時間：2023-03-13 11:25:22
序論：在您撰寫高壓直流供電時，參考他人的優秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發您的創作熱情，引導您走向新的創作高度。
關鍵詞：低壓直流；高壓轉換；方法途徑；自舉升壓
High Voltage Direct-current in Low-voltage Direct-current
WEI Bingguo
(Puyang Technical College,Puyang,457000,Chinaオ
Abstract：Because of some circuit node need higher voltage what supplied in the low voltage direct-current circuit,so the source power voltage should be transformed into a higher voltage.There are three general methods,such as bootstrap-boost-voltage,inductance-boost-voltage and inverter-boost-voltage.From choicing components to boost-voltage principle and outcome which are carried on particularly analysised in the paper,and it provids a key to the important problem,what to product higher voltage in low voltage direct-current.this would be give some inspiration to electric circuit designer,although it can beneficial to optimizing circuit or choicing components.
eywords：low-voltage direct-current;high voltage convert;methods;bootstrap-boost-voltageオ
在低壓直流供電線路特別是電子電路中，電路的絕大部分使用由電源提供的低壓，但在線路的某一個部分或某幾個部位，需要供高于電源的直流電壓，若將整個線路的供電電壓提高，既要重新更換或設計電源，又會給整個電路的部件提出更高耐壓的要求：若不提高電源電壓，需要高電壓的電路部分又不能正常工作，本文就基于整個供電電路的低壓電源，在某些部分產生較高的直流電壓常采用的方法，通過一些具體實例做闡述總結。
【關鍵詞】低壓直流；柔性直流輸電；超高壓直流
目前直流電在我國電力系統應用有低壓直流、柔性直流輸電和超高壓直流輸電。低壓直流主要用于發電廠和變電站的二次回路中，柔性直流輸電正應用于智能電網，而超高壓直流用于遠距離電能輸送或系統聯網。低壓直流也廣泛應用于電子計算機電路中。
1. 學習直流電路的重要性
直流電路，是電類專業的非常重要的專業基礎課程學習內容，教師學習和探討的深度關系到學生專業課程的學習探討的深度，學生學習的探討的深度關系到學生未來的發展，也關系到學生職業的發展。
直流電路部分的學習，為學生后續的電子技術基礎、電機學、電力拖動、電氣自動控制、PLC、檢測、電氣設備、電力系統分析、供用電系統、供用電設備、繼電保護、高電壓技術、等等課程的學習至關重要。特別是在電力系統中控制和保護二次回路以及其他電氣二次控制幾乎采用直流電源。隨著電力系統的發展，隨著新能源的發展，輸電系統采用“柔性直流輸電”和超高壓直流輸電越來越多，這就要求我們要相當重視這一方面的研究。
2.低壓直流在電子領域的應用
直流廣泛用于電子電路、計算機等電路。電子電路、通信電路、計算機電路等所用直流一般是幾伏或幾十伏。如直流在晶體管放大電路中它主要作為集電極和基極的工作電源。機床控制電路也廣泛應用直流。直流電的基礎知識是電氣類專業和機電類專業的學生學習專業課的基礎。教學中重視直流電教學是提高教學質量和學生質量的關鍵。
3.直流在電力系統中的應用
3.1直流在二次回路中的應用
傳統的電力系統繼電保護、控制回路、信號回路等二次回路中，廣泛應用著直流電，它們所用直流電源電壓一般是220V。隨著電力系統自動化水平的提高，在微機保護裝置和微機自動裝置電路中所用直流電壓一般是幾毫伏、幾伏或幾十伏電壓。低壓直流還作為廠站應急電源。
3.2在柔性直流輸電的應用
“柔性”直流輸電是采用先進的大功率電力電子器件組成的電壓源換流器（VSC），其換流器采用IGBT絕緣柵雙極型晶體管，它可以依據電網需要，靈活快捷地改變電能輸送的大小和方向，并提供更優質的電能質量。多端柔性直流輸電系統模塊化多電平（MMC）技術，可靈活接入多個站點的風能、太陽能、地熱能、小水電等清潔能源，通過一個大容量、長距離的電力傳輸通道，到達多個城市的負荷中心。這為新能源并網、大型城市供電以及孤島供電等場合提供了一種有效的解決方案。
1997年世界上第一條柔性直流輸電工程投運，目前國外有瑞典的Hellsjon工程、Gotland Light工程和美國的Eagle Pass、Cross - Sound Cable工程、丹麥的Tjaereborg工程等，到目前，世界上已經投運的柔性直流輸電工程有11條。
