时间：2023-03-13 11:25:22
序论：在您撰写高压直流供电时，参考他人的优秀作品可以开阔视野，小编为您整理的7篇范文，希望这些建议能够激发您的创作热情，引导您走向新的创作高度。
关键词：低压直流；高压转换；方法途径；自举升压
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
在低压直流供电线路特别是电子电路中，电路的绝大部分使用由电源提供的低压，但在线路的某一个部分或某几个部位，需要供高于电源的直流电压，若将整个线路的供电电压提高，既要重新更换或设计电源，又会给整个电路的部件提出更高耐压的要求：若不提高电源电压，需要高电压的电路部分又不能正常工作，本文就基于整个供电电路的低压电源，在某些部分产生较高的直流电压常采用的方法，通过一些具体实例做阐述总结。
【关键词】低压直流；柔性直流输电；超高压直流
目前直流电在我国电力系统应用有低压直流、柔性直流输电和超高压直流输电。低压直流主要用于发电厂和变电站的二次回路中，柔性直流输电正应用于智能电网，而超高压直流用于远距离电能输送或系统联网。低压直流也广泛应用于电子计算机电路中。
1. 学习直流电路的重要性
直流电路，是电类专业的非常重要的专业基础课程学习内容，教师学习和探讨的深度关系到学生专业课程的学习探讨的深度，学生学习的探讨的深度关系到学生未来的发展，也关系到学生职业的发展。
直流电路部分的学习，为学生后续的电子技术基础、电机学、电力拖动、电气自动控制、PLC、检测、电气设备、电力系统分析、供用电系统、供用电设备、继电保护、高电压技术、等等课程的学习至关重要。特别是在电力系统中控制和保护二次回路以及其他电气二次控制几乎采用直流电源。随着电力系统的发展，随着新能源的发展，输电系统采用“柔性直流输电”和超高压直流输电越来越多，这就要求我们要相当重视这一方面的研究。
2.低压直流在电子领域的应用
直流广泛用于电子电路、计算机等电路。电子电路、通信电路、计算机电路等所用直流一般是几伏或几十伏。如直流在晶体管放大电路中它主要作为集电极和基极的工作电源。机床控制电路也广泛应用直流。直流电的基础知识是电气类专业和机电类专业的学生学习专业课的基础。教学中重视直流电教学是提高教学质量和学生质量的关键。
3.直流在电力系统中的应用
3.1直流在二次回路中的应用
传统的电力系统继电保护、控制回路、信号回路等二次回路中，广泛应用着直流电，它们所用直流电源电压一般是220V。随着电力系统自动化水平的提高，在微机保护装置和微机自动装置电路中所用直流电压一般是几毫伏、几伏或几十伏电压。低压直流还作为厂站应急电源。
3.2在柔性直流输电的应用
“柔性”直流输电是采用先进的大功率电力电子器件组成的电压源换流器（VSC），其换流器采用IGBT绝缘栅双极型晶体管，它可以依据电网需要，灵活快捷地改变电能输送的大小和方向，并提供更优质的电能质量。多端柔性直流输电系统模块化多电平（MMC）技术，可灵活接入多个站点的风能、太阳能、地热能、小水电等清洁能源，通过一个大容量、长距离的电力传输通道，到达多个城市的负荷中心。这为新能源并网、大型城市供电以及孤岛供电等场合提供了一种有效的解决方案。
1997年世界上第一条柔性直流输电工程投运，目前国外有瑞典的Hellsjon工程、Gotland Light工程和美国的Eagle Pass、Cross - Sound Cable工程、丹麦的Tjaereborg工程等，到目前，世界上已经投运的柔性直流输电工程有11条。
我国是从2006年开始研究，2011年上海南汇柔性直流输电工程投运，其电压±30kV，输出电流300A，输出功率18MVA。国家电网公司是继ABB、西门子之后全球第三个掌握该项技术的公司。2013.12.25南方电网的南澳风电场多端（四端）柔性直流输电工程建成，电压±160kV ，传输功率200MVAV，三个换流站的容量分别是5万千瓦、10万千瓦和20万千瓦，未来岛上还将建设一座接纳海上风电的换流站。目前我国在建的有舟山工程多端（五端）柔性直流输电工程，电压±200kV。
有专家形象地说：“柔性直流输电技术就像在川流不息的江河上建造一个水库，既能接收上游河道的来水，又可以很从容的控制下游水的流量。”柔性直流输电技术对新能源的并网，如出力不断变化的风电并网是目前最合适的，它重点解决了风电场间歇式电源的并网问题，是国际公认的最具有技术优势的风电场并网方案。柔性直流输电技术是海上风电并网的唯一方式，特别适用于海上孤岛供电等偏远地区。柔性直流输电技术柔性直流输电可以大幅改善大规模风电场并网的性能，保障新能源发电的迅速发展。
柔性直流输电最大优点是能够快速灵活的调节其输出的有功功率和无功功率，可以独立的控制其输出电压的幅值、相位；柔性直流输电启动时不需要本地电源支撑；柔性直流输电具有良好的电网故障后的快速恢复控制能力，可以作为系统恢复电源。
3.3 超高压特高压直流输电
当需要大功率远距离输送电能，两大电网联网又遇到联网的稳定性问题时，需要用超高压或特高压直流联网。直流输电有其优越性：无系统稳定问题，在同输送容量下，直流输电比交流输电更经济，直流输电的线路投资是交流输电的1/3。当输电距离大于等价距离时，宜采用直流输电，反之采用交流输电。直流输电电晕干扰小；线路不存在电容电流，沿线路电压分布均匀，不需要无功补偿；调节快速，运行可靠。超高压直流特高压直流通过晶闸管换流器能快速调节有功功率，实现“潮流翻转”（功率流动的方向的改变）；当发生短路时，直流系统的“定电流控制”将迅速的短路电流控制在额定功率附近，短路电流不应互联二恶增大。其缺点是换流站造价较高，换流站会产生谐波。
我国最早的超高压直流输电是1990年建成的葛洲坝至上海的500kV超高压直流输电，后来相继建设了四川向家坝至上海的800kV直流输电工程和云南天生桥至广州的800kV直流输电工程。
三峡电厂的建设，使全国大部分地区电力系统得到了联网，实现了西电东送。三峡电厂输出工程主要有三个通道，中通道500kV交流向鄂豫间两回，鄂湘间两回，鄂赣间一回供电。东通道500kV直流向上海两回输电和500kV交流一回配套供电。南通道500kV直流向广东惠州供电。
4.结论
直流电广泛应用于用户端，应用于各行各业，应用于电子产品、计算机产品、通信网络系统、工厂设备、企事业单位。直流电广泛应用于电力系统中的低压直流系统、柔性直流输电和超高压直流输电。《电路》课程的学习是直流供电系统学习的基础。
参考文献：
[1]上海南汇风电场柔性直流输电工程25日正式投入运行，2011年7月26 上海政务网.
