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)當前設備可靠性水平，電池的可靠性Rb=0.99，而UPS中DC/AC的可靠性Ri=0.90，靜態(tài)開關STS的可靠性Rs=0.99，根據(jù)圖2可計算出UPS備用能源的供電可靠性：
R=RbRiRs=0.99×0.90×0.99=0.88
可見，UPS備用能源在系統(tǒng)中的可靠性比電池本來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UPS都必須能夠帶起全部負荷。雙機冗余UPS系統(tǒng)負荷率<35%。UPS輸出三相不平衡，直接導致UPS降容使用，存在單機利用率低的缺點。
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，機房前期建設投入大和負荷規(guī)劃浪費，而且后期系統(tǒng)擴容難度大。
UPS帶來供電系統(tǒng)諧波分量增加，導致變壓器利用率下降、柴油發(fā)電機支撐能力削弱，影響到整個供電系統(tǒng)的安全性、利用率。
并聯(lián)UPS之間不可能消除環(huán)流問題，還增加了UPS的無功損耗，降低了系統(tǒng)的可靠性。
1.3UPS應急保障和可維護性差
UPS在線維修復雜、在線擴容困難、割接難度大，不同設備型號、不同系統(tǒng)間無法實現(xiàn)互為冗余，逆變、濾波電容等關鍵器件更換困難。
若UPS逆變器發(fā)生故障，系統(tǒng)將轉(zhuǎn)向旁路供電，但對于某些通信負載，低質(zhì)量的市電可能對設備的安全運行帶來嚴重故障隱患，而且后備蓄電池組被隔離開，起不到保護作用。
1.4-48Vdc系統(tǒng)無法滿足大功耗通信機房要求
近年來由于數(shù)據(jù)通信的發(fā)展非常迅速，機房耗電量越來越大，目前單機架功耗增加很快，某通信機房實測單機架功耗達9～12kW/架，有些單機架高達31kW左右!如果仍然采用-48Vdc，由于供電電壓低，與高壓240Vdc(中國通信標準化協(xié)會《通信用240V直流供電系統(tǒng)技術要求》將240V確定為通信行業(yè)高壓直流供電系統(tǒng)的標稱電壓值)相比，根據(jù)P=IU，同樣的功率，其電流是240Vdc的240/48=5倍。
對于同樣功率大小，電壓低時，電流增大。而對于電纜損耗P=I2R，同樣的電纜(電纜線阻一樣)，線損與電流的平方成正比。為了達到同樣的損耗水平，則需要大幅度增粗電纜線徑。例如，100kW的功耗，當用48Vdc時，電流I1=100kW/48=2083A，當采用240Vdc時，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)來制冷。
2HVDC替代UPS的可行性分析
2.1HVDC取代傳統(tǒng)UPS的優(yōu)勢
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DC/AC逆變器及服務器機架內(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HVDC供電方式的應用可以比采用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投資建設成本分析
由表1可見，投資建設100kW系統(tǒng)：應用HVDC電源系統(tǒng)比傳統(tǒng)型UPS低66%。
表1傳統(tǒng)UPS和HVDC電源建設投資成本分析對比
2.3占用機房面積分析
由表2可見，100kW電源系統(tǒng)占用機房面積：HVDC電源比傳統(tǒng)UPS少24.22%。
表2傳統(tǒng)型UPS和HVDC電源占用機房面積對比
2.4運營成本分析
由表3可見，100kW系統(tǒng)運營成本：HVDC電源系統(tǒng)比傳統(tǒng)UPS低16.22%，年節(jié)省26.91萬元。
表3傳統(tǒng)型UPS和HVDC電源運營成本分析對比
2.5節(jié)能分析
當前，節(jié)能減排的觀念已經(jīng)深入人心。而因為高壓直流供電系統(tǒng)所具有的高效率，其在節(jié)能方面也會得到普遍認可。以一個10kW的數(shù)據(jù)設備為例，可以通過以下兩組數(shù)據(jù)說明這一點。
(1)傳統(tǒng)UPS供電系統(tǒng)
數(shù)據(jù)設備功耗：10kW;
數(shù)據(jù)設備整流損耗(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;
合計功耗：21.96kW;
每年能耗：192376kWh。
按0.8元/度計算電費，每年需153901元人民幣的電費。
(2)HVDC供電系統(tǒng)
數(shù)據(jù)設備功耗：10kW;
數(shù)據(jù)設備變換損耗(88%效率):1.36kW;
高壓開關整流設備損耗(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;
合計功耗：17.11kW;
每年能耗：149853kWh。
按0.8元/度計算電費，每年需119882元人民幣的電費。
從以上數(shù)據(jù)可以看出，每10kW的數(shù)據(jù)設備采用高壓直流供電系統(tǒng)每年節(jié)約的電費約34018元人民幣。
所以說，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)缺點比較
HVDC與傳統(tǒng)UPS供電方案的優(yōu)缺點比較見表4。
表4HVDC與傳統(tǒng)UPS優(yōu)劣比較
4結(jié)束語
HVDC供電方式將逐步成為通信運營商機房一種新的供電模式，有理由相信，HVDC供電系統(tǒng)必將為我國通信網(wǎng)絡技術的發(fā)展發(fā)揮其應有的作用。