idc機房高壓直流供電系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用(國內(nèi)

1、IDCIDC機房高壓直流供電系統(tǒng)機房高壓直流供電系統(tǒng) 的發(fā)展和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用技術(shù)( (國內(nèi)）國內(nèi)） 12021-6-3 目目 錄錄 一、國內(nèi)高壓直流供電系統(tǒng)的技術(shù)研究 和應(yīng)用情況； 二、國內(nèi)高壓直流供電的準規(guī)范的解析 2021-6-32 2021-6-33 一、國內(nèi)高壓直流供電系統(tǒng)的一、國內(nèi)高壓直流供電系統(tǒng)的 技術(shù)研究和應(yīng)用情況技術(shù)研究和應(yīng)用情況 1、國內(nèi)、國內(nèi)IDC機房用高壓直流供電機房用高壓直流供電 方案（技術(shù)）研究方案（技術(shù)）研究 由于高壓直流供電系統(tǒng)具有供電可靠、能有效節(jié)約能源等 優(yōu)點已經(jīng)被多數(shù)通信電源專業(yè)人士接受； 國內(nèi)對高壓直流供電系統(tǒng)的研究和設(shè)備研制等工作始自07 年，且快

2、速進展，在不久的將來，高壓直流供電方案將首 先在我國IDC機房供電系統(tǒng)中得到應(yīng)用； 根據(jù)高壓直流供電系統(tǒng)的特點，在安全性、可靠性和可擴 展性等方面的優(yōu)勢和在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用具有廣闊前景； 2021-6-34 近年來，IDC數(shù)據(jù)中心機房業(yè)務(wù)發(fā)展迅猛，服務(wù)器托管需 求激增，而且由于IDC設(shè)備電路集成度的增加，其單位功 率密度較常規(guī)通信設(shè)備的高出很多，甚至高出普通通信 機房的810倍； 目前，IDC機房進行供電的主要是交流UPS電源和低壓- 48V直流電源，其中交流UPS電源是主要的供電系統(tǒng)。與 之相比，高壓直流供電系統(tǒng)具有擴容方便、可靠性高、 效率高等突出特點，特別對不斷增加的高功耗負載，高 壓直

3、流供電系統(tǒng)將是一個有發(fā)展前途的電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 2021-6-35 1、國內(nèi)、國內(nèi)IDC機房用高壓直流供電方案（技術(shù)）研究機房用高壓直流供電方案（技術(shù)）研究 2、國內(nèi)高壓直流供電方案的發(fā)展、國內(nèi)高壓直流供電方案的發(fā)展 2.1、概述、概述 計算機、服務(wù)器和路由器等大都采用計算機、服務(wù)器和路由器等大都采用220V交流不間斷供電，需安裝交流不間斷供電，需安裝AC- UPS電源或逆變器電源對其供電；電源或逆變器電源對其供電； 但無論什么信息技術(shù)設(shè)備，其最終電路板芯片都是低壓直流供電，如但無論什么信息技術(shù)設(shè)備，其最終電路板芯片都是低壓直流供電，如12V 、5V、3V和和1.1V等，只有用戶的話機由等，只有

4、用戶的話機由 局的局的-48V供給（目前所占供給（目前所占 比例將愈來愈小）；比例將愈來愈?。?； 移動通信局等移動通信局等-48V電源只起到過渡電壓作用，將來使用交流電壓供電的電源只起到過渡電壓作用，將來使用交流電壓供電的 通信設(shè)備將愈來愈多；通信設(shè)備將愈來愈多； 對交流來說，不論是采用對交流來說，不論是采用DC/AC逆變器或交流逆變器或交流UPS設(shè)備，都要經(jīng)過市電設(shè)備，都要經(jīng)過市電 整流和逆變器二級換流；整流和逆變器二級換流； 2021-6-36 2、國內(nèi)高壓直流供電方案的發(fā)展、國內(nèi)高壓直流供電方案的發(fā)展 2.2、對通信和信息、數(shù)據(jù)設(shè)備供電的兩種觀點：、對通信和信息、數(shù)據(jù)設(shè)備供電的兩種觀點：

5、 統(tǒng)一到-48V直流供電：INTELEC 1998年發(fā)表一種新生 的技術(shù)-48V計算機設(shè)備供電拓撲：-48V供電是最可靠 、最安全的方案； 主張統(tǒng)一到rAC 220V高壓直流供電：對電信和數(shù)據(jù)通信 融合的新供電應(yīng)統(tǒng)一到將市電220V整流后的高壓直流供 電，稱為TENOR供電【當(dāng)市電為230V(+10% -20%2峰值 系數(shù))時，直最高電壓為358V，最低電壓為260V】； 2021-6-37 3、高壓直流供電的組成、高壓直流供電的組成 2021-6-38 日本NTT公司的由交流200V整流變換為直流270V的系統(tǒng) AC200V DC270V DC270V 4、高壓直流供電方案的發(fā)展的特點及優(yōu)勢

