高压直流电源系统-解决方案

通信数据中心机房直流供电系统解决方案前言传统的中心服务器机房的供电方式是：（交-直-交）-（交-直）的多级变换结构，交-直-交是UPS系统。长期的运行证明本方案有：变换级数多，可靠性低、效率低；设备利用率低、投资大、占地大、运营费用高；部分设备输入功率因数低，谐波污染大等诸多弊端。为此人们提出降低变换级数的直流直供、电池直挂方案。即（交-直-）-（直）的变换。本方案的优点是五级变换减少为三级，大大提高了系统的可靠性，大大提高了系统的效率，大大提高了设备利用率。带来了投资成本低、占地少、运行费用低、可靠性高、节能环保等诸多好处。已有的实验局运行表明：该方案可为用户带来：可靠性提高200%，运营费用降低15%，占地面积节省33%，投资成本节省20%，设备利用率由35%提高到90%。从理论上讲服务器输入交流电和输入直流电是一样的。对元器件的要求也是一样的。而且直流输入省去了服务器电源的APFC变换，更是提高效率，提高可靠性，无任何任何不良影响。只需要人们改变一下使用习惯。志成冠军集团公司根据多年电源研发经验，针对客户需求，响应国家政策，投入人力、物力为通信系统设计了高压直流供电方案：高压直流供电系统。该系统有240VDC、400VDC两种电压等级，配合交流配电柜、直流配电柜、交直流配电柜组成多种系统。针对小功率数据中心设计了融交流配电、直流配电、整流功能为一体的一体化高压直流系统。高压直流电源系统采用最新电力电子技术成果，最新数字控制技术，最新三电平拓扑结构，最新软开关技术，最新监控技术、网络技术、视频技术、电池管理技术、可靠性技术、智能化管理理念等。系统效率高、功率因数高、功率密度高、可靠性高、电磁干扰小。属通信系统的一类设备。满足节能、环保要求的绿色电源。高压直流电源系统简介CPHV-400-25ACPHV-240-40A电源系统是志成冠军集团集多年开发和网上运行经验，采用DSP技术、为满足核心网供电需求而设计的高可靠、高功率密度、高性能全数字化分立式通信电源整流模块，适用于大中小型交换局、数据中心、移动交换局及移动汇接局等场合。该系统由整流柜、交流配电柜及直流配电柜组成，单柜容量达300A（400VDC），并可通过并机扩容方式实现600A(400VDC)容量。系统特点：•三相三线制宽交流输入电压工作范围。•超大系统容量，低输入电流谐波，高功率因数。•完善的交、直流侧防雷设计。•整流模块采用全面软开关技术及休眠节能技术，高效节能。•完善的电磁兼容设计，符合CE、YD/T983-1998等标准。•整流模块无损伤插拔技术，即插即用，更换时间小于1min•智能化电池管理，有效提高蓄电池组性能及使用寿命•网络化设计，提供多种通信接口，灵活实现远程监控组网•完备的故障保护、故障告警功能。•直流配电柜采用模块化设计：配电监控模块化，开关组件模块化。可以根据需要随时增减直流配电开关模块数量，使用非常方便。交流配电柜、直流配电柜均配置有独立监控单元，可脱离系统独立使用。CPHV系列高压直流系统具有：运行节能、环保；操作方便、直观；安装简单、轻便；维护容易、快捷；扩容即插、即用。系统图片：系统性能参数表技术指标名称技术指标内容说明输入指标线电压(V)380电压类型交流三相三线频率(Hz)45-55功率(KW)120KW～160KW单个整流柜功率因素0.99电流THD值≤5%负载50%以上输入过压（V）456±5V+20%输入欠压（V）303±5V-20%输出指标输出过压（V）400+10V输出电流(A)0～30A稳压精度≤0.5%稳流精度≤0.5%纹波RMS系数≤+0.2%输出欠压（V）285±5V短路电流(A)≤30A回缩点,判断输出电压整机指标满载效率≥95%0Hz～20MHz杂波VP-P0.2%不均流度≤3%50％负责以上绝缘强度（V）2000VAC/50Hz10mA,1min无闪落绝缘电阻（MΩ）10对地开机浪涌无带软启动模块负载指示LED显示输出直流电流LED10