通信用HVDC方案调研
——2015.10.20 周志达
一.国内外HVDC应用情况
从全球的发展趋势来看，近10年来由于数据通信技术和业务的发展迅速，通信机房特别是互联网数据中心（Internet Data Center，IDC）里交流不间断供电负载的功率密度越来越高，整体耗电量越来越大，给节能减排带来的压力与日俱增。 因此，20世纪90年代后期，国际电信能源论坛（INTELEC）已有报道，为了提高IDC的供电效率，一种减少转换层级、直接为服务器类通信负载提供400V或接近400V直流电压的直流供电技术理论开始被一些发达国家研究。1999年，第21届INTELEC论坛上，法国电信首次提出直流供电是比较可行的电信设备与电源设备的接口的观点。 至今十多年来，各个国家的在直流供电领域的主要尝试如图1. 1所示，其中对于中国电信目前应用主要为240VDC。
图1. 1国内外HVDC主要研究和实验
双拼方案
因此，从电压等级上可以看出，国外的研究和实验中采用的直流母线电压等级主要在300~400Vdc之间，其中美国和欧洲主推380Vdc，法国电信从一开始就尝试350Vdc，也积累了相当的应用经验。亚洲和澳大利亚采用220~300Vdc直流母线电压，主要考虑兼容现有的AC服务器电源，作为一种过渡电压是合适的。 1.国外HVDC技术研究发展
1.1.主要应用案例
法国电信作为该领域较早的参与者和提倡者，90年代提出的直流供电是一用不太成熟的整流后的交流方案（Rectified AC，rAC），即一种不带电压滤波调整功能的脉动直流电源。2008年才开始针对服务器机房直流供电问题进行研究，采用标称336V，兼容168只铅酸电池的工作方式，服务器供电单元（Power Supply Unit，PSU）则用经过改造的DC/DC降压模块后对服务器负载供电。
目前各国的一些应用尝试如表格1- 1所见，大部分尝试集中在380Vdc上，这样的选择是由于最初提出的HVDC系统时，各国关注重点都放在节省能耗、高效运行上。而最大程度的降低电能变换次数，则是在选择直流母线电压时主要考虑因素。
Intel公司实验室在验证通信用高压直流供电系统时[1]，用图1. 2所示演变过程讲解380V电压的由来，由于机房服务器电源设计时多采用ATX或SSI标准，在经过二极管全桥和PFC整流器后会有一条380V左右的直流母线。采用该电压等级可最大程度地提升系统效率，同时继承现有PSU中DC/DC技术。
图1. 2高压直流系统演变过程
瓶花木
1.2.具体应用情况
调制解调器固件
1.2.1.美国伯克利实验室
2006年开始美国伯克利国家实验室（LBNL）研究400V直流供电系统的可靠性，2008年后Intel公司加入研究项目，并制作了两组相同的
交流UPS和两组400V直流UPS对比，功率等级均为25kW。系统结构采用飞轮和电池共同挂在直流母线的形式，如图1. 3所示。市电输入先经过降压变压器将480Vac降为208Vac，在通过整流和稳压将直流母线稳定在380Vdc，经过服务器内部的DC/DC变换器再将380V变为12V
吸咪头
直流，给更细致的负载调压器供电。
图1. 3伯克利国家实验室直流供电系统结构图由图1. 4可以看到交流、直流两套系统共同运行时的场景，中间是变压器，将480Vac变为208Vac输入到左右两边，左边第一个直流UPS，内含三相电压源型整流器；第二个柜装有飞轮储能装置及断路器，三个黑的是服务器机箱，最后还有一个整流器作为冗余或者增容。
图1. 4交直流系统实物图
右边第一个是传统交流UPS，输出208Vac到配电柜中进行电能分配，之后三个服务器，最后有个-48VUPS作为示范。机架上的照明经过改造，作为直流照明的一个演示。详细说明图如图1. 5所示。
图1. 5系统详细说明
实验结果显示，仅仅是供电系统的改造就能在直流供电系统中得到
燃油调压阀
5~7%的效率提升（满载下）。具体而言，直流UPS效率提升4%，服务
器电源（PSU）提升2%，交流UPS中还集成了变压器来保证后端设备
接地需要。而直流UPS中采用悬浮地线，无需变压器，效率表现和系统
体积都得到提升。
1.2.2.日本NTT电信局
日本NTT电信公司从90年代开始就是HVDC供电系统的先驱研究
系统温度监控中心，2007年至今大大小小的示范实验已有七次，功率等级由20kW到100kW不等，是亚洲地区中，380V电压等级的重要推动者。
在一次100kW的实验中[2]，NTT设备局提出了如图1. 6的结构
图1. 6 NTT直流供电系统
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