6、、高壓直流供電方案的發(fā)展的特點及優(yōu)勢 4.1、可靠性：高壓直流可靠性遠高于目前UPS； 4.2、效率和節(jié)能：n+1的UPS系統(tǒng)考慮諧波的綜合因素其負載率不 高于60%、效率在50%-90%之間；而高壓直流系統(tǒng)在40%的負載率 下效率即可達90%以上； 4.3、影響效率的因素分析：設(shè)備內(nèi)部的DC/DC變換器的內(nèi)部功率 損耗和配電電纜的功率損耗（DC/DC變換器工作時，MOSFET的功 率損耗，包括MOSFET導(dǎo)通電阻（Ron）壓降損耗和輸出電容（ Cout）充放電的損耗，導(dǎo)通電阻上的損耗正比于MOSFET管的導(dǎo) 通電流，電容上的損耗正比于電源電壓和開關(guān)頻率； 2021-6-39 4、高壓直流供電

7、方案的發(fā)展特點及優(yōu)勢、高壓直流供電方案的發(fā)展特點及優(yōu)勢 4.44.4、-48V-48V和高壓直流的效率比較：和高壓直流的效率比較： 負載較小時，高壓直流系統(tǒng)的效率比-48V系統(tǒng)低。主要是 因為高壓直流系統(tǒng)DC/DC 變換器MOSFET 管輸出電容充放 電損耗大； 負載較大時，-48V系統(tǒng)的效率比高壓直流系統(tǒng)低。主要是 因為-48V系統(tǒng)的DC/DC 變換器中MOSFET導(dǎo)通電阻上的損耗 和配電電纜上的損耗較大； 所以，高壓直流供電系統(tǒng)用于負載功率較大的場合比較有 利（如，IDC)。 2021-6-310 4、高壓直流供電方案的發(fā)展特點及優(yōu)勢、高壓直流供電方案的發(fā)展特點及優(yōu)勢 4.5、系統(tǒng)效率的提

8、高：、系統(tǒng)效率的提高： 電源設(shè)備本身效率的提高； 通信設(shè)備內(nèi)部的電源模塊效率的提高； 降低配電線路的功率損耗； 從而減少機房空調(diào)制冷量的需求，減少電能需求，最終達到節(jié)能的目的。 4.6、高壓直流供電系統(tǒng)的可靠性高、效率高的優(yōu)點負載功率越大越突出；、高壓直流供電系統(tǒng)的可靠性高、效率高的優(yōu)點負載功率越大越突出； 4.7、面臨的困難：、面臨的困難：實現(xiàn)這個供電系統(tǒng)負載設(shè)備的濾波器、熔絲、連接器和 通信設(shè)備內(nèi)部的板上DC/DC變換器都需要相應(yīng)地改變，實現(xiàn)起來比較困難； 4.8、前景：、前景：這種電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能否采用，取決于未來負載機柜的功率要求是否 較大。從目前的電信和數(shù)據(jù)通信的發(fā)展情況看，這些負載設(shè)

9、備的功耗正在不 斷增加。因此，高壓直流供電系統(tǒng)還是一個有發(fā)展前途的電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 2021-6-311 評價名稱評價名稱評價標準評價標準直流供電直流供電結(jié)論結(jié)論 可靠性 系統(tǒng)簡單、單點故障少， 系統(tǒng)可靠性99.99% 直流系統(tǒng)簡單、無單點故障， 設(shè)備可靠性高，超過該標準。 滿足 效率效率大于90（滿載） 能源僅一次轉(zhuǎn)換， 模塊效率90 滿足 諧波干擾諧波不宜過大，20%有PFC電路，諧波10個時，每10只備用一個。 高頻開關(guān)電源系統(tǒng)宜具備模塊休眠功能。 4、相關(guān)要求：、相關(guān)要求： 4.4、系統(tǒng)采用懸浮方式供電：、系統(tǒng)采用懸浮方式供電： A、系統(tǒng)輸出應(yīng)與地、機架、外殼隔離；B、使用時，正、負極不

