[實用新型]高壓直流供電系統

有效

• 申請號: 201320007104.6
• 申請日: 2013-01-06
• 公開（公告）號: CN203104085U
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: 沈亞斌
• 申請（專利權）人: 浙江中碳科技有限公司
• 主分類號: H02J9/04
• 分類號: H02J9/04;H02M1/10
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 湯時達;吳輝輝

本實用新型涉及電源與不間斷電源供電技術，特別是指一種高壓直流電源和直流供電配電系統。

隨著金融、證券交易中心、海關、政府等單位業務的不斷推進，傳統業務與支撐傳統業務的相關用電設備的不斷萎縮，隨之帶來的是數據業務與新型相關設備的快速膨脹。而給這些設備供電的電源仍然采用傳統的交流不間斷電源系統（UPS）供電。隨著轉型業務與增值業務量的快速增長，交流UPS供電的模式在這些單位系統中安全性、可靠性和經濟性等方面的問題越來越嚴重，主要體現在以下幾方面：

????能耗高。由于交流UPS中采用了逆變器，蓄電池組接在逆變器前級，電源轉換環節多，這就導致效率很低。為保證設備用電的安全可靠性，目前在交流UPS電源系統中，基本上采用1+1并機冗余備份系統或2+1并機冗余備份系統，這就使得系統效率進一步降低。由于UPS是一個整體設備，考慮到后期發展規劃，機房建設初期，UPS系統建設就必須一次到位，但實際使用中業務的發展是一個漸進的過程，這就使得UPS的平均使用效率更低。綜合上述原因，交流UPS系統的平均使用效率一般只有50%。??

????安全可靠性低。交流UPS電源系統中，就單臺設備而言，通過冗余技術可以使其UPS供電的可靠性大為提高，但就整個UPS供電系統而言，有很多不可備份的系統單點故障點，比如同步并機板、靜態開關、輸出切換開關等，這些單點故障點，都可能導致整個供電系統“停電”癱瘓。另外，蓄電池組接在逆變器前級，一旦逆變器出現故障，就能導致整個供電系統“停電”癱瘓。

????在線維護、擴容難度大。由于交流UPS擴容涉及到交流電的頻率、電壓、相序、相位、波形等同步的問題，不像直流系統中擴容只關注電壓一個參數。所以交流UPS每一次在線擴容都是一次艱巨的風險操作，甚至可能因為UPS制造商自身產品升級更新換代使得UPS擴容不可能，導致UPS設備單臺故障時無法替換。

????建設投資成本大。隨著業務的增長與新型相關設備的快速膨脹，按照現有的設備供電模式，每年需要建設大量的新的交流UPS系統。投資建設成本很大，尤其是涉及核心網絡、重要業務平臺、VIP客戶業務等重要場景，從保障安全角度出發，往往選用進口UPS系統，這就使得建設成本進一步加大。

????我國早在20世紀90年代計算機電源全面實現了開關電源化，率先完成計算機電源更新換代。進入90年代以來開關電源已廣泛應用在各種電子、電器設備、程控交換機、通訊、電力檢測設備電源和控制設備電源之中。現在大多數設備內部都有一個開關電源，當輸入為交流電時，整流橋導通方向是交替變化的，經整流后變換成一個波動的高壓直流電，然后再經過DC/DC電路變化降壓成CPU、LED和各類電子元器件能正常工作的低壓直流電。當輸入為高壓直流電時，整流橋是單邊導通的，而且導通方向不變，此時在整流橋后端得到一個穩定的高壓直流電，在經過DC/DC電路變化降壓成CPU、LED和各類電子元器件能正常工作的低壓直流電。因此只要給開關電源輸入一個合適的直流電壓，開關電源完全能夠正常工作。

???我們知道當交流電為220V時，其實際峰值電壓有311V，這就要求元器件的耐壓等級都要高于峰值電壓。所以我們選擇的270V的直流電壓低于交流電工作時的最高電壓，有利于元器件的耐壓安全性和可靠性。

???當輸入為交流220V時，其等效直流電壓是220V（考慮功率因數時更低）。用電設備的功率恒定時，根據歐姆定律，電壓升高，電流下降。當輸入270V的直流電時，電壓升高了，電流減小為交流的0.81倍。根據熱量計算公式：Q1＝K×I2×R×T，假設開關電源的輸入電阻R不變，開關電源的發熱量在270V直流輸入時為：Q2＝K×0.81I×0.81I×R×T＝0.656Q1.其中K為熱量轉化系數，T為單位時間。由計算結果得知，開關電源長時間工作時整流二極管R不變，在直流輸入工作時產生的熱量大約是交流輸入工作時產生熱量的1/2左右。而在實際應用中，根據二極管的伏安特性，整流二極管在直流輸入時的等效電阻遠小于交流輸入時的等效電阻R。所以，開關電源在實際工作時產生的發熱量遠不到交流輸入時的1/2。

因此，對現有的開關電源，高壓直流供電在節能、提高效率及提高安全可靠性方面確實比交流供電要好。

???近年來，隨著科技技術的不斷發展，各種新型精密用電設備得到了廣泛應用，對于電源的安全及可靠性提出了更高的要求。隨著電源和供電技術的發展，出現了新型的高壓直流供電系統。新型高壓直流供電系統與傳統的UPS供電相比較，在安全可靠性，節能率，可維護性和建設成本等方面具有明顯的優勢，并且已經在數據中心中推廣使用高壓直流供電系統，替代傳統的UPS供電。