我國是從2006年開始研究，2011年上海南匯柔性直流輸電工程投運，其電壓±30kV，輸出電流300A，輸出功率18MVA。國家電網公司是繼ABB、西門子之后全球第三個掌握該項技術的公司。2013.12.25南方電網的南澳風電場多端（四端）柔性直流輸電工程建成，電壓±160kV ，傳輸功率200MVAV，三個換流站的容量分別是5萬千瓦、10萬千瓦和20萬千瓦，未來島上還將建設一座接納海上風電的換流站。目前我國在建的有舟山工程多端（五端）柔性直流輸電工程，電壓±200kV。
有專家形象地說：“柔性直流輸電技術就像在川流不息的江河上建造一個水庫，既能接收上游河道的來水，又可以很從容的控制下游水的流量?！比嵝灾绷鬏旊娂夹g對新能源的并網，如出力不斷變化的風電并網是目前最合適的，它重點解決了風電場間歇式電源的并網問題，是國際公認的最具有技術優勢的風電場并網方案。柔性直流輸電技術是海上風電并網的唯一方式，特別適用于海上孤島供電等偏遠地區。柔性直流輸電技術柔性直流輸電可以大幅改善大規模風電場并網的性能，保障新能源發電的迅速發展。
柔性直流輸電最大優點是能夠快速靈活的調節其輸出的有功功率和無功功率，可以獨立的控制其輸出電壓的幅值、相位；柔性直流輸電啟動時不需要本地電源支撐；柔性直流輸電具有良好的電網故障后的快速恢復控制能力，可以作為系統恢復電源。
3.3 超高壓特高壓直流輸電
當需要大功率遠距離輸送電能，兩大電網聯網又遇到聯網的穩定性問題時，需要用超高壓或特高壓直流聯網。直流輸電有其優越性：無系統穩定問題，在同輸送容量下，直流輸電比交流輸電更經濟，直流輸電的線路投資是交流輸電的1/3。當輸電距離大于等價距離時，宜采用直流輸電，反之采用交流輸電。直流輸電電暈干擾??；線路不存在電容電流，沿線路電壓分布均勻，不需要無功補償；調節快速，運行可靠。超高壓直流特高壓直流通過晶閘管換流器能快速調節有功功率，實現“潮流翻轉”（功率流動的方向的改變）；當發生短路時，直流系統的“定電流控制”將迅速的短路電流控制在額定功率附近，短路電流不應互聯二惡增大。其缺點是換流站造價較高，換流站會產生諧波。
我國最早的超高壓直流輸電是1990年建成的葛洲壩至上海的500kV超高壓直流輸電，后來相繼建設了四川向家壩至上海的800kV直流輸電工程和云南天生橋至廣州的800kV直流輸電工程。
三峽電廠的建設，使全國大部分地區電力系統得到了聯網，實現了西電東送。三峽電廠輸出工程主要有三個通道，中通道500kV交流向鄂豫間兩回，鄂湘間兩回，鄂贛間一回供電。東通道500kV直流向上海兩回輸電和500kV交流一回配套供電。南通道500kV直流向廣東惠州供電。
4.結論
直流電廣泛應用于用戶端，應用于各行各業，應用于電子產品、計算機產品、通信網絡系統、工廠設備、企事業單位。直流電廣泛應用于電力系統中的低壓直流系統、柔性直流輸電和超高壓直流輸電?！峨娐贰氛n程的學習是直流供電系統學習的基礎。
參考文獻：
[1]上海南匯風電場柔性直流輸電工程25日正式投入運行，2011年7月26 上海政務網.
關鍵詞：低壓直流供電；柔性直流輸電；超高壓直流輸電；
1、低壓直流供電
1、1低壓直流供電系統結構
為了能夠滿足電力系統的要求，即在孤島和接入電網的狀態下正常運行、連續供電性、電壓穩定行、可擴展性等，在符合現行規范標準的前提下，提出了低壓直流供電系統的結構，如圖1所示[1]。
直流供電系統結構中AC/DC裝置是由兩個電源型整流器通過并聯方式構成的，這兩個整流器都采用了脈寬調制的控制方法，并配備了絕緣柵雙極型晶體管，調節電壓并穩定在正常需求水平上，同時也能降低交流系統中諧波的流入，其目的是為了提高系統的可靠性，使系統能夠在孤島模式下進行工作。分布式發電設備通過電源型整流器來實現與直流系統的連接，這種方法比較簡單，穩定性比較好，能夠保證供電的連續性。
1、2低壓直流供電系統的質量可靠性
電力的穩定性和質量是用戶比較關注的重點，其中電能質量對敏感類負載的影響較大，可靠性對應急負載的影響較大，數據類和商業類的負載對于二者都有較高的要求。因此使用直流供電能夠有效的提高電能質量，并能進一步的提高供電的可靠性，減低損耗，減少成本，提高經濟效益。
電力電子器件會影響供電的可靠性，而元件的故障率受負載和溫度的影響比較大，因此低壓直流供電系統中的電力電子器件需要能夠承受一定的負載，并且對溫度的波動有較好的的適應性[2]。
1、3低壓直流供電系統的保護和控制
在低壓直流供電系統中使用了較多的熔斷器和斷路器，當出現過載情況和短路的時候，系統能夠自動的切斷電源，保護了系統的運行安全。同時在直流系統降低電壓的時候也可以應用交流斷路器，但要注意的是需要重新的研究保護整定方法。在低壓系統中比較容易出現就地故障，剩余電流保護裝置雖對交流系統有較好的的保護作用，但是因為工作原理而無法直接用在直流系統中，所以需要另行設計。
低壓直流供電系統的控制結構如圖2所示，該系統能夠有效的緩解各設備控制器之間的沖突，并減小瞬變狀態對供電連續性和質量的不良影響。該控制系統的基礎是電流控制，能夠針對設計的閾值以及用戶的指令來作出相應的反應，可通過對電流的控制來完成電壓的穩定控制。
2、柔性直流輸電
2、1柔性直流輸電換流器技術