关键词：低压直流供电；柔性直流输电；超高压直流输电；
1、低压直流供电
1、1低压直流供电系统结构
为了能够满足电力系统的要求，即在孤岛和接入电网的状态下正常运行、连续供电性、电压稳定行、可扩展性等，在符合现行规范标准的前提下，提出了低压直流供电系统的结构，如图1所示[1]。
直流供电系统结构中AC/DC装置是由两个电源型整流器通过并联方式构成的，这两个整流器都采用了脉宽调制的控制方法，并配备了绝缘栅双极型晶体管，调节电压并稳定在正常需求水平上，同时也能降低交流系统中谐波的流入，其目的是为了提高系统的可靠性，使系统能够在孤岛模式下进行工作。分布式发电设备通过电源型整流器来实现与直流系统的连接，这种方法比较简单，稳定性比较好，能够保证供电的连续性。
1、2低压直流供电系统的质量可靠性
电力的稳定性和质量是用户比较关注的重点，其中电能质量对敏感类负载的影响较大，可靠性对应急负载的影响较大，数据类和商业类的负载对于二者都有较高的要求。因此使用直流供电能够有效的提高电能质量，并能进一步的提高供电的可靠性，减低损耗，减少成本，提高经济效益。
电力电子器件会影响供电的可靠性，而元件的故障率受负载和温度的影响比较大，因此低压直流供电系统中的电力电子器件需要能够承受一定的负载，并且对温度的波动有较好的的适应性[2]。
1、3低压直流供电系统的保护和控制
在低压直流供电系统中使用了较多的熔断器和断路器，当出现过载情况和短路的时候，系统能够自动的切断电源，保护了系统的运行安全。同时在直流系统降低电压的时候也可以应用交流断路器，但要注意的是需要重新的研究保护整定方法。在低压系统中比较容易出现就地故障，剩余电流保护装置虽对交流系统有较好的的保护作用，但是因为工作原理而无法直接用在直流系统中，所以需要另行设计。
低压直流供电系统的控制结构如图2所示，该系统能够有效的缓解各设备控制器之间的冲突，并减小瞬变状态对供电连续性和质量的不良影响。该控制系统的基础是电流控制，能够针对设计的阈值以及用户的指令来作出相应的反应，可通过对电流的控制来完成电压的稳定控制。
2、柔性直流输电
2、1柔性直流输电换流器技术
柔性直流输电换流器根据桥臂等效特性将换流器分为可控电源型和可控开关型，可控电源型换流器的各个桥臂中分散着储能电容，因此可以通过对桥臂等效电压的改变来实现交流侧输出电压的变化[3]。比较典型的代表就是模块化多电平换流器，可通过改变桥臂内串联子模块个数来完成等效电压的改变，根据子模块的类型可分为钳位双子模块型、全桥型、半桥型等；级联两电平换流器也属于可控电源换流器，它是由半桥电路级联而成的。模块化多电平换流器具有无需滤波装置、模块化设计、开关频率应力低、谐波含量少、电压畸变率低等优点。但是缺点也比较明显，因为串联的子模块很多，所以增加了系统处理的数据量，加大了对控制系统的要求，并且无法在直流出现故障的时候对交流进行隔离，使得安全性不高。
可控开关型换流器可以通过相应的脉宽调制技术来控制桥臂的断通，但是因为桥臂存在大量的串联开关器件，所以需要注意因开关通断引起的动态静态均压问题。两电平换流器的运行控制和拓扑结构都比较简单，但是交直流侧含有大量的谐波，需要加装滤波器，同时开关频率也比较高，使得换流器的损耗比较大；三电平换流器的开关频率比较低，谐波含量比较少，但是结构却比较复杂，经济性不好，可靠性不高。
2、2柔性直流输电控制和保护
柔性直流换流站级控制系统可以满足系统正常的启停操作和稳态的功率调节，包括无功和有功两类控制器，无功控制器实现了对于交流电压、无功功率的控制，有功控制器实现了对直流电压、有功功率的控制，运行的时候，二者互相配合又独立控制，保证了系统的稳定性和安全性[4]。
柔性直流输电控制保护系统不同于常规的直流输电，其阀级的控制保护系统更加复杂，特别是在模块化多电平柔性直流输电系统中，对于阀体的保护主要由阀级控制器来完成，换流站级控制器的作用微乎其微。因此对于保护控制的时机要求比较高，必须要高速同步控制，满足控制系统的实时性需求。
3、超高压直流输电系统
3、1超高压直流输电结构