10、得接地； C、系統(tǒng)應(yīng)有明顯標識標明該系統(tǒng)輸出不能接地。 4.5、配電要求、配電要求 A、配電設(shè)備應(yīng)符合YD/T 585的相關(guān)技術(shù)要求，除了本技術(shù)要求所具體規(guī)定的 外，其余要求均可參照YD/T 585中相關(guān)條款。 B、直流電流額定值等級 配電設(shè)備的直流電流額定值在下列數(shù)值中選?。?50A、100A、200A、400A、600A、800A。 注：當(dāng)用戶提出要求并與制造廠協(xié)商后，可以生產(chǎn)上列數(shù)值以外的產(chǎn)品，但不 允許超出GB/T 762-2002規(guī)定的范圍。 2021-6-329 4、相關(guān)要求：、相關(guān)要求： 4.5、配電要求、配電要求 C、配電結(jié)構(gòu)：、配電結(jié)構(gòu)： 圖圖1、單系統(tǒng)雙回路、單系統(tǒng)雙回路

11、2021-6-330 根據(jù)負載重要程度，可采用單系統(tǒng)單回 路或雙回路供電（圖1），必要時也可采 用雙系統(tǒng)雙路供電（圖2）。 4、相關(guān)要求：、相關(guān)要求： 圖圖2、雙系統(tǒng)雙回路圖、雙系統(tǒng)雙回路圖 2021-6-331 4.6、過流保護方式：、過流保護方式： A、告警位置：、告警位置：重要的斷路器、熔斷器（如蓄電池）等，應(yīng)能發(fā)出聲光告警； B、交流輸入：、交流輸入： 系統(tǒng)總輸入過流采用交流斷路器保護； 每一個整流模塊輸入應(yīng)有獨立的斷路器； C、直流輸出：、直流輸出： 輸出全程正負極各級都應(yīng)安裝過流保護器件進行保護； 直流輸出各級配電（末級除外）應(yīng)采用熔斷器或直流斷路器保護； 直流輸出末級開關(guān)（即設(shè)備

12、輸入開關(guān)）應(yīng)采用斷路器保護； 所采用的斷路器或熔斷器都應(yīng)與系統(tǒng)的直流電壓相適應(yīng)； D、直流輸出電纜顏色標志：、直流輸出電纜顏色標志：正極母線：棕色；負極母線：藍色 2021-6-332 4、相關(guān)要求：、相關(guān)要求： 4.6、過流保護方式：、過流保護方式： E、通信設(shè)備電源接線標準（如圖）：、通信設(shè)備電源接線標準（如圖）： 直流輸出“正”極，對應(yīng)于設(shè)備輸入電源線的“N”端，正正N； 直流輸出“負”極，對應(yīng)于設(shè)備輸入電源線的“L”端，負負L； 通信設(shè)備輸入電源線的“地”端與系統(tǒng)保護地可靠連接，地地PE； F、直流配電部分電壓降、直流配電部分電壓降 直流配電部分電壓降不超過500mV(環(huán)境20)； 全

13、程壓降不超過額定電壓5%； 蓄電池單體連接條壓降不超過10 mV。 2021-6-333 4、相關(guān)要求：、相關(guān)要求： 2021-6-334 4、相關(guān)要求：、相關(guān)要求： 4.7、整流模塊、整流模塊 A、輸入、輸入COS、THDI的要求：的要求：當(dāng)輸入 額定電壓、輸出滿載時，模塊的輸 入功率因數(shù)（cos）、輸入電流諧 波成份（THDI）應(yīng)符合右表要求： 項目 技術(shù)要求 I類II類 THDI10%28% COS0.990.92 穩(wěn)壓精度：穩(wěn)壓精度：穩(wěn)壓精度應(yīng)優(yōu)于1%； 紋波電壓：紋波電壓：整流模塊直流輸出端在0MHz20MHz頻帶內(nèi)的峰峰值 電壓應(yīng)不大于輸出電壓標稱值的0.5%； 負載效應(yīng)（負載調(diào)整

14、率）：負載效應(yīng)（負載調(diào)整率）：不同負載情況下，直流輸出電壓與輸出 電壓整定值的差值應(yīng)不超過輸出電壓整定值的0.5%； 2021-6-335 4、相關(guān)要求：、相關(guān)要求： 4.7、整流模塊、整流模塊 負載效應(yīng)恢復(fù)時間負載效應(yīng)恢復(fù)時間 ( (動態(tài)響應(yīng)動態(tài)響應(yīng)) )：由于負載的階躍變化（突 變）引起的直流輸出電壓變化后的恢復(fù)時間應(yīng)不大于200s， 其超調(diào)量應(yīng)不超過輸出電壓整定值的5； 開關(guān)機過沖幅度：開關(guān)機過沖幅度：由于開關(guān)機引起直流輸出電壓變化的最大 峰值應(yīng)不超過直流輸出電壓整定值的5； 啟動沖擊電流啟動沖擊電流( (浪涌電流浪涌電流) )：由于啟動引起的輸入沖擊電流應(yīng) 不大于額定輸入電壓條件下最大

