1UPS供電系統(tǒng)和-48Vdc系統(tǒng)存在的缺陷
1.1UPS供電結(jié)構(gòu)逆變器可靠性低
UPS供電系統(tǒng)如圖1所示，其可靠性模型見(jiàn)圖2。
眾所周知，DC/AC是UPS中成本最高、可靠性最低的環(huán)節(jié)。根據(jù)當(dāng)前設(shè)備可靠性水平，電池的可靠性Rb=0.99，而UPS中DC/AC的可靠性Ri=0.90，靜態(tài)開(kāi)關(guān)STS的可靠性Rs=0.99，根據(jù)圖2可計(jì)算出UPS備用能源的供電可靠性：
R=RbRiRs=0.99×0.90×0.99=0.88
可見(jiàn)，UPS備用能源在系統(tǒng)中的可靠性比電池本來(lái)具備的可靠性降低了很多。
圖1UPS供電系統(tǒng)圖
圖2UPS備用能源可靠性模型
1.2UPS系統(tǒng)整體利用率低
UPS冗余系統(tǒng)的每一路輸入配電都有可能是主用，其中任何一臺(tái)UPS都必須能夠帶起全部負(fù)荷。雙機(jī)冗余UPS系統(tǒng)負(fù)荷率<35%。UPS輸出三相不平衡，直接導(dǎo)致UPS降容使用，存在單機(jī)利用率低的缺點(diǎn)。
UPS輸入配電除主路外，其它輸入配電處于空載待用，使用效率很低，機(jī)房前期建設(shè)投入大和負(fù)荷規(guī)劃浪費(fèi)，而且后期系統(tǒng)擴(kuò)容難度大。
UPS帶來(lái)供電系統(tǒng)諧波分量增加，導(dǎo)致變壓器利用率下降、柴油發(fā)電機(jī)支撐能力削弱，影響到整個(gè)供電系統(tǒng)的安全性、利用率。
并聯(lián)UPS之間不可能消除環(huán)流問(wèn)題，還增加了UPS的無(wú)功損耗，降低了系統(tǒng)的可靠性。
1.3UPS應(yīng)急保障和可維護(hù)性差
UPS在線(xiàn)維修復(fù)雜、在線(xiàn)擴(kuò)容困難、割接難度大，不同設(shè)備型號(hào)、不同系統(tǒng)間無(wú)法實(shí)現(xiàn)互為冗余，逆變、濾波電容等關(guān)鍵器件更換困難。
若UPS逆變器發(fā)生故障，系統(tǒng)將轉(zhuǎn)向旁路供電，但對(duì)于某些通信負(fù)載，低質(zhì)量的市電可能對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重故障隱患，而且后備蓄電池組被隔離開(kāi)，起不到保護(hù)作用。
1.4-48Vdc系統(tǒng)無(wú)法滿(mǎn)足大功耗通信機(jī)房要求
近年來(lái)由于數(shù)據(jù)通信的發(fā)展非常迅速，機(jī)房耗電量越來(lái)越大，目前單機(jī)架功耗增加很快，某通信機(jī)房實(shí)測(cè)單機(jī)架功耗達(dá)9～12kW/架，有些單機(jī)架高達(dá)31kW左右!如果仍然采用-48Vdc，由于供電電壓低，與高壓240Vdc(中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)《通信用240V直流供電系統(tǒng)技術(shù)要求》將240V確定為通信行業(yè)高壓直流供電系統(tǒng)的標(biāo)稱(chēng)電壓值)相比，根據(jù)P=IU，同樣的功率，其電流是240Vdc的240/48=5倍。
對(duì)于同樣功率大小，電壓低時(shí)，電流增大。而對(duì)于電纜損耗P=I2R，同樣的電纜(電纜線(xiàn)阻一樣)，線(xiàn)損與電流的平方成正比。為了達(dá)到同樣的損耗水平，則需要大幅度增粗電纜線(xiàn)徑。例如，100kW的功耗，當(dāng)用48Vdc時(shí)，電流I1=100kW/48=2083A，當(dāng)采用240Vdc時(shí)，電流則為：
I2=100kW/240=416.6A
粗電纜，成本增加;大電流，意味著發(fā)熱量大，發(fā)熱量大意味著需要更多的空調(diào)來(lái)制冷。
2HVDC替代UPS的可行性分析
2.1HVDC取代傳統(tǒng)UPS的優(yōu)勢(shì)