柔性直流輸電換流器根據橋臂等效特性將換流器分為可控電源型和可控開關型，可控電源型換流器的各個橋臂中分散著儲能電容，因此可以通過對橋臂等效電壓的改變來實現交流側輸出電壓的變化[3]。比較典型的代表就是模塊化多電平換流器，可通過改變橋臂內串聯子模塊個數來完成等效電壓的改變，根據子模塊的類型可分為鉗位雙子模塊型、全橋型、半橋型等；級聯兩電平換流器也屬于可控電源換流器，它是由半橋電路級聯而成的。模塊化多電平換流器具有無需濾波裝置、模塊化設計、開關頻率應力低、諧波含量少、電壓畸變率低等優點。但是缺點也比較明顯，因為串聯的子模塊很多，所以增加了系統處理的數據量，加大了對控制系統的要求，并且無法在直流出現故障的時候對交流進行隔離，使得安全性不高。
可控開關型換流器可以通過相應的脈寬調制技術來控制橋臂的斷通，但是因為橋臂存在大量的串聯開關器件，所以需要注意因開關通斷引起的動態靜態均壓問題。兩電平換流器的運行控制和拓撲結構都比較簡單，但是交直流側含有大量的諧波，需要加裝濾波器，同時開關頻率也比較高，使得換流器的損耗比較大；三電平換流器的開關頻率比較低，諧波含量比較少，但是結構卻比較復雜，經濟性不好，可靠性不高。
2、2柔性直流輸電控制和保護
柔性直流換流站級控制系統可以滿足系統正常的啟停操作和穩態的功率調節，包括無功和有功兩類控制器，無功控制器實現了對于交流電壓、無功功率的控制，有功控制器實現了對直流電壓、有功功率的控制，運行的時候，二者互相配合又獨立控制，保證了系統的穩定性和安全性[4]。
柔性直流輸電控制保護系統不同于常規的直流輸電，其閥級的控制保護系統更加復雜，特別是在模塊化多電平柔性直流輸電系統中，對于閥體的保護主要由閥級控制器來完成，換流站級控制器的作用微乎其微。因此對于保護控制的時機要求比較高，必須要高速同步控制，滿足控制系統的實時性需求。
3、超高壓直流輸電系統
3、1超高壓直流輸電結構
超高壓直流輸電系統主要包括換流變壓器、換流器、平波電抗器、直流避雷器、交流濾波器及控制保護設備等。換流器又被稱為換流閥，它是換流站的關鍵設備，能夠實現整流和逆變，陽極到陰極施加正向電壓或者在門級上施加適當的電壓能夠觸發換流閥導通，當電流將為零且閥的電壓變成反向的時候，閥才不會出現導通情況，因為換流閥具備承受正反向電壓的能力，所以可以實現交流和直流的變換[5]。平波電抗器具有降低直流線路的諧波電壓和電流、避免逆變器換相失敗、防止輕負荷電流不連續等功能。諧波濾波器，換流器在直流和交流側均會產生諧波電流和諧波電壓，它們可能會導致電容器和電機過熱，同時干擾遠動通信系統，所以在直流側和交流側都裝有濾波裝置。
3、2超高壓直流輸電系統故障分析
換流器常出現的故障有很多，換流閥短路故障是較為嚴重的故障之一，整流器閥大部分情況下承受反向電壓，在經歷反向電壓增大或者閥的系統故障時候將會造成絕緣損壞，導致閥短路；逆變器閥大部分情況下承受正向壓，在電壓過高以及電壓上升幅度過大的時候會導致閥短路。
換相失敗也是比較常見的故障，因為換流器閥需要在承受反向電壓的前提下才能實現關斷，所以如果在這段時間當中閥沒有恢復阻斷能力，或者換相一直沒有完成的情況下，當閥為正電壓的時候，便會發生倒換相，使得應該開通A閥出現關斷情況，導致換相失敗[6]。
閥開通故障，因為直流控制系統的故障會導致觸發脈沖異常，造成換流器的工作出現異常，導致閥出現誤開通或者是沒有開通的情況。
結束語：文章對低壓直流供電、柔性直流輸電、超高壓直流輸電進行了一系列的分析，對它們的結構進行了簡單的介紹，簡單分析了保護措施和控制方法。相關人員在進行參考的時候需要結合實際情況，對其進行方法改進和優化，不斷的推動電力事業的發展和進步。
參考文獻：
[1]楊道培. 低壓直流供電系統穩定性研究[D].上海電力學院，2015.
[2]馬為民，吳方攏楊一鳴，張濤. 柔性直流輸電技術的現狀及應用前景分析[J]. 高電壓技術，2014，（08）：2429-2439.
[3]湯廣福，賀之淵，龐輝. 柔性直流輸電工程技術研究、應用及發展[J]. 電力系統自動化，2013，（15）：3-14.
[4]雍靜，徐欣，曾禮強，李露露. 低壓直流供電系統研究綜述[J]. 中國電機工程學報，2013，（07）：42-52+20.
[關鍵詞]高壓直流供電技術 應用 前景
中圖分類號：TM72 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）21-0051-01
隨著社會和我國科技的快速發展，高壓直流供電技術的應用也得到了迅猛的發展，高壓直流供電技術被廣泛地應用到很多領域中。在高壓直流供電技術的發展過程中仍然存在很多的制約因素，這些制約因素主要表現在后端設備的適應性、電源系統的定型與量產、配套器件、監控系統等方面，如果想進一步發展高壓直流供電技術，就要清除這些限制因素，只有這樣才能推動我國高壓直流供電技術和整個通信行業的發展。
1.高壓直流供電技術概述
1.1 高壓直流供電技術簡介
高壓直流供電指的是采用高壓直流電源直接對采用220V交流輸入電源的設備供電，采用這種供電技術之后，大大地改善了供電系統的工作效率。隨著通信行業的快速發展，這種高壓直流供電技術被廣泛地應用到了通信行業當中，并且促進了高壓直流供電技的發展，因為通信行業中的電源設備的要求在逐漸地提升，特別是互聯網數據中心和多媒體數據中心的供電需求表現的更突出。目前，我國通信行業的電源容量的需求很大，已經達到了10000kw，傳統的不間斷電源系統已經不能滿足其供電需求，傳統的電源系統逐漸地暴露出了許多問題，比如說工作效率低、高能耗、故障多等。正是由于傳統電源系統的諸多問題，所以很多通信公司就把目光投向了高壓直流供電系統，這種系統是將將380V的交流輸入電源轉換為200～400 V的高壓直流電，通過并聯的整流模塊組，接下來再通過高壓直流配電設備輸送給數據通信設備，并且可以同時給蓄電池組充電，這樣就可以保證，當輸送電源發生故障的時候，蓄電池組可以繼續供電，保證整個系統的正常運轉，效率值得肯定。