15、穩(wěn)態(tài)輸入電流峰值的150； 軟啟動時間：軟啟動時間：軟啟動時間（從啟動至直流輸出電壓爬升到標 稱值所用的時間）可根據(jù)用戶要求確定，一般3 s10 s； 2021-6-336 4、相關(guān)要求：、相關(guān)要求： 4.8、電池的管理功能、電池的管理功能 系統(tǒng)應(yīng)具有能接入至少兩組蓄電池的裝置； 系統(tǒng)應(yīng)具備對蓄電池均充及浮充充電狀態(tài)進行手動或自動轉(zhuǎn) 換的功能； 系統(tǒng)在對蓄電池進行充電時，應(yīng)具有限流充電功能； 系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)蓄電池環(huán)境溫度，對系統(tǒng)的浮充電壓進行溫度 補償； 在蓄電池充放電時，系統(tǒng)宜具備對蓄電池剩余容量進行估算 的功能（可選）； 系統(tǒng)宜具備蓄電池單體電壓管理功能（可選）； 2021-6-337 4、

16、相關(guān)要求：、相關(guān)要求： 4.9、并聯(lián)工作性能： 系統(tǒng)中整流模塊應(yīng)能并聯(lián)工作； 能按比例均分負載(50%100%額定輸出電流時)； 在監(jiān)控模塊正常工作時，其不平衡度應(yīng)不大于輸出額定電 流的5%； 當(dāng)監(jiān)控模塊異常時，系統(tǒng)輸出不會中斷，其不平衡度應(yīng)在 額定輸出電流的10%以內(nèi)； 當(dāng)單個整流模塊異常時，不影響系統(tǒng)的正常工作； A.在系統(tǒng)不停止工作的狀態(tài)下，在線更換故障模塊； 2021-6-338 4、相關(guān)要求：、相關(guān)要求： 4.10、系統(tǒng)效率、系統(tǒng)效率： 單個整流模塊額定輸出功率7.5KW時，效率 90%； 單個整流模塊額定輸出功率 7.5kw時，效率85% ； 4.11、系統(tǒng)音響噪聲： 系統(tǒng)正常工作

17、時，音響噪聲應(yīng)不大于65dB（A） ； 2021-6-339 4、相關(guān)要求：、相關(guān)要求： 4.11、保護功能、保護功能： 絕緣監(jiān)測及保護：顯示接地極性、發(fā)出告警、具備通信接口； 交流輸入過、欠電壓保護： 三相交流輸入缺相保護； 直流輸出過、欠電壓保護； 直流輸出電流限制（其標稱值的20%110%之間調(diào)整）或輸出功率 限制功能； 直流輸出過流及短路保護； 保護接地要求：明顯的保護地標志，接地銅螺母M8），接地線大于 10mm2，接地電阻應(yīng)不大于0.1 ； 過溫保護：自動降額或恢復(fù)； 2021-6-340 4、相關(guān)要求：、相關(guān)要求： 4.12、告警性能： 保護發(fā)生的同時，自動發(fā)送相應(yīng)的聲光告警信號

18、，并通過 通信接口將告警信號傳送到監(jiān)控設(shè)備上； 各種告警記錄的查詢功能和刷新功能； 告警信息失電不丟失； 4.13、防雷性能： 交流輸入端應(yīng)裝有浪涌保護裝置； 至少能承受電壓脈沖（10/700s、5kV）； 至少能承受電流脈沖（8/20s、20kA）的沖擊； 2021-6-341 4、相關(guān)要求：、相關(guān)要求： 4.13、安全要求、安全要求： 電氣間隙與爬電距離見下表： 額定絕緣電壓Ui，額定工作 電壓交流均方根值或直流V 額定電流 （mm）額定電流（mm） 電氣間隙爬電距離電氣間隙爬電距離 603535 60 Ui3005668 300 Ui6008121012 B、絕緣電阻與介質(zhì)強度： 各獨立