超高压直流输电系统主要包括换流变压器、换流器、平波电抗器、直流避雷器、交流滤波器及控制保护设备等。换流器又被称为换流阀，它是换流站的关键设备，能够实现整流和逆变，阳极到阴极施加正向电压或者在门级上施加适当的电压能够触发换流阀导通，当电流将为零且阀的电压变成反向的时候，阀才不会出现导通情况，因为换流阀具备承受正反向电压的能力，所以可以实现交流和直流的变换[5]。平波电抗器具有降低直流线路的谐波电压和电流、避免逆变器换相失败、防止轻负荷电流不连续等功能。谐波滤波器，换流器在直流和交流侧均会产生谐波电流和谐波电压，它们可能会导致电容器和电机过热，同时干扰远动通信系统，所以在直流侧和交流侧都装有滤波装置。
3、2超高压直流输电系统故障分析
换流器常出现的故障有很多，换流阀短路故障是较为严重的故障之一，整流器阀大部分情况下承受反向电压，在经历反向电压增大或者阀的系统故障时候将会造成绝缘损坏，导致阀短路；逆变器阀大部分情况下承受正向压，在电压过高以及电压上升幅度过大的时候会导致阀短路。
换相失败也是比较常见的故障，因为换流器阀需要在承受反向电压的前提下才能实现关断，所以如果在这段时间当中阀没有恢复阻断能力，或者换相一直没有完成的情况下，当阀为正电压的时候，便会发生倒换相，使得应该开通A阀出现关断情况，导致换相失败[6]。
阀开通故障，因为直流控制系统的故障会导致触发脉冲异常，造成换流器的工作出现异常，导致阀出现误开通或者是没有开通的情况。
结束语：文章对低压直流供电、柔性直流输电、超高压直流输电进行了一系列的分析，对它们的结构进行了简单的介绍，简单分析了保护措施和控制方法。相关人员在进行参考的时候需要结合实际情况，对其进行方法改进和优化，不断的推动电力事业的发展和进步。
参考文献：
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[2]马为民，吴方拢杨一鸣，张涛. 柔性直流输电技术的现状及应用前景分析[J]. 高电压技术，2014，（08）：2429-2439.
[3]汤广福，贺之渊，庞辉. 柔性直流输电工程技术研究、应用及发展[J]. 电力系统自动化，2013，（15）：3-14.
[4]雍静，徐欣，曾礼强，李露露. 低压直流供电系统研究综述[J]. 中国电机工程学报，2013，（07）：42-52+20.
[关键词]高压直流供电技术 应用 前景
中图分类号：TM72 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）21-0051-01
随着社会和我国科技的快速发展，高压直流供电技术的应用也得到了迅猛的发展，高压直流供电技术被广泛地应用到很多领域中。在高压直流供电技术的发展过程中仍然存在很多的制约因素，这些制约因素主要表现在后端设备的适应性、电源系统的定型与量产、配套器件、监控系统等方面，如果想进一步发展高压直流供电技术，就要清除这些限制因素，只有这样才能推动我国高压直流供电技术和整个通信行业的发展。
1.高压直流供电技术概述
1.1 高压直流供电技术简介
高压直流供电指的是采用高压直流电源直接对采用220V交流输入电源的设备供电，采用这种供电技术之后，大大地改善了供电系统的工作效率。随着通信行业的快速发展，这种高压直流供电技术被广泛地应用到了通信行业当中，并且促进了高压直流供电技的发展，因为通信行业中的电源设备的要求在逐渐地提升，特别是互联网数据中心和多媒体数据中心的供电需求表现的更突出。目前，我国通信行业的电源容量的需求很大，已经达到了10000kw，传统的不间断电源系统已经不能满足其供电需求，传统的电源系统逐渐地暴露出了许多问题，比如说工作效率低、高能耗、故障多等。正是由于传统电源系统的诸多问题，所以很多通信公司就把目光投向了高压直流供电系统，这种系统是将将380V的交流输入电源转换为200～400 V的高压直流电，通过并联的整流模块组，接下来再通过高压直流配电设备输送给数据通信设备，并且可以同时给蓄电池组充电，这样就可以保证，当输送电源发生故障的时候，蓄电池组可以继续供电，保证整个系统的正常运转，效率值得肯定。
1.2 高压直流供电技术优点
高压直流供电技术具有很多传统供电电源不具备的优势，首先在使用的可靠性方面，要比传统的不间断供电电源可靠性更强，高压直流供电技术大大地提高了系统的安全性，传统的不间断供电电源组件复杂，可靠性差，相反高压直流电源的组件相对简单，并且具有蓄电池这个部件，保证了在系统发生故障时可以继续补充电源，保证了供电系统正常运转，总体的可靠性要强于传统的供电电源；其次，高压直流供电电源很好节约了能耗，传统的不间断供电系统负载很大，有时候主机不能正常运行。而高压直流电源采用了模块结构，这个系统可以根据输出的负载情况，由监控模块、监控系统或现场值守人员灵活控制模块的开机运行数量，这就很好地保证了系统保持着较高水平的负载率。