1.2 高壓直流供電技術優點
高壓直流供電技術具有很多傳統供電電源不具備的優勢，首先在使用的可靠性方面，要比傳統的不間斷供電電源可靠性更強，高壓直流供電技術大大地提高了系統的安全性，傳統的不間斷供電電源組件復雜，可靠性差，相反高壓直流電源的組件相對簡單，并且具有蓄電池這個部件，保證了在系統發生故障時可以繼續補充電源，保證了供電系統正常運轉，總體的可靠性要強于傳統的供電電源；其次，高壓直流供電電源很好節約了能耗，傳統的不間斷供電系統負載很大，有時候主機不能正常運行。而高壓直流電源采用了模塊結構，這個系統可以根據輸出的負載情況，由監控模塊、監控系統或現場值守人員靈活控制模塊的開機運行數量，這就很好地保證了系統保持著較高水平的負載率。
2.高壓直流供電技術應用現狀
2.1 高壓直流供電技術的應用情況
目前，在國內對高壓直流供電技術的應用主要表現為，中國電信公司在大力的使用和推廣這種供電技術，電信公司與電源系統開發商共同研究高壓直流電源，這種供電方式已經被廣泛地認可，并且已經有很多網點開始使用這種供電電源了。雖然高壓直流電源具有多種電壓可以選擇，但是缺乏后端設備廠商的支持，國內的高壓直流供電系統還沒有針對后端用電設備進行，然而，供電電壓的選擇一定要保證整個系統都可以正常運作，所以目前針對高壓直流電源達成的共識是選用240V電壓進行供電使用，而高壓直流供電技術的相關問題也在逐步地解決當中，這些問題解決了，高壓直流供電技術就迎來新的發展。
2.2 高壓直流供電技術發展的制約因素分析
隨著通信行業的發展，對供電電源要求逐漸提高，而高壓直流電源就是在這種背景下應運而生，但是高壓直流電源的發展并不是那么順利的，這種供電技術的發展受到了很多因素的制約。第一，后端設備對高壓直流供電技術的影響，雖然在很多試用點的使用過程中，高壓直流電源能夠滿足后端設備的電源需求，但是這種電源標準并不是后端設備的標準電源，這樣就使得整個系統在運行過程中存在著一定的風險，主要表現在以下方面：首先是技術風險，雖然使用高壓直流供電的后端設備很多，但是從高壓直流電源試點的運行情況來看，還是存在部分設備不支持高壓直流電源，對設備是否支持高壓直流電源的檢測，必須是通過實際運行才能檢測出來，這種檢測是需要一定時間的，這就是說在檢測結果出來之前都是存在著風險的；其次，法律風險，在使用高壓直流電源的過程中，其實是在改變著采購合同約定的運行條件，所以說當后端設備發生故障時，運營商就處在了不利的境地，面臨極大的風險考驗，并且高壓直流電源的使用很可能使合同雙方陷入法律糾紛之中；第二，電源系統的定型和量產對高壓直流供電技術的制約，由于高壓直流供電技術還沒有相應的技術標準，這就缺乏了對高壓直流電源的技術引導，同時也缺乏使用經驗，所以造成了高壓直流供電產品沒有最終定型，也就更談不上高壓直流供電產品的大量生產和使用了；第三，配套器件對高壓直流供電技術發展的制約，在高壓直流供電系統中，雖然大部分的器件都是較為常見的，但是存在一些比較罕見的器件，比如說熔斷器、斷路器等配電保護元件，這些器件是比較緊缺的，再加上高壓直流供電的特殊電壓要求，對這些器件的要求都是很高的，有些器件都是專用的，所以在市面上都是很罕見的，這些器件對高壓直流供電技術的發展造成了很大的障礙；第四，監控系統對高壓直流供電技術發展的制約，高壓直流供電技術要想大規模地推廣就必須納入動力環境監控系統，開關電源倒是沒有什么困難，只是配套的電池組很難實現，因為還沒有能夠提供專用電池監控的軟件系統的供應商。
3.高壓直流供電技術的發展前景
中國電信公司在逐步推廣能服務器交流電源單元相兼容的240V直流電壓，電信公司本著供電安全為第一要務的理念，逐步地實現節能、用電產品兼容性完善的發展目標，在這個過程中中國電信選擇了高壓直流電源作為設備的供電電源，在2012年電信公司的市場報告中顯示，電信公司新增的數據電源市場中，高壓直流電源的數量已經超過了傳統不間斷供電電源，并且電信公司決定在未來的發展中要繼續擴大高壓直流電源的應用。
同時，各大通信企業，比如騰訊、百度、阿里巴巴、浪潮等，都在大力推動高壓直流電源的發展，這些企業考慮要直接采用高壓直流電源直接引入定制的服務器，這些企業采用高壓直流電源將大大地推動高壓直流電源的發展和普及。所以說高壓直流電源的未來市場是無限廣闊的，高壓直流逐漸地替代傳統的不間斷供電電源是一個必然發展趨勢。當然，換句話說通信業在中國將會迎來更輝煌的明天。
4.結語
眾所周知，我國的通信行業在快速的發展，發展的過程其實是新事物產生的過程，隨著通信業的發展，對通信供電系統的要求就越來越高了，高壓直流供電技術就在這種環境下應運而生了，但是高壓直流供電技術要想得到推廣和使用，就必須克服那些制約它發展的因素，不過從這種技術發展的事態來看，高壓直流供電技術將在未來得到廣泛地應用，發展前景是極為可觀的，換句話說我國未來的通信業會得到更大的發展。
參考文獻
[1] 朱雄世.國內外數據通信設備高壓直流供電新系統.郵電 設計技術，2009（4）.