19、電路與地（即金屬框架）之間、無電氣聯(lián)系的各電路之間的絕緣電阻 不小于10M，且應(yīng)進行介質(zhì)強度試驗；且應(yīng)進行介質(zhì)強度試驗； C、系統(tǒng)接觸電流：不大于3.5mA； 注： 大于3.5 mA時，接觸電流不應(yīng)超過每相輸入電流的5%，如果負載不平衡，則應(yīng)采 用三個相電流的最大值來進行計算。在大接觸電流通路上，內(nèi)部保護接地導(dǎo)線的截面積 不應(yīng)小于1.0mm2。在靠近設(shè)備的一次電源連接端處，應(yīng)設(shè)置標有警告語或類似詞語的標 牌，即“大接觸電流，在接通電源之前必須先接地” 2021-6-342 4、相關(guān)要求：、相關(guān)要求： 4.13、安全要求、安全要求： D、材料阻燃性能：、材料阻燃性能： PCB的阻燃等級應(yīng)達到GB

20、4943中規(guī)定的V-0要求； 塑膠導(dǎo)線的阻燃等級應(yīng)達到GB/T18380.1-2001中規(guī)定的要求； 其他絕緣材料的阻燃等級應(yīng)達到GB4943中規(guī)定的V-1要求。 E、產(chǎn)品的防護等級：、產(chǎn)品的防護等級： 系統(tǒng)機柜的外殼防護等級應(yīng)不低于GB4208-1999中的IP20的規(guī)定； F、直接觸電的防護、直接觸電的防護 ： 系統(tǒng)內(nèi)交流或直流裸露帶電部件，應(yīng)設(shè)置適當(dāng)?shù)耐鈿?、防護擋板、防護門、 增加絕緣包裹等措施，防止在維護和操作過程中意外觸及； 用外殼作防護時，防護等級也應(yīng)達到IP20； 2021-6-343 4、相關(guān)要求：、相關(guān)要求： 4.15、系統(tǒng)電磁兼容性： 傳導(dǎo)騷擾限值應(yīng)符合YD/T 983-1

21、998中第5.1條的要求； 輻射騷擾限值應(yīng)符合YD/T 983-1998中第5.2條要求； 靜電放電抗擾性：系統(tǒng)機柜應(yīng)能保護產(chǎn)品抵御靜電的破壞， 其保護能力應(yīng)符合YD/T 983-1998第7.3條表9中“靜電放電”的 要求，應(yīng)能承受不低于8kV靜電電壓的沖擊； 4.16、系統(tǒng)可靠性： MTBF5104h； 注： 通過模塊并聯(lián)冗余方式來提高系統(tǒng)可靠性，即（n+k）方 式 2021-6-344 4、相關(guān)要求：、相關(guān)要求： 4.17、監(jiān)控性能：、監(jiān)控性能： A、主要功能：實時監(jiān)視系統(tǒng)工作狀態(tài)；采集和存儲系統(tǒng)運行參數(shù)；設(shè)置參數(shù)的掉電存 儲功能；接受局端命令對被控設(shè)備進行控制，通信協(xié)議應(yīng)符合YD/T1

22、363.3的要求； B、交流配電部分： 遙測：輸入電壓、電流（可選）、頻率（可選）； 遙信：輸入過/欠壓、缺相、過流（可選）、過頻（可選）、斷路器狀態(tài)（可選）； C、整流模塊： 遙測：整流模塊輸出電壓，每個整流模塊輸出電流； 遙信：每個整流模塊工作狀態(tài)（開/關(guān)機，限流/不限流），故障/正常； 遙控：開/關(guān)機，均/浮充/測試。 D、直流配電部分： 遙測：輸出電壓，總負載電流，主要分路電流（可選），蓄電池充、放電電流； 遙信：輸出電壓過壓/欠壓，蓄電池熔絲狀態(tài)，均/浮充/測試，主要分路熔絲/開關(guān)狀態(tài) （可選），蓄電池二次下電（可選）； 2021-6-345 5、有關(guān)定義的計算公式和方法、有關(guān)定義的

23、計算公式和方法 %100 )( 0 021 a aaa V VVV 負載效應(yīng) V0 直流輸出電壓整定值； Vmax 所測數(shù)據(jù)與整定值偏差（正偏或負偏） 最大的直流輸出電壓值。 %100 0 0max V VV 穩(wěn)壓精度 Va0 直流輸出電壓整定值。 Va1 負載功率為5%額定值時的直流輸出電壓值。 Va2 負載功率為100%額定值時的直流輸出電壓值 t V V t 1 201 20 ）（ 全程壓降 t測試時環(huán)境溫度； V2020時直流配電設(shè)備電壓降； Vtt時直流配電設(shè)備電壓降； 銅導(dǎo)體電阻溫度系數(shù)。 %100 I O P P 效率 P0 直流輸出功率。 Pi 交流輸入有功功率 2021-6-346 6、檢驗內(nèi)容表、檢驗內(nèi)容表 序號項 目 1交流輸入電壓允許變動范圍 2輸入頻率變動范圍 3輸入功率因數(shù)