段，+3LED输出电流显示精度≤±10%通信接口CAN2.0A环境指标电磁兼容EN55022CLASSA(YD/T983-1998)A级环境温度-20℃～45℃储藏：-40℃～70℃环境湿度≤90%（40±2℃）储藏：95%（40±2℃）海拔高度1500M以上时降额使用机械指标外形尺寸(W×H×D)544X88X430模块（MM）模块重量15Kg震动冲击承受峰值加速度为150m/s2、持续时间为11ms的冲击；承受频率为10～55Hz、振幅为0.35mm的正弦波振动防护等级IP21包装形式木箱包装其他指标并联扩展功能≤26模块并联运行数量散热方式风冷（带故障检测）负载、温度共同控制控制方式全数字控制TMS320F2808PBKA干接点无干接点均流方式数字均流系统原理图（两套整流柜）上述原理图是两套整流柜的大容量解决方案。其中主备整流柜输出可以单独组成母线（双母线），由一组独立的直流配电模块给18路～36负载供电。也可以将两直流母线连接在一起（单母线），由一组或两组直流配电模块给18路～36路负载供电。系统配置根据不同客户的要求，高压直流系统的配置方案有，一体化系统，分屏系统1，分屏系统2，分屏系统3，非标系统等。以下简单介绍。方案一：400V/200A一体化系统：交流配电、直流配电、整流模块、配电监控模块、系统监控模块均安装在一个柜体中。整个系统是一个柜体。适用于小功率系统。CPHV-400-200A-S一体化系统标准配置：名称型号说明数量备注1交流配电S4-250A四极交流空开+40KA防雷12直流开关模块DCB40A40A空开+绝缘监测+开关量+指示灯6电流可选3配电监控模块CPHV-MC400A配电部分电量检测14系统监控模块CPHV-MS400A系统智能控制中心15整流模块CPHV-400-25A8+1冗余整流模块配置9最大配置6电池组接入空开S3-250A三极交直流两用空开，带开关量，绝缘监测，电流检测，1电压检测系统柜采用2000mm*800mm*800mm服务器标准机柜.方案二：400V/300A分屏系统1：由一个整流柜、一个配电柜组成。适合于中功率系统应用。CPHV-400-300A-F1分屏系统Ⅰ标准配置：系统柜采用2000mm*800mm*800mm服务器标准机柜方案三：400V/300A分屏系统2：由一个交流配电柜、一个直流配电柜、一个整流柜组成。适用于中功率应用。单独配置直流配电柜主要是为了增加直流输出支路数量（列头柜）。名称型号说明数量备注1交、直流配电屏CPHV-400-300AS1个四极交流空开+40KA防雷+3个直流开关模块+1个配电监控模块+2组电池开关+开关量、绝缘监测等1电流检测直流开关模块电流可选2整流屏CPHV-400-300AR1个系统监控模块CPHV-MS400A+13个整流模块CPHV-400-25A112+1冗余CPHV-400-300A-F2分屏系统Ⅱ标准配置：系统柜采用2000mm*800mm*800mm服务器标准机柜名称型号说明数量备注1交流配电屏CPHV-400-300AS2个四极交流空开+40KA防雷+6个二极交流空开+2～4个三极交流空开+1个配电监控模块+开关量等1交流输入带电压、电流检测2直流配电屏CPHV-400-300DS2组电池开关+18～36个直流开关模块+2个配电监控模块+开关量、绝缘监测等1可选增加开关模块数3整流屏CPHV-400-300AR1个系统监控模块+13个整流模块112+1冗余方案四：400V/600A分屏系统3：由一个交流配电柜，一个直流配电柜，两个整流柜组成。适用于大功率，多负载的应用。直流配电部分可以采用单母线方式，也可以采用双母线方式。也可以再增加一个直流配电柜（做为列头柜）（一个直流配电柜可配置36直流开关模块，带36路直流负载）。CPHV-400-600A-F3标准配置：系统柜采用2000mm*800mm*800mm服务器标准机柜。