HVDC系统产品说明.doc

浙江中碳科技有限公司 通信用HVDC高压直流文档编号版本密级共 9页A01公开通信用HVDC高压直流系列产品说明拟制: 徐剑昌 日期: 2010-12-27审核： 日期：审核： 日期：应用背景 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，电信网络设备采用的是-48V直流电源供电；数据通信设备采用380/220V交流UPS供电。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。现有通信配电系统的主要问题：（1） 交流UPS供电系统 在通信电源中的UPS主要采用双变换式UPS。从UPS输入到通信设备的整个供电系统中电力变换次数多，每次变换都有能量损耗，导致系统效率低。此外，为了提高可用度，一般采用N+1并联冗余或2N和2N+1双母线系统，从而导致UPS的系统效率将会从满载时的90%下降到80%或更低。此外，交流UPS系统存在单点故障，可靠性和可用性较低。 （2）-48V直流供电系统-48V直流供电系统采用分散供电，一般来说从可靠性和系统效率没有太大问题，但与HVDC相比，负荷很大时，其系统效率偏低。为了提高供电系统的效率和可靠性，提出了可以替代这两种供电系统的通信高压直流供电系统（HVDC）。HVDC高压直流对IT设备（IP设备）供电比220V交流UPS供电具有较大的优越性，主要体现在以下几个方面：1） 设备运行稳定。直流供电比交流供电IT设备的电源模块运行的寿命将会延长。另一方面，直流供电系统可维护性强，操作简单，本身供电可靠性比UPS系统可靠性提高一个数量级。2） 节能效果显著。从改造的UPS系统安装计量表测试结果显示，每套系统均节能20%30%以上。3） 建设投资节省。通过新建IT系统配套电源投资比较，采用240V直流供电系统比新建UPS系统投资将会减少40%以上。随着传统通信设备的不断退网，转型业务、增值业务等数据通信比重逐步增大，按照现在的设备供电模式，需要新建大量的UPS系统，如今后全部建设240V直流供电系统，每年节省的资金非常可观。同时，直流供电系统技术相对更成熟，所以系统的安全性更高。中碳科技中碳科技作为电信运营商的战略合作伙伴，专业致力于能源与环境领域的技术研发，设备研发，为IDC机房提供新的不间断低能耗的供电和环境系统一体的集成解决方案。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。中碳科技开发出了适应绿色数据中心的供电系统通信用HVDC高压直流电源系统。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。HVDC工作原理高压直流供电系统由多个并联冗余整流器和蓄电池组成。正常情况下，整流器将380V交流电源变换成240V或以上高压直流电源，再通过高压直流配电设备供给通信设备，同时给蓄电池充电。当交流输入电源故障时，由蓄电池放电为通信设备提供可靠的直流电源。高压直流系统由交直流配电部分、整流模块、监控模块、蓄电池组组成。HVDC典型配电结构一 单系统单路供电配置:整流屏（1个）+ 电池屏（1个）+ 列头柜（至少1个）+ 总输出屏（可选）。二 单系统双路供电配置:整流屏（1个）+ 电池屏（1个）+ 列头柜（至少1个）+ 总输出屏（可选）。双路供电时，两路直流可以在同一个列头柜中，此时的支路一般分成左右两部分（A路和B路），也可设计为不同的列头柜中，一柜一路。三 双系统双路供电配置:整流屏（1或2个）+ 电池屏（2个）+总输出屏（可选） + 列头柜（1或多个）。根据系统容量和采用模块型号的不同，2个直流系统可以在同一个屏内，也可以在不同的屏内。两路配置可以在同一猎头柜上，也可以在不同的列头柜上。