2.高压直流供电技术应用现状
2.1 高压直流供电技术的应用情况
目前，在国内对高压直流供电技术的应用主要表现为，中国电信公司在大力的使用和推广这种供电技术，电信公司与电源系统开发商共同研究高压直流电源，这种供电方式已经被广泛地认可，并且已经有很多网点开始使用这种供电电源了。虽然高压直流电源具有多种电压可以选择，但是缺乏后端设备厂商的支持，国内的高压直流供电系统还没有针对后端用电设备进行，然而，供电电压的选择一定要保证整个系统都可以正常运作，所以目前针对高压直流电源达成的共识是选用240V电压进行供电使用，而高压直流供电技术的相关问题也在逐步地解决当中，这些问题解决了，高压直流供电技术就迎来新的发展。
2.2 高压直流供电技术发展的制约因素分析
随着通信行业的发展，对供电电源要求逐渐提高，而高压直流电源就是在这种背景下应运而生，但是高压直流电源的发展并不是那么顺利的，这种供电技术的发展受到了很多因素的制约。第一，后端设备对高压直流供电技术的影响，虽然在很多试用点的使用过程中，高压直流电源能够满足后端设备的电源需求，但是这种电源标准并不是后端设备的标准电源，这样就使得整个系统在运行过程中存在着一定的风险，主要表现在以下方面：首先是技术风险，虽然使用高压直流供电的后端设备很多，但是从高压直流电源试点的运行情况来看，还是存在部分设备不支持高压直流电源，对设备是否支持高压直流电源的检测，必须是通过实际运行才能检测出来，这种检测是需要一定时间的，这就是说在检测结果出来之前都是存在着风险的；其次，法律风险，在使用高压直流电源的过程中，其实是在改变着采购合同约定的运行条件，所以说当后端设备发生故障时，运营商就处在了不利的境地，面临极大的风险考验，并且高压直流电源的使用很可能使合同双方陷入法律纠纷之中；第二，电源系统的定型和量产对高压直流供电技术的制约，由于高压直流供电技术还没有相应的技术标准，这就缺乏了对高压直流电源的技术引导，同时也缺乏使用经验，所以造成了高压直流供电产品没有最终定型，也就更谈不上高压直流供电产品的大量生产和使用了；第三，配套器件对高压直流供电技术发展的制约，在高压直流供电系统中，虽然大部分的器件都是较为常见的，但是存在一些比较罕见的器件，比如说熔断器、断路器等配电保护元件，这些器件是比较紧缺的，再加上高压直流供电的特殊电压要求，对这些器件的要求都是很高的，有些器件都是专用的，所以在市面上都是很罕见的，这些器件对高压直流供电技术的发展造成了很大的障碍；第四，监控系统对高压直流供电技术发展的制约，高压直流供电技术要想大规模地推广就必须纳入动力环境监控系统，开关电源倒是没有什么困难，只是配套的电池组很难实现，因为还没有能够提供专用电池监控的软件系统的供应商。
3.高压直流供电技术的发展前景
中国电信公司在逐步推广能服务器交流电源单元相兼容的240V直流电压，电信公司本着供电安全为第一要务的理念，逐步地实现节能、用电产品兼容性完善的发展目标，在这个过程中中国电信选择了高压直流电源作为设备的供电电源，在2012年电信公司的市场报告中显示，电信公司新增的数据电源市场中，高压直流电源的数量已经超过了传统不间断供电电源，并且电信公司决定在未来的发展中要继续扩大高压直流电源的应用。
同时，各大通信企业，比如腾讯、百度、阿里巴巴、浪潮等，都在大力推动高压直流电源的发展，这些企业考虑要直接采用高压直流电源直接引入定制的服务器，这些企业采用高压直流电源将大大地推动高压直流电源的发展和普及。所以说高压直流电源的未来市场是无限广阔的，高压直流逐渐地替代传统的不间断供电电源是一个必然发展趋势。当然，换句话说通信业在中国将会迎来更辉煌的明天。
4.结语
众所周知，我国的通信行业在快速的发展，发展的过程其实是新事物产生的过程，随着通信业的发展，对通信供电系统的要求就越来越高了，高压直流供电技术就在这种环境下应运而生了，但是高压直流供电技术要想得到推广和使用，就必须克服那些制约它发展的因素，不过从这种技术发展的事态来看，高压直流供电技术将在未来得到广泛地应用，发展前景是极为可观的，换句话说我国未来的通信业会得到更大的发展。
参考文献
[1] 朱雄世.国内外数据通信设备高压直流供电新系统.邮电 设计技术，2009（4）.