【關鍵詞】高壓直流電；供電技術；節約能耗
1 高壓直流供電技術的優勢
1.1 在技術方面的優勢
可靠性大幅提升，高壓直流供電技術引入的主要目的就在于提升系統的安全性。UPS系統本身僅并聯主機具有冗余備份，系統組件之間更多地是串聯關系，其可用性是各部分組件可靠性的連乘結果，總體可靠性低于單個組件的可靠性。反觀直流系統，系統的并聯整流模塊、蓄電池組均構成了冗余關系，不可靠性是各組件連乘結果，總體可靠性高于單個組件的可靠性。
1.2 高壓直流供電能大大節約能耗
目前大量使用的UPS主機均為在線雙變換型，在負載率大于50％時，其轉換效率與開關電源相近。但一個不容忽視的現實是，為了保證UPS系統的可靠性，UPS主機均采用n+1(n=1、2、3)方式運行，加之受后端負載輸入的諧波和波峰因數的影響，UPS主機并不能滿足運行，通常UPS單機的設計最大穩定運行負載率僅為35―53％。而受后端設備虛提功耗和業務發展的影響，很多UPS系統通常在壽命中后期才能達到設計負載率，甚至根本不能達到設計負載率，UPS主機單機長期運行在很低的負載率，其轉換效率通常為80％多，甚至更低。對于直流電源系統而言，因其采用模塊化結構，可根據輸出負載的大小，由監控模塊、監控系統或現場值守人員靈活控制模塊的開機運行數量，使整流器模塊的負載率始終保持在較高的水平，從而使系統的轉換效率保持在較高的水平。
1.3 直流供電的帶載能力大大提高
UPS系統帶載能力受兩個因素的制約，一是負載的功率因數，以國內某大型UPS廠商的某型主機為例，在輸出功率因數為0.5（容性）時，其最大允許負載率僅為50％；二是負載的電流峰值系數，通常UPS主機的設計波峰因數為3，如果負載的電流峰值系數大于3，則UPS主機將降容使用。對于直流系統而言，不存在功率因數的問題；因其并聯了內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），其負載高電流峰值系數的負荷能力很強，不需專門考慮安全富余容量。
2 高壓直流技術的應用前景分析
2.1 高壓直流技術的應用現狀
目前對高壓直流供電的應用，總體情況是電信運營商非常熱心，熱切希望大規模高壓直流供電，與電源系統廠商一起進行了大量了理論研究，國內業界已就包括高壓直流供電電壓、接地方式等關鍵問題達成了共識，高壓直流供電已在部分本地網進行了試點。與之形成鮮明對比的是，到目前為止，后端IT設備還沒有針對高壓直流供電的電源技術標準，也沒有大型IT廠商宣布支持后端設備高壓直流供電。高壓直流供電有多種電壓可供選擇，因為缺乏后端設備廠商的響應，國內高壓直流供電的思路均是基于不對后端用電設備進行改造，供電電壓的選擇就必須保證在電源系統各種運行模式下，后端設備均可正常工作，目前國內業界對高壓直流供電的標稱電壓已達成共識，即選用240V電壓等級。
2.2 制約高壓直流技術大規模應用的主要因素
2.2.1 后端設備的適應性
從目前運營商的試點情況來看，盡管采用單相UPS電源供電的后端設備絕大多數都支持高壓直流供電，高壓直流供電基本可保障后端設備的運行。但高壓直流供電畢竟不是后端設備的電源標準，采用高壓直流供電實質上是改變了設備電源的標稱運行環境，因而對運營商而言存在較多的風險：技術風險：使用UPS電源供電的后端設備種類繁多，從目前運營商的試點情況來看，還是有部分設備不支持高壓直流供電，對于具體的設備能否支持高壓直流供電，能否在高壓直流供電的額定輸出電壓、最低輸出電壓、最高輸出電壓下正常運行，只能針對具體設備進行電路分析和實際實驗。對于在高壓直流供電下能正常運行的后端設備，也需要用時間來檢驗其壽命是否會發生變化。法律風險：改變設備的電源運行環境，實質上是改變了采購合同約定的運行條件，如后端設備發生故障，運營商將處于較為不利的法律地位，面臨著較大的風險。同時，對于高壓直流供電最大應用場合的IDC機房，運營商通常與客戶簽訂有嚴格的SLA（服務等級協議），供電電源的改變也會將運營商推向不利的地位，一旦客戶托管設備發生故障，尤其是涉及到對服務連續性極為敏感的金融、大型SP等客戶時，雙方可能陷入長時間的糾紛，或以運營商的讓步而告終。從現網試點情況來看，運營商普遍的心態還是感覺“高壓直流電源穩定可靠，不會出現問題”，還沒有從法律層面認真思考可能遇到的法律糾紛。
2.2.2 配套器件
高壓直流供電涉及的元器件中，整流器模塊所需的功率電子器件、電容、變壓器等器件較為通用，供應不存在任何問題，但熔斷器、斷路器等配電保護元件就較為匱乏。高壓直流供電系統日常運行電壓（浮充電壓）即已達到270V，普通熔斷器均為交流熔斷器，已不能支持這一電壓等級，只能選用專用的直流熔斷器，但目前直流熔熔斷器生產廠家很少，市面上也難以見到。斷路器的情況要好一些，普通熱磁脫扣型塑殼斷路器單極工作電壓已可達250V，ABB、施耐德等大型廠商也可提供直流工作電壓達220V的微型斷路器，這兩類斷路器雙極使用時工作電壓均遠遠高于高壓直流系統可能的最高電壓（均充電壓）288V，可為高壓直流系統保護。但采用這兩類斷路器也存在較多的問題：1.技術問題：整定值易漂移；塑殼斷路器安裝尺寸較大；微型斷路器易被碰刮誤斷、整定值通常不能調整、分斷短路電流電流小。2.商務問題：產量較小，價格較高，供貨周期長。
3 高壓直流技術應用的推廣
制約高壓直流供電技術大規模應用的因素也許還有很多，根本的原因還在于沒有后端設備高壓直流供電的標準化，鑒于后端設備，尤其是IT設備，絕大部分的應用還在于社會的其他行業，僅僅依靠通信行業的力量難以有效推動電源標準的改進的，應該積極推動全社會對高壓直流供電的認知，進而產生體現國家意志的法律、政府規章和技術標準，推動使用高壓直流供電的IT設備的大規模生產和應用。在后端設備具備高壓直流供電的條件，并大規模商用后，電源系統的標準化將迎刃而解，市場這只無形的手將推動前端電源零部件及整機廠商全力進行研發和生產，現階段前端電源系統存在的種種制約將不復存在。
參考文獻：
[1]趙俊莉.電氣化鐵道用有源電力濾波器方案研究[J].機車電傳動.2000
[2]李春林.配電網中諧波源識別方法比較[J].東北電力技術.2004
【關鍵詞】汽機安全監測系統；軸振動；保護；邏輯；串聯
高電壓直流式供電系統現在仍處于摸索檢測時期，在規?；笆袌龌瘜崿F方面仍需要很長的路要走，但就能源節約效率提升方面而言，電源的發展趨勢是高電壓直流式供電。這項技術或系統的實現及應用將對通信業產生極為深遠的影響，同時也能為電力安全及穩定保駕護航。
一、高壓直流供電技術應用的必然性
1、系統可靠性大幅提升
