供电原理图如图3所示。HVDC供电原理图如图4所示,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。通过HVDC供电方式的应用可以比采用UPS供电节约电能10%~20%。

 

  2.2投资建设成本分析

  由表1可见,投资建设100kW系统:应用HVDC电源系统比传统型UPS低66%。

  表1传统UPS和HVDC电源建设投资成本分析对比

 

  2.3占用机房面积分析

  由表2可见,100kW电源系统占用机房面积:HVDC电源比传统UPS少24.22%。

  表2传统型UPS和HVDC电源占用机房面积对比

 

  2.4运营成本分析

  由表3可见,100kW系统运营成本:HVDC电源系统比传统UPS低16.22%,年节省26.91万元。

  表3传统型UPS和HVDC电源运营成本分析对比

 

  2.5节能分析

  当前,节能减排的观念已经深入人心。而因为高压直流供电系统所具有的高效率,其在节能方面也会得到普遍认可。以一个10kW的数据设备为例,可以通过以下两组数据说明这一点。

  (1)传统UPS供电系统

  数据设备功耗:10kW;

  数据设备整流损耗(75%效率):3.33kW;

  UPS损耗(85%效率):2.35kW;

  UPS输入功耗即为15.69kW;

  若空调功耗取UPS输入功耗的0.4,其空调功耗为6.27kW;

  合计功耗:21.96kW;

  每年能耗:192376kWh。

  按0.8元/度计算电费,每年需153901元人民币的电费。

  (2)HVDC供电系统

  数据设备功耗:10kW;

  数据设备变换损耗(88%效率):1.36kW;

  高压开关整流设备损耗(93%效率):0.86kW;

  高压直流供电系统输入功耗:12.22kW;

  若空调功耗取高压直流供电系统输入功耗的0.4,

  其空调功耗为4.89kW;

  合计功耗:17.11kW;

  每年能耗:149853kWh。

  按0.8元/度计算电费,每年需119882元人民币的电费。

  从以上数据可以看出,每10kW的数据设备采用高压直流供电系统每年节约的电费约34018元人民币。

  所以说,HVDC供电系统是值得期待的一种节能供电方式。

  3HVDC与传统UPS供电方案优缺点比较

  HVDC与传统UPS供电方案的优缺点比较见表4。

  表4HVDC与传统UPS优劣比较

 

  4结束语

  HVDC供电方式将逐步成为通信运营商机房一种新的供电模式,有理由相信,HVDC供电系统必将为我国通信网络技术的发展发挥其应有的作用。

 
 

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