【关键词】高压直流电；供电技术；节约能耗
1 高压直流供电技术的优势
1.1 在技术方面的优势
可靠性大幅提升，高压直流供电技术引入的主要目的就在于提升系统的安全性。UPS系统本身仅并联主机具有冗余备份，系统组件之间更多地是串联关系，其可用性是各部分组件可靠性的连乘结果，总体可靠性低于单个组件的可靠性。反观直流系统，系统的并联整流模块、蓄电池组均构成了冗余关系，不可靠性是各组件连乘结果，总体可靠性高于单个组件的可靠性。
1.2 高压直流供电能大大节约能耗
目前大量使用的UPS主机均为在线双变换型，在负载率大于50％时，其转换效率与开关电源相近。但一个不容忽视的现实是，为了保证UPS系统的可靠性，UPS主机均采用n+1(n=1、2、3)方式运行，加之受后端负载输入的谐波和波峰因数的影响，UPS主机并不能满足运行，通常UPS单机的设计最大稳定运行负载率仅为35―53％。而受后端设备虚提功耗和业务发展的影响，很多UPS系统通常在寿命中后期才能达到设计负载率，甚至根本不能达到设计负载率，UPS主机单机长期运行在很低的负载率，其转换效率通常为80％多，甚至更低。对于直流电源系统而言，因其采用模块化结构，可根据输出负载的大小，由监控模块、监控系统或现场值守人员灵活控制模块的开机运行数量，使整流器模块的负载率始终保持在较高的水平，从而使系统的转换效率保持在较高的水平。
1.3 直流供电的带载能力大大提高
UPS系统带载能力受两个因素的制约，一是负载的功率因数，以国内某大型UPS厂商的某型主机为例，在输出功率因数为0.5（容性）时，其最大允许负载率仅为50％；二是负载的电流峰值系数，通常UPS主机的设计波峰因数为3，如果负载的电流峰值系数大于3，则UPS主机将降容使用。对于直流系统而言，不存在功率因数的问题；因其并联了内阻极低的大容量蓄电池组，加之整流器模块有大量的富余（充电和备用），其负载高电流峰值系数的负荷能力很强，不需专门考虑安全富余容量。
2 高压直流技术的应用前景分析
2.1 高压直流技术的应用现状
目前对高压直流供电的应用，总体情况是电信运营商非常热心，热切希望大规模高压直流供电，与电源系统厂商一起进行了大量了理论研究，国内业界已就包括高压直流供电电压、接地方式等关键问题达成了共识，高压直流供电已在部分本地网进行了试点。与之形成鲜明对比的是，到目前为止，后端IT设备还没有针对高压直流供电的电源技术标准，也没有大型IT厂商宣布支持后端设备高压直流供电。高压直流供电有多种电压可供选择，因为缺乏后端设备厂商的响应，国内高压直流供电的思路均是基于不对后端用电设备进行改造，供电电压的选择就必须保证在电源系统各种运行模式下，后端设备均可正常工作，目前国内业界对高压直流供电的标称电压已达成共识，即选用240V电压等级。
2.2 制约高压直流技术大规模应用的主要因素
2.2.1 后端设备的适应性
从目前运营商的试点情况来看，尽管采用单相UPS电源供电的后端设备绝大多数都支持高压直流供电，高压直流供电基本可保障后端设备的运行。但高压直流供电毕竟不是后端设备的电源标准，采用高压直流供电实质上是改变了设备电源的标称运行环境，因而对运营商而言存在较多的风险：技术风险：使用UPS电源供电的后端设备种类繁多，从目前运营商的试点情况来看，还是有部分设备不支持高压直流供电，对于具体的设备能否支持高压直流供电，能否在高压直流供电的额定输出电压、最低输出电压、最高输出电压下正常运行，只能针对具体设备进行电路分析和实际实验。对于在高压直流供电下能正常运行的后端设备，也需要用时间来检验其寿命是否会发生变化。法律风险：改变设备的电源运行环境，实质上是改变了采购合同约定的运行条件，如后端设备发生故障，运营商将处于较为不利的法律地位，面临着较大的风险。同时，对于高压直流供电最大应用场合的IDC机房，运营商通常与客户签订有严格的SLA（服务等级协议），供电电源的改变也会将运营商推向不利的地位，一旦客户托管设备发生故障，尤其是涉及到对服务连续性极为敏感的金融、大型SP等客户时，双方可能陷入长时间的纠纷，或以运营商的让步而告终。从现网试点情况来看，运营商普遍的心态还是感觉“高压直流电源稳定可靠，不会出现问题”，还没有从法律层面认真思考可能遇到的法律纠纷。
2.2.2 配套器件
高压直流供电涉及的元器件中，整流器模块所需的功率电子器件、电容、变压器等器件较为通用，供应不存在任何问题，但熔断器、断路器等配电保护元件就较为匮乏。高压直流供电系统日常运行电压（浮充电压）即已达到270V，普通熔断器均为交流熔断器，已不能支持这一电压等级，只能选用专用的直流熔断器，但目前直流熔熔断器生产厂家很少，市面上也难以见到。断路器的情况要好一些，普通热磁脱扣型塑壳断路器单极工作电压已可达250V，ABB、施耐德等大型厂商也可提供直流工作电压达220V的微型断路器，这两类断路器双极使用时工作电压均远远高于高压直流系统可能的最高电压（均充电压）288V，可为高压直流系统保护。但采用这两类断路器也存在较多的问题：1.技术问题：整定值易漂移；塑壳断路器安装尺寸较大；微型断路器易被碰刮误断、整定值通常不能调整、分断短路电流电流小。2.商务问题：产量较小，价格较高，供货周期长。
3 高压直流技术应用的推广
制约高压直流供电技术大规模应用的因素也许还有很多，根本的原因还在于没有后端设备高压直流供电的标准化，鉴于后端设备，尤其是IT设备，绝大部分的应用还在于社会的其他行业，仅仅依靠通信行业的力量难以有效推动电源标准的改进的，应该积极推动全社会对高压直流供电的认知，进而产生体现国家意志的法律、政府规章和技术标准，推动使用高压直流供电的IT设备的大规模生产和应用。在后端设备具备高压直流供电的条件，并大规模商用后，电源系统的标准化将迎刃而解，市场这只无形的手将推动前端电源零部件及整机厂商全力进行研发和生产，现阶段前端电源系统存在的种种制约将不复存在。