傳統(tǒng)UPS供電原理圖如圖3所示。HVDC供電原理圖如圖4所示，比傳統(tǒng)的UPS少一個(gè)DC/AC逆變器及服務(wù)器機(jī)架內(nèi)部的AC/DC整流器，這樣大大提高了供電系統(tǒng)的效率，從而降低供電系統(tǒng)的發(fā)熱損耗，發(fā)熱損耗的降低也減少了空調(diào)的配置。通過(guò)HVDC供電方式的應(yīng)用可以比采用UPS供電節(jié)約電能10%～20%。
圖3傳統(tǒng)UPS供電原理圖
圖4HVDC供電原理圖
2.2投資建設(shè)成本分析
由表1可見(jiàn)，投資建設(shè)100kW系統(tǒng)：應(yīng)用HVDC電源系統(tǒng)比傳統(tǒng)型UPS低66%。
表1傳統(tǒng)UPS和HVDC電源建設(shè)投資成本分析對(duì)比
2.3占用機(jī)房面積分析
由表2可見(jiàn)，100kW電源系統(tǒng)占用機(jī)房面積：HVDC電源比傳統(tǒng)UPS少24.22%。
表2傳統(tǒng)型UPS和HVDC電源占用機(jī)房面積對(duì)比
2.4運(yùn)營(yíng)成本分析
由表3可見(jiàn)，100kW系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本：HVDC電源系統(tǒng)比傳統(tǒng)UPS低16.22%，年節(jié)省26.91萬(wàn)元。
表3傳統(tǒng)型UPS和HVDC電源運(yùn)營(yíng)成本分析對(duì)比
2.5節(jié)能分析
當(dāng)前，節(jié)能減排的觀念已經(jīng)深入人心。而因?yàn)楦邏褐绷鞴╇娤到y(tǒng)所具有的高效率，其在節(jié)能方面也會(huì)得到普遍認(rèn)可。以一個(gè)10kW的數(shù)據(jù)設(shè)備為例，可以通過(guò)以下兩組數(shù)據(jù)說(shuō)明這一點(diǎn)。
(1)傳統(tǒng)UPS供電系統(tǒng)
數(shù)據(jù)設(shè)備功耗：10kW;
數(shù)據(jù)設(shè)備整流損耗(75%效率):3.33kW;
UPS損耗(85%效率):2.35kW;
UPS輸入功耗即為15.69kW;
若空調(diào)功耗取UPS輸入功耗的0.4，其空調(diào)功耗為6.27kW;
合計(jì)功耗：21.96kW;
每年能耗：192376kWh。
按0.8元/度計(jì)算電費(fèi)，每年需153901元人民幣的電費(fèi)。
(2)HVDC供電系統(tǒng)
數(shù)據(jù)設(shè)備功耗：10kW;
數(shù)據(jù)設(shè)備變換損耗(88%效率):1.36kW;
高壓開(kāi)關(guān)整流設(shè)備損耗(93%效率):0.86kW;
高壓直流供電系統(tǒng)輸入功耗：12.22kW;
若空調(diào)功耗取高壓直流供電系統(tǒng)輸入功耗的0.4，
其空調(diào)功耗為4.89kW;
合計(jì)功耗：17.11kW;
每年能耗：149853kWh。
按0.8元/度計(jì)算電費(fèi)，每年需119882元人民幣的電費(fèi)。
從以上數(shù)據(jù)可以看出，每10kW的數(shù)據(jù)設(shè)備采用高壓直流供電系統(tǒng)每年節(jié)約的電費(fèi)約34018元人民幣。
所以說(shuō)，HVDC供電系統(tǒng)是值得期待的一種節(jié)能供電方式。
3HVDC與傳統(tǒng)UPS供電方案優(yōu)缺點(diǎn)比較
HVDC與傳統(tǒng)UPS供電方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表4。
表4HVDC與傳統(tǒng)UPS優(yōu)劣比較
4結(jié)束語(yǔ)
HVDC供電方式將逐步成為通信運(yùn)營(yíng)商機(jī)房一種新的供電模式，有理由相信，HVDC供電系統(tǒng)必將為我國(guó)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展發(fā)揮其應(yīng)有的作用。