引進此項技術是為了解決系統在安全方面及穩定可靠性方面存在的問題，并予以提升。但UPS體系自身也存有不足，即冗余備份，組件和組件的連接方式為串聯，而系統是否具有可靠性要靠單個組件間在可靠性方面的結果配合實現，通常系統整體可靠性比單個組件低。某種情況下UPS體系瓦解導致蓄電池無法使用，則IT裝置也隨之斷電。直流供電可解決這種現象，位于系統的并聯式整流單元并聯蓄電池，之后將其傳輸至負載供電，系統是否具有不可靠性也是由單個組件決定，通常系統整體可靠性比單個高。相關計算結果及實際操作都說明，直流機制在可靠性方面比UPS系統高。
2、帶載能力顯著提高，節約能耗
UPS系統的實際負載情況由兩個因素決定：功率因數及電流峰值，UPS系統在平穩運轉時刻實現的最大負載率是50%，也有可能低于50%。系統歷經兩次電流變動：從整流到逆變，所測得速率為75%。直流系統很好地解決了這一問題，由于它不需要功率因素的參與，而特殊的結構特點能夠由負載輸出量自動調整開機次數，從而確保了UPS負載水平的穩定性和可靠性，保證了UPS的轉換速率。該系統由于沒有逆變環節，因此系統在變流次數上只有一次，但電源率卻可超過92%，使能量消耗量大幅度降低。
3、節省建設投資
為了保證UPS系統的可靠性，UPS主機一般采用1+1或n+1的方式運行。僅電源設備的投資，高壓直流供電系統就可以減少30%。加上高壓直流系統能量轉換效率高，市電和油機系統的投資也可相應減少20%～25%。況且高壓直流系統擴容方便，系統的電源模塊也可根據需要分期建設，考慮投資折現率后，投資節約率將更加明顯。
4、節省維護成本
高電壓直流式系統在構造上選用模塊方式，因此在維護上更加便利，可以實現帶點熱插拔。當發生故障時，整流環節與監控環節可以實現相互獨立，互不干擾，從而保證系統的安全性。及時在進行割接作業時也無需斷電。就UPS供電機制而言，其一體化程度較高，因此在并機方面實現困難，同時針對并機數量也有限制，因此無法實現不間斷式割接。此外，此高電壓直流系統和四十八伏直流電源在電池管理上具有同樣功效，能夠使電池使用時間更長。UPS在電池管理方面仍然存有很多問題，由于電池耗能多，因此使用壽命比較短。
二、高壓直流供電技術應用的可行性
現階段，電商最關注的是高電壓直流式供電方式在市場的綜合運用狀況，某些本地網絡已經開始使用這種供電技術，同時電信組織也在對其進行積極倡導。但要在數據通信機房大規模商用，替代原來的交流UPS對數據設備進行供電，總體原則應該是對現有IT設備不作任何改造，這樣才有可行性。從試點的情況來看，盡管采用單相UPS電源供電的后端IT設備絕大多數都支持高壓直流供電，但高壓直流供電現在畢竟還不是IT設備的電源標準，還是有部分設備不支持高壓直流供電。例如，采用ATX電源模塊供電的IT設備就不可以改用直流供電。因此，對于具體的設備能否支持高壓直流供電，能否在高壓直流供電的額定輸出電壓、最低輸出電壓、最高輸出電壓下正常運行，只能針對具體設備進行電路分析和實際實驗。雖然高壓直流供電與交流UPS供電相比有諸多優點，但在現階段，從交流UPS供電到高壓直流供電必須有一個過渡過程，宜采用下列原則：（a）新建機房：新建數據通信機房應采用高壓直流供電系統對IT設備進行供電。（b）原有機房：原采用UPS系統供電的IT設備仍繼續使用UPS，同時新增一套高壓直流系統提供可靠的備份，按主、備用方式分別對IT設備進行供電，待原有UPS設備壽命到期時，再將全部設備過渡到高壓直流系統上進行供電。
三、通信機房高壓直流供電系統應用
1、高壓直流供電系統應用于通信機房的制約因素
目前制約高壓直流供電系統應用于通信機房的因素主要有以下幾個方面：（1）后端設備的適應性。采用高壓直流供電系統時，會改變設備電源的標稱運行環境，而目前通信機房中由部分后端設備并不支持高壓直流供電，因此必須針對不同的設備進行電路分析和實際試驗，將會增大技術風險。（2）電源系統的定型和批量化生產。目前高壓直流供電系統并沒有形成相應的技術標準，缺乏大規模商用的實踐支持，因此電源系統的定型和批量化生產比較困難，導致產品的價格居高不下。（3）相應配電器件比較缺乏。高壓直流供電系統的整流器模塊所涉及的元器件比較常見，但是斷路器和熔斷器等配電保護元件比較匱乏，影響了系統的大規模推廣。（4）監控系統。如果要在通信機房中大規模使用高壓直流供電系統，就必須將其納入到動力環境監控系統中，但是其配套電池組目前還沒有廠家可以提供專用的240V電池組監控單元和配套的軟件子系統。
2、高壓直流供電系統應用于通信機房的推廣措施
影響高電壓直流式供電系統的應用因素中，后端裝置的可用性至關重要?，F階段后端裝置在通信行業使用量不多，使用比較多的行業是其他行業，所以單憑通信業無法實現電源指標的提升和改善，需要整個社會加強對高電壓直流式供電系統的關注，從而促使國家制定相關法律規章及行業技術準則予以約束、規范，最終實現后端裝置應用的批量化、規?；?。
四、結語
雖然高電壓直流式供電技術有很大的潛在發展能量，此外通信組織也對此做出詳細的技術報告說明。但單純依靠通信行業依然沒有辦法實現電源指標的改善和提升，這需要整個社會不斷加大對高電壓直流式供電系統的關注力度，促使國家制定有關法規及標準，從而實現高電壓直流式供電技術在IT裝置上的應用逐步規?；?。
參考文獻
關鍵詞：高壓直流供電；HDVC；數據中心；可靠性
中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）25-0032-03
Abstract： Data center using HVDC （high voltage direct current power supply） power supply， can effectively reduce investment and operation and maintenance costs， improve the reliability of power supply system， and gradually become a new type of data center power supply mode. This article analysis the feasibility of the border defence data center by HVDC power supply mode， compared with the traditional UPS power supply， HVDC power supply can not only improve the reliability of power supply， and can greatly improve the power efficiency and cost saving significantly.