参考文献：
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【关键词】汽机安全监测系统；轴振动；保护；逻辑；串联
高电压直流式供电系统现在仍处于摸索检测时期，在规模化及市场化实现方面仍需要很长的路要走，但就能源节约效率提升方面而言，电源的发展趋势是高电压直流式供电。这项技术或系统的实现及应用将对通信业产生极为深远的影响，同时也能为电力安全及稳定保驾护航。
一、高压直流供电技术应用的必然性
1、系统可靠性大幅提升
引进此项技术是为了解决系统在安全方面及稳定可靠性方面存在的问题，并予以提升。但UPS体系自身也存有不足，即冗余备份，组件和组件的连接方式为串联，而系统是否具有可靠性要靠单个组件间在可靠性方面的结果配合实现，通常系统整体可靠性比单个组件低。某种情况下UPS体系瓦解导致蓄电池无法使用，则IT装置也随之断电。直流供电可解决这种现象，位于系统的并联式整流单元并联蓄电池，之后将其传输至负载供电，系统是否具有不可靠性也是由单个组件决定，通常系统整体可靠性比单个高。相关计算结果及实际操作都说明，直流机制在可靠性方面比UPS系统高。
2、带载能力显著提高，节约能耗
UPS系统的实际负载情况由两个因素决定：功率因数及电流峰值，UPS系统在平稳运转时刻实现的最大负载率是50%，也有可能低于50%。系统历经两次电流变动：从整流到逆变，所测得速率为75%。直流系统很好地解决了这一问题，由于它不需要功率因素的参与，而特殊的结构特点能够由负载输出量自动调整开机次数，从而确保了UPS负载水平的稳定性和可靠性，保证了UPS的转换速率。该系统由于没有逆变环节，因此系统在变流次数上只有一次，但电源率却可超过92%，使能量消耗量大幅度降低。
3、节省建设投资
为了保证UPS系统的可靠性，UPS主机一般采用1+1或n+1的方式运行。仅电源设备的投资，高压直流供电系统就可以减少30%。加上高压直流系统能量转换效率高，市电和油机系统的投资也可相应减少20%～25%。况且高压直流系统扩容方便，系统的电源模块也可根据需要分期建设，考虑投资折现率后，投资节约率将更加明显。
4、节省维护成本
高电压直流式系统在构造上选用模块方式，因此在维护上更加便利，可以实现带点热插拔。当发生故障时，整流环节与监控环节可以实现相互独立，互不干扰，从而保证系统的安全性。及时在进行割接作业时也无需断电。就UPS供电机制而言，其一体化程度较高，因此在并机方面实现困难，同时针对并机数量也有限制，因此无法实现不间断式割接。此外，此高电压直流系统和四十八伏直流电源在电池管理上具有同样功效，能够使电池使用时间更长。UPS在电池管理方面仍然存有很多问题，由于电池耗能多，因此使用寿命比较短。
二、高压直流供电技术应用的可行性
现阶段，电商最关注的是高电压直流式供电方式在市场的综合运用状况，某些本地网络已经开始使用这种供电技术，同时电信组织也在对其进行积极倡导。但要在数据通信机房大规模商用，替代原来的交流UPS对数据设备进行供电，总体原则应该是对现有IT设备不作任何改造，这样才有可行性。从试点的情况来看，尽管采用单相UPS电源供电的后端IT设备绝大多数都支持高压直流供电，但高压直流供电现在毕竟还不是IT设备的电源标准，还是有部分设备不支持高压直流供电。例如，采用ATX电源模块供电的IT设备就不可以改用直流供电。因此，对于具体的设备能否支持高压直流供电，能否在高压直流供电的额定输出电压、最低输出电压、最高输出电压下正常运行，只能针对具体设备进行电路分析和实际实验。虽然高压直流供电与交流UPS供电相比有诸多优点，但在现阶段，从交流UPS供电到高压直流供电必须有一个过渡过程，宜采用下列原则：（a）新建机房：新建数据通信机房应采用高压直流供电系统对IT设备进行供电。（b）原有机房：原采用UPS系统供电的IT设备仍继续使用UPS，同时新增一套高压直流系统提供可靠的备份，按主、备用方式分别对IT设备进行供电，待原有UPS设备寿命到期时，再将全部设备过渡到高压直流系统上进行供电。
三、通信机房高压直流供电系统应用
1、高压直流供电系统应用于通信机房的制约因素
目前制约高压直流供电系统应用于通信机房的因素主要有以下几个方面：（1）后端设备的适应性。采用高压直流供电系统时，会改变设备电源的标称运行环境，而目前通信机房中由部分后端设备并不支持高压直流供电，因此必须针对不同的设备进行电路分析和实际试验，将会增大技术风险。（2）电源系统的定型和批量化生产。目前高压直流供电系统并没有形成相应的技术标准，缺乏大规模商用的实践支持，因此电源系统的定型和批量化生产比较困难，导致产品的价格居高不下。（3）相应配电器件比较缺乏。高压直流供电系统的整流器模块所涉及的元器件比较常见，但是断路器和熔断器等配电保护元件比较匮乏，影响了系统的大规模推广。（4）监控系统。如果要在通信机房中大规模使用高压直流供电系统，就必须将其纳入到动力环境监控系统中，但是其配套电池组目前还没有厂家可以提供专用的240V电池组监控单元和配套的软件子系统。
2、高压直流供电系统应用于通信机房的推广措施
影响高电压直流式供电系统的应用因素中，后端装置的可用性至关重要。现阶段后端装置在通信行业使用量不多，使用比较多的行业是其他行业，所以单凭通信业无法实现电源指标的提升和改善，需要整个社会加强对高电压直流式供电系统的关注，从而促使国家制定相关法律规章及行业技术准则予以约束、规范，最终实现后端装置应用的批量化、规模化。