名称型号说明数量备注1交流配电屏CPHV-400-300AS2个四极交流空开+40KA防雷+6个二极交流空开+2～4个三极交流空开+1个配电监控模块+若干开关量等1带电流、电压检测，2直流配电屏CPHV-400-300DS2组电池开关+36个直流开关模块+2个配电监控模块+开关量、绝缘监测等13整流屏CPHV-400-300AR1个系统监控模块+13个整流模块212+1冗余方案说明本文向客户提供了四种解决方案，客户根据自己的负载功率选择整流模块数量（整流柜功率）；根据负载路数选择配电柜是一体化交直流配电柜还是独立的交流配电柜、直流配电柜。包括直流配电柜中直流开关模块的数量（每个开关模块1路），电池组的组数等。上述方案中柜体数量、模块数量、开关数量、市电输入路数，电池组数，负载支路数，负载电流检测，母线连接方式等都可以选择。直流侧需要加防雷器时需要在订货时特别注明。客户可以参考我司直流产品技术手册、高压直流系统操作手册等，做设计选择、设备选型等。如有不明白的问题可以直接向公司研发人员咨询。工程安装高压直流系统所有柜体均为标准网络柜，带滚动轮，带底脚。用户可以将柜体移动到目标位置，然后调节底脚使其固定即可。所有柜体均为上出线方式。配电柜内已标明接线端子。客户一看就明白接线方式。所有负载输出已连接到端子排上，客户拿掉前面板，按照丝印接线即可。柜体内有接地铜排，安装时需要良好接地。交流配电柜内若需要单相开关时，请按三相四线制的接法引入中线。可参考高压直流系统操作手册等。中国电信陕西公司IDC机房动力改造方案根据客户要求：原2400KVA的UPS并联动力系统，其有功功率：2400*0.7=1680KW,再考虑20%的余量，实际负载功率=1680*0.8=1344KW。所以该系统可以由两组700KW的高压直流电源系统组成的动力系统方案替代。如下图所示：每组系统由一个交流配电柜，7个整流柜，2个总输出配电柜，5个列头柜、两组电池组成。总系统图：两组700K直流系统既可以单独带负载工作，也可以做成1+1冗余方式工作。若果负载时两路输入，建议采用两组共同带载工作。分系统图（700KW直流系统）：分系统介绍：交流配电柜：标准机柜：800*800*2000，内配双路市电自动切换开关，容量380V，1250A。可自动、手动切换，切换时间0.08～30S可调。安装100KA防雷器模块，实现浪涌电压防护。两路市电接入后再由8路250A-3P空开分8路输出。给7个整流柜供电，一路留用。交流配电柜内装一个配电监控模块(CPHV-MC240A)，用于两路市电检测，防雷器空开检测，8路负载（整流柜、其他交流设备）开关状态检测。通过CAN总线将交流配电柜的监测数据发给总监控模块（在直流总输出配电柜内）。两路交流输入电流检测可选，用户自定。机柜防护等级IP20，上进、上出线方式。其原理图如下：直流总配电柜：标准机柜：800*800*2000。直流总配电柜分为两个，一个接4个整流柜的输出，一个接3个整流柜的输出。每个直流总配电柜接入一组电池组。这样相当于将7个整流柜的输出分为A、B两组，每组根据容量配相应的电池组。两组可以独立带载工作，也可以并联带载工作。根据试点技术要求，各整流柜的输出通过熔丝在总配电柜内并联连接。再与电池组连接汇流。然后通过熔丝分配给各列头柜（直流配电开关柜）。总直流配电柜内装配一个系统监控模块，一个配电监控模块。系统监控模块与电池组、整流柜监控模块之间通过CAN总线通信。控制各整流柜调压、调流、遥控、遥测、遥信等；控制整流柜完成电池管理（自动充放电），负载分配，各整流柜之间均流，每个整流模块状态检测等；完成数据处理、事件记录、告警、上报后台或远端集中监控平台（以太网）。配电监控模块完成各熔丝状态检测、各整流柜电流检测、电池组电流检测、各支路绝缘监测。将这些数据通过CAN总线传给系统监控模块。直流总配电柜原理图如下：列头柜：标准机柜：800*800*2000。承接总直流配电柜输出，将其分配给每路实际负载。本柜主要由直流开关模块，配电监控模块，输入熔丝组成