Key words： High Voltage DC Power Supply； HDVC； data center； reliability
1 概述
目前，公安邊防總隊級以上單位都建設了數據（信息）中心，隨著網絡和數據業務的迅速發展，傳統的UPS供電模式的可靠性、安全性以及高能耗等方面問題逐漸顯現，主要表現在：一是傳統UPS電源模式效率低。對于總隊級以上單位等供電級別要求高的機房，一般采用1+1冗余備份方式，每臺UPS的實際負載多在35%以下，效率低下。二是UPS并機復雜要求高。為提高電源系統的可靠性和容量，數據中心交流UPS供電系統一般采用多臺并機工作模式，并機控制電路復雜、要求高，每臺UPS的輸出電壓相等，頻率、相位一致，一旦并機控制電路出現故障，將導致UPS并機失敗，無法給數據中心設備供電。三是存在安全隱患。市電斷電后，UPS利用后備電池組逆變輸出繼續供電，若逆變電路出現故障，仍然無法正常供電。
近年來，國內許多數據中心機房采用了高壓直流供電（HVDC High Voltage Direct Current）新的供電模式，對機房電源線路進行簡單改造后，直接用高壓直流電源代替傳統的UPS電源系統，有效地降低了投資和運維成本，提高供電系統的可靠性。
2 邊防數據中心使用高壓直流供電的可行性分析
高壓直流電源（HDVC）是一種新型的直流不間斷供電系統，這里的高壓直流是相對于傳統通信機房使用的-48V直流通信電源而言的。HVDC系統主要由交流配電單元、整流模塊、蓄電池組、直流配電單元、電池管理單元、絕緣監測單元及監控模塊組成。正常狀況下，整流模塊將交流配電輸出的380V交流市電轉換成240V高壓直流，高壓直流通過直流配電單元給設備供電，同時直接給蓄電池組充電。當市電斷電或交流輸入發生故障時，轉由蓄電池組給設備高壓直流供電。
2.1 為什么直流電源可以替代交流電源？
圖1是計算機設備電源工作原理圖。計算機設備電源模塊的輸入是交流的，但是最終輸出還是直流，其核心部分為DC/DC變換部件。只要能給DC/DC變換部件提供一個適合的直流電源，不用交流輸入，電源模塊也能正常輸出。這種情況下，就可以不使用UPS系統，也避免了使用UPS而帶來的各種不利因素。
2.2直流電源如何替代交流電源？
直流供電的設想是將一定電壓范圍的直流電源，直接從原來交流UPS輸入端輸入，對服務器等設備的電源模塊不進行任何改造，這樣就需要對電源模塊能否滿足直流供電的要求進行論證。圖2和圖3分別是負載設備在交流供電和直流供電時的整流原理。
圖2中電源部分，交流輸入正半周時的電流走向為：AD2CDD4B，負半周時電流走向為：BD3CDD1A，整流管D1、D3和D2、D4輪流導通。通過整流，交流電壓從A、B端直接傳輸到C、D端，并保持C、D直流輸出。
圖3中電源部分，直接采用直流電壓輸入時，電壓相位不變，整流管D2、D4一直導通，電壓從A、B端直接傳輸到C、D端，并保持C、D直流輸出。對比圖1，對計算機等設備來說，不論在電源模塊輸入交流或直流電壓，均可以正常輸出直流電壓，經DC/DC變換后，給計算機系統正常供電。
數據中心服務器、網絡等設備開啟后，運行功率是恒等的；當設備以220V交流供電時，它的等效直流是200V，如果給設備直接輸入直流240V，提高了電壓，流經整流管的電流小于輸入220V交流時流經整流管的電流，設備電源模塊不用改造即可滿足要求。另外，高壓直流供電時比交流供電時在二極管上產生的熱量也要小很多。
2.3 HDVC供電模式在邊防數據中心應用的可行性
目前，除程控交換機外，邊防數據中心機房內主要設備有服務器、存儲和網絡等設備，都是交流供電，電源模塊都自帶獨立得將交流電壓整流成直流電壓的全橋整流電路。由上所述，若將電源模塊的交流輸入端火線和零線對應輸入一定等級的直流電壓，設備亦可正常工作；當輸入的直流電壓極性接反時，電源模塊的全橋整流電路變成了極性接反保護電路，設備也可正常工作。因此，對機房大部分設備而言，無須對設備電源電路進行改造，即可直接采用高壓直流供電；對極少數使用半橋整流電路的設備，只需考慮高壓直流輸入的線路極性即可。
計算機等設備允許的交流輸入電壓范圍一般為交流110～220V，經過整流后的輸出電壓為直流154～336V，選用高壓直流供電系統時的輸入電壓應在154～336V（DC）之內盡量高，但應小于300V；配置蓄電池組時，高壓直流電源系統額定電壓應為12的整數倍（選用12V單體蓄電池時），這時，高壓直流電源系統額定輸出電壓可選為240V，每組后備電池可配置20個12V單體電池，系統浮充電壓設為270V，均沖電壓設為282V。
由上可知，邊防各級數據中心都可根據機房現狀，采用輸出電壓為240V的高壓直流供電系統代替UPS系統。在具體改造時，可采用模塊化組合式HVDC系統，多個整流模塊并聯輸出，以提高系統的可靠性及滿足設備擴容要求。
2.4 高壓直流供電的優缺點分析
高壓直流供電系統與傳統的交流UPS供電系統的對比，具有以下幾點好處：
（1）提升電源系統可靠性
HDVC技術引入可大幅提升系統的可靠性。傳統的UPS系統僅并聯主機時具有冗余備份功能，系統組件之間更多的是串聯關系，造成系統總體可靠性遠低于單個組件的可靠性。當使用HDVC時，首先，蓄電池組與設備負載是直接并聯關系，遇到市電停電或供電設備故障時，蓄電池組可不間斷、直接給設備供電；其次，高壓直流供電系統結構簡單，只有電壓幅值一個參數，各個電源模塊之間不存在相位、頻率、相序同步的問題，因此其可靠性得到大幅提升。