四、结语
虽然高电压直流式供电技术有很大的潜在发展能量，此外通信组织也对此做出详细的技术报告说明。但单纯依靠通信行业依然没有办法实现电源指标的改善和提升，这需要整个社会不断加大对高电压直流式供电系统的关注力度，促使国家制定有关法规及标准，从而实现高电压直流式供电技术在IT装置上的应用逐步规模化。
参考文献
关键词：高压直流供电；HDVC；数据中心；可靠性
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：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，公安边防总队级以上单位都建设了数据（信息）中心，随着网络和数据业务的迅速发展，传统的UPS供电模式的可靠性、安全性以及高能耗等方面问题逐渐显现，主要表现在：一是传统UPS电源模式效率低。对于总队级以上单位等供电级别要求高的机房，一般采用1+1冗余备份方式，每台UPS的实际负载多在35%以下，效率低下。二是UPS并机复杂要求高。为提高电源系统的可靠性和容量，数据中心交流UPS供电系统一般采用多台并机工作模式，并机控制电路复杂、要求高，每台UPS的输出电压相等，频率、相位一致，一旦并机控制电路出现故障，将导致UPS并机失败，无法给数据中心设备供电。三是存在安全隐患。市电断电后，UPS利用后备电池组逆变输出继续供电，若逆变电路出现故障，仍然无法正常供电。
近年来，国内许多数据中心机房采用了高压直流供电（HVDC High Voltage Direct Current）新的供电模式，对机房电源线路进行简单改造后，直接用高压直流电源代替传统的UPS电源系统，有效地降低了投资和运维成本，提高供电系统的可靠性。
2 边防数据中心使用高压直流供电的可行性分析
高压直流电源（HDVC）是一种新型的直流不间断供电系统，这里的高压直流是相对于传统通信机房使用的-48V直流通信电源而言的。HVDC系统主要由交流配电单元、整流模块、蓄电池组、直流配电单元、电池管理单元、绝缘监测单元及监控模块组成。正常状况下，整流模块将交流配电输出的380V交流市电转换成240V高压直流，高压直流通过直流配电单元给设备供电，同时直接给蓄电池组充电。当市电断电或交流输入发生故障时，转由蓄电池组给设备高压直流供电。
2.1 为什么直流电源可以替代交流电源？
图1是计算机设备电源工作原理图。计算机设备电源模块的输入是交流的，但是最终输出还是直流，其核心部分为DC/DC变换部件。只要能给DC/DC变换部件提供一个适合的直流电源，不用交流输入，电源模块也能正常输出。这种情况下，就可以不使用UPS系统，也避免了使用UPS而带来的各种不利因素。
2.2直流电源如何替代交流电源？
直流供电的设想是将一定电压范围的直流电源，直接从原来交流UPS输入端输入，对服务器等设备的电源模块不进行任何改造，这样就需要对电源模块能否满足直流供电的要求进行论证。图2和图3分别是负载设备在交流供电和直流供电时的整流原理。
图2中电源部分，交流输入正半周时的电流走向为：AD2CDD4B，负半周时电流走向为：BD3CDD1A，整流管D1、D3和D2、D4轮流导通。通过整流，交流电压从A、B端直接传输到C、D端，并保持C、D直流输出。
图3中电源部分，直接采用直流电压输入时，电压相位不变，整流管D2、D4一直导通，电压从A、B端直接传输到C、D端，并保持C、D直流输出。对比图1，对计算机等设备来说，不论在电源模块输入交流或直流电压，均可以正常输出直流电压，经DC/DC变换后，给计算机系统正常供电。
数据中心服务器、网络等设备开启后，运行功率是恒等的；当设备以220V交流供电时，它的等效直流是200V，如果给设备直接输入直流240V，提高了电压，流经整流管的电流小于输入220V交流时流经整流管的电流，设备电源模块不用改造即可满足要求。另外，高压直流供电时比交流供电时在二极管上产生的热量也要小很多。
2.3 HDVC供电模式在边防数据中心应用的可行性
目前，除程控交换机外，边防数据中心机房内主要设备有服务器、存储和网络等设备，都是交流供电，电源模块都自带独立得将交流电压整流成直流电压的全桥整流电路。由上所述，若将电源模块的交流输入端火线和零线对应输入一定等级的直流电压，设备亦可正常工作；当输入的直流电压极性接反时，电源模块的全桥整流电路变成了极性接反保护电路，设备也可正常工作。因此，对机房大部分设备而言，无须对设备电源电路进行改造，即可直接采用高压直流供电；对极少数使用半桥整流电路的设备，只需考虑高压直流输入的线路极性即可。
计算机等设备允许的交流输入电压范围一般为交流110～220V，经过整流后的输出电压为直流154～336V，选用高压直流供电系统时的输入电压应在154～336V（DC）之内尽量高，但应小于300V；配置蓄电池组时，高压直流电源系统额定电压应为12的整数倍（选用12V单体蓄电池时），这时，高压直流电源系统额定输出电压可选为240V，每组后备电池可配置20个12V单体电池，系统浮充电压设为270V，均冲电压设为282V。
由上可知，边防各级数据中心都可根据机房现状，采用输出电压为240V的高压直流供电系统代替UPS系统。在具体改造时，可采用模块化组合式HVDC系统，多个整流模块并联输出，以提高系统的可靠性及满足设备扩容要求。
2.4 高压直流供电的优缺点分析
高压直流供电系统与传统的交流UPS供电系统的对比，具有以下几点好处：
