通信高壓直流電源工作原理
HVDC系統(tǒng)主要由交流配電單元、整流模塊、蓄電池、直流配電單元、電池管理單元、絕緣監(jiān)測單元及監(jiān)控模塊組成。正常工作情況下,整流模塊將交流配電源輸出的380V交流轉(zhuǎn)換成240V高壓直流,高壓直流經(jīng)直流配電單元給通訊設(shè)備供電,同時也給蓄電池充電。當(dāng)交流輸入發(fā)生故障時,直流由蓄電池給通訊設(shè)備供電。
通信高壓直流電源的特點(diǎn)
1、交流配電單元
交流配電單元是將兩路市電,經(jīng)自動或手動切換分配到各個整流模塊;并配有C、D兩極防雷保護(hù)系統(tǒng)。
2、整流模塊
整流模塊是系統(tǒng)的核心部分,它將交流變換成直流(AC/DC),給負(fù)載供電,同時對電池充電。
3、蓄電池
蓄電池是保證不間斷供電的關(guān)鍵,在交流停電時,由蓄電池給負(fù)載供電。
4、直流配電單元
直流配電單元是通過直流空開或熔斷器輸出到列頭柜,再由列頭柜輸出到各服務(wù)器,給服務(wù)器提供直流電源。
5、監(jiān)控模塊
監(jiān)控模塊是整個系統(tǒng)的“大腦”和“眼睛”,擔(dān)負(fù)著各單元實(shí)時運(yùn)行情況的監(jiān)測和處理的重任。
6、電池管理單元
電池管理單元可實(shí)時檢測每節(jié)電池的端電壓、電池組內(nèi)阻、電池組端電壓、充放電電流和溫度等參數(shù),并上送給監(jiān)控模塊,保證電池組隨時處在正常工作狀態(tài)。
7、絕緣監(jiān)測單元
絕緣監(jiān)測單元可對直流母線、輸出分路對大地的絕緣狀況經(jīng)行實(shí)時監(jiān)測,保證操作人員的人身安全。
通信高壓直流電源的優(yōu)點(diǎn)
(1)可靠性大幅提升
高壓直流供電技術(shù)引入的主要目的就在于提升系統(tǒng)的安全性。UPS系統(tǒng)本身僅并聯(lián)主機(jī)具有冗余備份,系統(tǒng)組件之間更多地是串聯(lián)關(guān)系,其可用性是各部分組件可靠性的連乘結(jié)果,總體可靠性低于單個組件的可靠性。反觀直流系統(tǒng),系統(tǒng)的并聯(lián)整流模塊、蓄電池組均構(gòu)成了冗余關(guān)系,不可靠性是各組件連乘結(jié)果,總體可靠性高于單個組件的可靠性。理論計(jì)算和運(yùn)行實(shí)踐都表明,直流系統(tǒng)的可靠性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于UPS系統(tǒng),一個例證就是大型直流系統(tǒng)癱瘓的事故基本沒有。
(2)效率大大提高
大量使用的UPS主機(jī)均為在線雙變換型,在負(fù)載率大于50%時,其轉(zhuǎn)換效率與開關(guān)電源相近。但一個不容忽視的現(xiàn)實(shí)是,為了保證UPS系統(tǒng)的可靠性,UPS主機(jī)均采用n+1(n=1、2、3)方式運(yùn)行,加之受后端負(fù)載輸入的諧波和波峰因數(shù)的影響,UPS主機(jī)并不能滿足運(yùn)行,通常UPS單機(jī)的設(shè)計(jì)最大穩(wěn)定運(yùn)行負(fù)載率僅為35~53%。而受后端設(shè)備虛提功耗和業(yè)務(wù)發(fā)展的影響,很多UPS系統(tǒng)通常在壽命中后期才能達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)載率,甚至根本不能達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)載率,UPS主機(jī)單機(jī)長期運(yùn)行在很低的負(fù)載率,其轉(zhuǎn)換效率通常為80%多,甚至更低。對于直流電源系統(tǒng)而言,因其采用模塊化結(jié)構(gòu),可根據(jù)輸出負(fù)載的大小,由監(jiān)控模塊、監(jiān)控系統(tǒng)或現(xiàn)場值守人員靈活控制模塊的開機(jī)運(yùn)行數(shù)量,使整流器模塊的負(fù)載率始終保持在較高的水平,從而使系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率保持在較高的水平。
(3)輸入?yún)?shù)大大改善
現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn),常用的12脈沖在線雙變換型UPS主機(jī),加裝11次濾波器后,其輸入功率因數(shù)通常在0.8~0.9,最大僅為0.95,輸入電流諧波含量通常在7.5%左右。
與此對應(yīng),由于PFC電路的應(yīng)用,額定工況下,開關(guān)整流器模塊的輸入功率因數(shù)通常都在0.99以上,輸入電流諧波含量通常在5%以下。
輸入?yún)?shù)的改善的直接效果是,前端設(shè)備的容量可以大大降低,前端低壓配電柜可以不再配置電抗器,從而也可以降低補(bǔ)償電容的耐壓要求。
(4)帶載能力大大提高
UPS系統(tǒng)帶載能力受兩個因素的制約,一是負(fù)載的功率因數(shù),以國內(nèi)某大型UPS廠商的某型主機(jī)為例,在輸出功率因數(shù)為0.5(容性)時,其最大允許負(fù)載率僅為50%;二是負(fù)載的電流峰值系數(shù),通常UPS主機(jī)的設(shè)計(jì)波峰因數(shù)為3,如果負(fù)載的電流峰值系數(shù)大于3,則UPS主機(jī)將降容使用。
對于直流系統(tǒng)而言,不存在功率因數(shù)的問題;因其并聯(lián)了內(nèi)阻極低的大容量蓄電池組,加之整流器模塊有大量的富余(充電和備用),其負(fù)載高電流峰值系數(shù)的負(fù)荷能力很強(qiáng),不需專門考慮安全富余容量。
(5)割接改造更為方便
對于采用UPS供電的設(shè)備來說,除非其采用雙電源(或四電源、六電源),或?qū)iT配置有STS設(shè)備,否則通常只能采用停電方式割接。對于重要系統(tǒng)來說,這是難以忍受的,更為麻煩的是,一些沒有廠家支撐的老型設(shè)備,很有可能在停機(jī)不能重啟的現(xiàn)象。
直流電源只要做到輸出電壓和極性相同即可連接到一起,從而實(shí)現(xiàn)不停電割接,而這是非常容易做到的。
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