（2）提高電源系統效率
目前數據中心多數使用在線雙變換型UPS主機，當負載率大于50%時，其轉換效率與HDVC電源相當。當UPS主機采用n+1（n=1、2、3）方式運行時，UPS單機的設計最大穩定運行負載率僅為35～53%。UPS單機長期低負載率運行，其轉換效率通常為80%左右，甚至更低。相比HDVC電源，結構上直流供電比UPS供電少了逆變器和輸出隔離變壓器兩個環節，工作效率至少可提高10%；另外，直流供電系統多為模塊化結構，支持在線熱插拔，可根據輸出負載的大小，靈活調整電源模塊的開機運行數量，使整流器模塊的負載率始終保持在較高的水平，從整體上提高系統的轉換效率。
（3）消除了諧波污染
UPS的整流部分，根據電路結構目前常用的有6脈沖和12脈沖兩種，無論哪一種均會產生諧波污染，當諧波分量超過10%時，若不治理，將會對市電電網以及機房設備造成嚴重負面影響。而直流供電不存在諧波污染，解決了上述問題。高壓直流供電擴容方便，不存在“零地”電壓以及其它不明干擾，也是它的明顯優勢。
（4）降低投資及運維成本
由于高壓直流供電系統的核心是高頻開關電源模塊，模塊生產技術已非常成熟，模塊間的控制不用考慮同步、相位等因素，生產工藝簡單，因此高壓直流一次性建設成本低于傳統UPS供電系統。
運維成本主要包括電費和維修成本，高壓直流供電電源轉換效率的提高，可節約35%～60%電費成本。在維修成本方面，由于直流供電系統的可靠性遠高于交流UPS系統，且采用的整流模塊化結構，現場替換非常方便，故維修成本也大大減小。
高壓直流供電也不是十全十美，存在著以下缺點和問題：
（1）直流與交流電壓的峰值雖然差別不大，由于沒有過零的存在，直流電壓危險性遠遠大于交流電壓。
（2）對配電開關性能要求高。對于交流電，當短路時，過零點的存在使開關斷開時產生的電弧容易滅弧。直流電因無過零點，滅弧相對困難。因此，直流供電系統采用的直流配電器件必須符合較高的安全要求，相應建設成本也會增加。
（3）數據中心設備種類繁多，雖然大部分使用開關電源的設備都可以用高壓直流電源供電，但也有不少設備無法直接使用，如：具有啟動過壓保護功能的設備，不能直接進行使用，需要降壓啟動；具有輸入端頻率檢測啟動的設備，不能直接進行使用；部分電源對地設計有電感濾波，雖然不影響使用，但會造成正極接地；少數設備的電源輸入端有工頻變壓器，輸入直流會產生短路；風扇類設備要區別對待，交流輸入的風扇使用直流電源會產生短路；顯示器設備區別對待，CRT（陰極射線管）顯示器，內部有交流激勵回路的，不能使用直流供電。
因此，在數據中心電源改造之前，應檢查所有負載的電源型號，記錄在案，對于不能直流供電的設備另行處理。
3 邊防數據中心采用高壓直流電源系統工程設計中需注意的問題
高壓直流應用在國內應用越來越多，未來將出現高壓直流供電與傳統交流UPS混合并存過度時期，從節能環保和可靠性方面考慮，建議邊防部門新建數據中心可考慮采用高壓直流供電系統；對原有機房改建、擴容的，更新設備可采用高壓直流供電系統，原有UPS損壞或壽命到期時，可改用高壓直流供電系統。在工程設計建設過程中，應注意把握以下幾點：
（1）系統容量的選擇。數據中心系統供電宜采用分散供電方式，單個系統容量最大不宜超過600A。應采用模塊化設備，便于后期擴容。
（2）HDVC系統應對地懸浮。高壓直流供電系統應采用對地懸浮方式，正、負極均不得接地；交流輸入應與直流輸出應電氣隔離，直流輸出應與機架、外殼、地電氣隔離。
（3）系統應該配置有絕緣監控裝置。由于高壓直流電源系統不接地，當高壓直流供電系統的負載出現故障時，對高壓直流供電系統本身的保護及維護人員的保護就顯得非常重要了。為了及時發現這種碰地故障，有必要對系統配置絕緣監控裝置，用于監視直流系統對地絕緣狀況，便于維護人員對供電回路的絕緣故障進行判斷、查找和處理，保障設備系統及人身安全。
（4）采用直流型斷路器及雙極開關。HDVC的輸出直流電壓交高（240V），滅弧會很困難，要選用專門針對直流設計的直流型斷路器，決不能將交流型斷路器用在直流電路上。另外，由于高壓直流電源系統直流電壓高、正負極均不接地，兩極都應安裝開關，通過采用雙極開關來分擔分斷電弧電壓。這里特別提醒：為了安全起見，當采用高壓直流電源系統替換現有UPS系統時，應將未端設備機架原有PDU的交流單極輸入空開更換為與上一級同容量的雙極直流斷路器。
（5）統一系統未端負載的接線標準。直流輸出“負”極對應于設備輸入電源線的“L”端，直流輸出“正”極，對應于設備輸入電源線的“N”端，并將設備輸入電源線的“地”端與系統保護地可靠連接。
4 結束語
通過全文的分析對比，我們可以看到在邊防數據中心采用高壓直流供電模式與傳統的UPS供電模式相比有，在節能、可靠性等方面優勢明顯。高壓直流供電模式在邊防各級單位數據中心的應用，具有廣闊的前景。
參考文獻：
[1] 張樂豐，歐陽述嘉，張林鋒，賈濤. 高壓直流供電在數據中心中的應用探討[J].電力信息與通信技術， 2016（5）.
[2] 魏華，衣斌，柳蕊.數據中心高壓直流供電架構的優化研究[J].通信電源技術，2014（3）.