（1）提升电源系统可靠性
HDVC技术引入可大幅提升系统的可靠性。传统的UPS系统仅并联主机时具有冗余备份功能，系统组件之间更多的是串联关系，造成系统总体可靠性远低于单个组件的可靠性。当使用HDVC时，首先，蓄电池组与设备负载是直接并联关系，遇到市电停电或供电设备故障时，蓄电池组可不间断、直接给设备供电；其次，高压直流供电系统结构简单，只有电压幅值一个参数，各个电源模块之间不存在相位、频率、相序同步的问题，因此其可靠性得到大幅提升。
（2）提高电源系统效率
目前数据中心多数使用在线双变换型UPS主机，当负载率大于50%时，其转换效率与HDVC电源相当。当UPS主机采用n+1（n=1、2、3）方式运行时，UPS单机的设计最大稳定运行负载率仅为35～53%。UPS单机长期低负载率运行，其转换效率通常为80%左右，甚至更低。相比HDVC电源，结构上直流供电比UPS供电少了逆变器和输出隔离变压器两个环节，工作效率至少可提高10%；另外，直流供电系统多为模块化结构，支持在线热插拔，可根据输出负载的大小，灵活调整电源模块的开机运行数量，使整流器模块的负载率始终保持在较高的水平，从整体上提高系统的转换效率。
（3）消除了谐波污染
UPS的整流部分，根据电路结构目前常用的有6脉冲和12脉冲两种，无论哪一种均会产生谐波污染，当谐波分量超过10%时，若不治理，将会对市电电网以及机房设备造成严重负面影响。而直流供电不存在谐波污染，解决了上述问题。高压直流供电扩容方便，不存在“零地”电压以及其它不明干扰，也是它的明显优势。
（4）降低投资及运维成本
由于高压直流供电系统的核心是高频开关电源模块，模块生产技术已非常成熟，模块间的控制不用考虑同步、相位等因素，生产工艺简单，因此高压直流一次性建设成本低于传统UPS供电系统。
运维成本主要包括电费和维修成本，高压直流供电电源转换效率的提高，可节约35%～60%电费成本。在维修成本方面，由于直流供电系统的可靠性远高于交流UPS系统，且采用的整流模块化结构，现场替换非常方便，故维修成本也大大减小。
高压直流供电也不是十全十美，存在着以下缺点和问题：
（1）直流与交流电压的峰值虽然差别不大，由于没有过零的存在，直流电压危险性远远大于交流电压。
（2）对配电开关性能要求高。对于交流电，当短路时，过零点的存在使开关断开时产生的电弧容易灭弧。直流电因无过零点，灭弧相对困难。因此，直流供电系统采用的直流配电器件必须符合较高的安全要求，相应建设成本也会增加。
（3）数据中心设备种类繁多，虽然大部分使用开关电源的设备都可以用高压直流电源供电，但也有不少设备无法直接使用，如：具有启动过压保护功能的设备，不能直接进行使用，需要降压启动；具有输入端频率检测启动的设备，不能直接进行使用；部分电源对地设计有电感滤波，虽然不影响使用，但会造成正极接地；少数设备的电源输入端有工频变压器，输入直流会产生短路；风扇类设备要区别对待，交流输入的风扇使用直流电源会产生短路；显示器设备区别对待，CRT（阴极射线管）显示器，内部有交流激励回路的，不能使用直流供电。
因此，在数据中心电源改造之前，应检查所有负载的电源型号，记录在案，对于不能直流供电的设备另行处理。
3 边防数据中心采用高压直流电源系统工程设计中需注意的问题
高压直流应用在国内应用越来越多，未来将出现高压直流供电与传统交流UPS混合并存过度时期，从节能环保和可靠性方面考虑，建议边防部门新建数据中心可考虑采用高压直流供电系统；对原有机房改建、扩容的，更新设备可采用高压直流供电系统，原有UPS损坏或寿命到期时，可改用高压直流供电系统。在工程设计建设过程中，应注意把握以下几点：
（1）系统容量的选择。数据中心系统供电宜采用分散供电方式，单个系统容量最大不宜超过600A。应采用模块化设备，便于后期扩容。
（2）HDVC系统应对地悬浮。高压直流供电系统应采用对地悬浮方式，正、负极均不得接地；交流输入应与直流输出应电气隔离，直流输出应与机架、外壳、地电气隔离。
（3）系统应该配置有绝缘监控装置。由于高压直流电源系统不接地，当高压直流供电系统的负载出现故障时，对高压直流供电系统本身的保护及维护人员的保护就显得非常重要了。为了及时发现这种碰地故障，有必要对系统配置绝缘监控装置，用于监视直流系统对地绝缘状况，便于维护人员对供电回路的绝缘故障进行判断、查找和处理，保障设备系统及人身安全。
（4）采用直流型断路器及双极开关。HDVC的输出直流电压交高（240V），灭弧会很困难，要选用专门针对直流设计的直流型断路器，决不能将交流型断路器用在直流电路上。另外，由于高压直流电源系统直流电压高、正负极均不接地，两极都应安装开关，通过采用双极开关来分担分断电弧电压。这里特别提醒：为了安全起见，当采用高压直流电源系统替换现有UPS系统时，应将未端设备机架原有PDU的交流单极输入空开更换为与上一级同容量的双极直流断路器。
（5）统一系统未端负载的接线标准。直流输出“负”极对应于设备输入电源线的“L”端，直流输出“正”极，对应于设备输入电源线的“N”端，并将设备输入电源线的“地”端与系统保护地可靠连接。
4 结束语
通过全文的分析对比，我们可以看到在边防数据中心采用高压直流供电模式与传统的UPS供电模式相比有，在节能、可靠性等方面优势明显。高压直流供电模式在边防各级单位数据中心的应用，具有广阔的前景。
参考文献：
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[2] 魏华，衣斌，柳蕊.数据中心高压直流供电架构的优化研究[J].通信电源技术，2014（3）.