HVDC系列产品产品组成 交流双路输入单元 整流模块 直流配电 蓄电池组 系统主监控 电池管理单元 绝缘监测单元 开关量监测单元 组成功能交流输入单元 两路交流（2路市电或其中1路发电机）接入，分配到各个开关电源模块上。并配有C、D两级防雷保护系统。同时配有交流监控单元，实时监测交流进线的状况，并将异常故障上送给系统主监控处理。整流模块 将输入交流变换成直流输出(AC/DC),通过直流配电给负载设备供电，同时也给蓄电池充电。直流配电 根据系统容量和配置的情况，直流配电有总输出屏和猎头柜。 总输出屏连接到整流屏上，通过铜排和大容量的直流空开或熔断器分出多路总支路，然后连接到列头柜上去。并对总支路进行绝缘监测。列头柜通过小容量（一般是小于10A）空开输出到具体的设备。同时也对每一支路进行绝缘监测。蓄电池组 当交流输入停电时，蓄电池组给设备短暂不间断供电。 蓄电池选择：2V-120节，6V-40节，12V-20节。系统主监控 主监控是HVDC系统的控制中心，系统参数设置于运行管理，以及与各个监控子单元的通讯与控制。同时也是机房动环的接口。电池管理单元 采集蓄电池组的单体电池电压以及端电压，将数据发送至主监控，配合系统主监控对蓄电池进行自动充放电管理。绝缘监测单元 HVDC采用的是浮地系统，需要对正负母线进行绝缘监测，反映母线对大地绝缘的状况。绝缘监测单元通过正负母线对地电压能够监测母线对地绝缘状况，并计算出阻值大小。如果配合漏电流传感器能够定为支路，并计算支路的绝缘情况。开关量监测单元 开关量监测单元能够监测支路空开或熔断器的闭合断开情况，并且根据支路设置进行支路告警。 系统指标项目指标输入电压双路供电380V30% （三相四线+地线）。输入频率50HZ5HZ。输出电压240V标称电压输出（216V312V可调输出）。输出电流20A1200A。（根据系统设计容量）。效 率 95 %。蓄电池组1组4组(根据容量配置)。温度范围工作：-10+40，存储：-40+70。相对湿度工作：90%（402）存储：95%（402）海拔高度 2000米。 整流模块（ZT230T系列）整流模块采用的是智能型高频开关电源，是专为HVDC系统设计的，具有“四遥”功能的高频开关电源，模块采用世界领先的“谐振电压型双环控制的谐振开关电源技术”，具有体积小、重量轻、效率高、可靠性高等优点。配有标准RS-485接口，易于与自动化系统对接。模块主要特点:效率高，模块效率可达到95%96%。重量轻，体积小（40A：410303136mm）。采用“三相无源功率因数校正电路”，输入无中线，功率因数可达0.94。采用隔离自主均流，并机不均流度3%，可保证二十台以上模块良好并机运行。模块内置直流输出隔离二极管，用户无需外设。风冷模块风扇为简易更换模式，无需拆装机壳就可快速更换。模块具有 RS-485接口，方便接入自动化系统进行通信。模块为 LED 数码管显示，分别设置显示切换按钮、手动调压按钮、拨码开关，操作简单。输出过压保护：内置过压保护电路，出现过压后模块自动锁死，模块故障指示灯亮，故障模块自动退出工作，不影响整个系统正常运行；过压保护点：220V模块为320V5%。输出限流保护：每个模块输出电流最大限制为额定输出电流的1.05 倍。短路保护：采用回缩下垂限流方式，模块电流输出特性如图1-1，输出短路时模块在瞬间把输出电压拉低到零，限制短路电流在额定输出电流的15以下。模块可长期工作在短路状态，不会损坏，排除故障后模块可自动恢复工作。模块技术参数 监控系统HVDC的监控系统采用的是3级分布式设计，第一级：信息采集单元（包括交流采样单元，开关量采集单元，漏电流传感器，电池采样模块等），第二级：信息处理单元（包括绝缘监测单元，电池管理单元），第三级：系统主监控。系统采用分布式设计将系统的采集与处理分开来，将采集的数据以数字的形式传送到上一层，这样就避免了底层信号在传输过程中产生的干扰。同时这种设计极大地方便了系统的改造，用户只需要增减相应的采集模块和处理单元即可。监控系统的主要功能:交流输入监测、整流模块管理、直流输出监测、蓄电池组管理、母线绝缘监测、开关量检测、四遥功能（遥测、遥信、遥调、遥控）。交流输入监测 主要实时监测交流输入的电压和电流，当交流输入的任一一项电压大于或小于设定值或任一一项电流值超过设定值，交流检测单元向主监控发出“交流输入异常”的告警，系统进入非节能运行状态，最大程度地保证系统的稳定性。整流模块管理（休眠技术） 主要是对模块电压调节，输出限流控制和模块休眠控制。 为配合蓄电池组管理的充放电，需要对模块的输出电压和输出电流进行调节。模块休眠控制即高频开关整流器休眠技术: 电源系统根据负载电流大小，自动调整工作功率模块的数量，使系统在该工况下达到最佳效率点并保证各模块同步老化的技术，包括功率模块的休眠和监控模块对功率模块的冗余及循环开关机控制两部分。为了让提高电源系统的运行效率，系统根据实际的负载使用情况和系统最佳工作点情况，调节模块工作状态，使某些模块处于休眠状态，达到损耗最低，一旦负载增加，则由监控模块将其唤醒进入工作状态。为使所有的整流模块同步老化，延长电源使用寿命，监控模块统计每个整流模块的运行时间，按一定的时间间隔将某些运行时间最短并处于休眠中的模块唤醒工作，同时将运行时间最长的模块进入休眠状态，从而达到所有整流模块使用时间基本同步，延长电源设备使用寿命。（当系统出现功率模块故障、控制器失效、市电异常、电池均充等情况时，系统应自动取消功率休眠功能；当异常情况消失，系统处于浮充状态时，再启动模块休眠功能，从而保证系统的安全稳定运行。）直流输出监测 实时监测母线电压和电流，当输出电压电流高于系统设定值（直流输出过压值或过流值），系统发出告警。同时也监测各个总支路的输出电流，当高于各个支路的设定值，根据告警设置是否要发出告警。蓄电池组管理 在线监测蓄电池组的单体电池电压，端电压和内阻，能够识别单体电压最高的电池和内阻最高的电池，当超出设定值时发出报警。能够根据设定值自动或手动充放电转换，当进入均充的时候能对蓄电池组限流充电，以免蓄电池过充。能根据蓄电池环境温度，对系统的浮充电压进行温度补偿。根据充放电时间能对蓄电池组的剩余容量进行估计，以数据或可视化图形直观地表示出来。母线绝缘监测 母线对地绝缘良好时，正负母线对地电压时平衡的，当有一极发生接地时，正负母线对地电压就发生偏离不平衡了，通过通过“双投切”技术来测得接地电阻的大小，并确定哪一极发生接地。当正负母线同时接地时，也能通过“双投切”技术测得正负母线接地电阻的大小。输出支路上加上漏电流传感器和绝缘监测单元后，能对N支路（理论上是无穷大）同时进行绝缘监测，包括支路正负同时接地的情况，并确定哪些支路为接地。开关量检测 系统能够检测各个空开或短路器的通断状态。根据系统对空开的设置情况，对空开或短路器的通断变化作出告警。四遥功能 遥测：输入电压，输入电流，输入频率；整流模块输出电压，每个整流模块输出电流； 输出电压，总负载电流，主要分路电流，蓄电池充、放电电流。遥信：输入过压/欠压，缺相，输入过流，频率过高/过低，断路 器/开关状态。每个整流模块工作状态（开/关机，限流/不限流），故障/正常；输出电压过压/欠压，蓄电池熔丝状态，均/浮充/测试，主要分路熔丝/开关状态。遥调：各类系统设置参数。遥控：开/关机，均/浮充/测试。 ZTPM系列监控ZTPM系列监控器是我公司专为HVDC系统开发设计的，该系列监控器分为按键式（STM32）和触摸式（Linux系统）两个版本。主要特点:良好的人机界面，配置点阵LCD（按键式）和彩色大屏幕LCD（触摸式），可实时显示整个系统的工作状