通信电源

  通信电源机柜是引入交流电源,转换为输出直流电源供通信设备使用;其交直流之间转换用的是电源开关型变压型,具有体积小,输出功率较大,效率高等优点,可作成电源模块插入机柜使用,例一个48V 300A的电源机柜可由6个50A 48V的模块合并而成,也可根据负载量的大小分别投入使用;在机柜内下部还并接有一组蓄电池,平时从输出电源中取得少量补充电能以抵消电池内部损耗,停电时,供负载使用;通电时应首先确认交流电的接入是否正确,负载线路及设备接地端和电源机柜的接地端是否对应?空载开机,电压应符合机柜的输出电压,而无电流指示;合上供电线路(负载不接),机柜上的电压及电流指示数不变,接上负载,电压不变,而电流应和设备供电的电流相吻合!

 在前不久结束的通信电源年度盛会——“2011中国通信电源、局站环境标准宣贯与新技术论坛”上,来自电信运营商、电源企业及相关部门的400多名与会代表就高压直流供电系统等技术标准进行了深入探讨。根据供电到通信设备电源输入端的电源电压的种类,可分为交流供电系统和直流供电系统。目前,电信网络设备采用48V直流电源供电;数据通信设备采用380/220V交流UPS供电。传统的PDU就是给数据通信设备供电的交流380/220V电源分配单元。240V高压直流PDU是给数据通信设备供电的直流240V电源分配单元,高压是相对于48V低压直流电源供电而言的,但其供电的对象却不是电信网络设备,而同样是数据通信设备。380/220V交流供电系统的缺点。现有供电方式,一般的IDC服务器设备要求交流电源输入,即220V,50Hz的单相交流电源。IDC机房的服务器、路由器、磁盘阵列等网络设备的电源系统我们称之为交流UPS系统。交流UPS系统由整流器、逆变器、蓄电池和静态开关等组成。在市电正常时,市电交流电源经整流器变换为直流电供给逆变器,同时给蓄电池充电,逆变器将直流电变换为50Hz交流电供给负载。在停电时,蓄电池放出电能,通过逆变器变换为交流电,供给负载。为了提高设备供电的可靠性,通常采取了多台UPS冗余并机的方式,如1+1系统。此系统结构就决定了以下一些缺点:

    可靠性低

         UPS交流电源系统,就单台设备而言,通过冗余技术可以使UPS设备本身的可靠性大为提高,但就整个UPS供电系统而言,有很多不可备份的系统单点故障点,比如同步并机板、静态开关、输出切换开关等,这些单点故障点,都可能导致整个通信系统“掉电”瘫痪。即使采用相对可靠的串联热备份系统,切换电路的单点故障也容易造成整个通信系统“掉电”瘫痪,尤其是瞬间过载的容错能力差,一旦主机过载保护切换到备机,备机由于瞬间浪涌也同时过载保护自动切换到旁路,对于过去有人值守的机房可以立即人工处理,但现在普遍采用机房无人值守,一旦发生故障,恢复时间较长,危害很大。

能耗高。由于UPS中采用了逆变器,逆变频率为工频50周,必须采用工频变压器,所以功率因数低,效率低。正常情况下单机效率一般在60%-70%。为保证IT设备用电的安全可靠性,目前通信用UPS电源系统,均配置在线式串联热备份或N+1并机冗余模式;在N+1并机冗余模式中,由于交流电源振幅、频率、相位等参数严格要求同步,使得并机冗余模式控制系统复杂,随着N数值的增大,系统可靠性大大降低,所以最常见的配置为1+1并机冗余系统或2+1并机冗余系统,这就使得系统效率进一步降低,一般在40%-50%,实际使用中业务的发展是一个渐进的过程,兼顾到建设周期和业务发展规划,这使得平均使用效率只有20%-30%。这个能耗指标在过去通信业务以语音业务为主、数据业务比重很小的时代,IT设备耗能的绝对值很小,UPS系统效率低下往往被人们忽视。而目前正处在数据业务迅猛发展时期,数据业务将渐渐变为主流业务,IT设备的能耗越来越受重视,显然,这种低效率是无法忍受的。

维护、扩容难度大

         随着通信技术的不断发展,数据通信逐渐成为主体已经成为不争的事实。在网的程控交换必然逐步退网,并且随着数据业务比重逐步增大,按照现在的设备供电模式,会有大量的在网UPS系统扩容、大量新的UPS系统投入运行。因为UPS扩容涉及到电源的频率、电压、相序、相位、波形等问题,不像直流电源系统扩容只关注电压一个参数,所以每一次UPS在线扩容都是一次巨大的风险操作,甚至可能因为UPS制造商产品更新换代使得UPS扩容不可能,使得UPS单台故障时没有设备替换。按照现在的运行状态和维护模式,发生巨大灾难的“掉电”事件将频频引发。

高压直流供电系统的优点

    高可靠性

这点可以从三个方面体现:

一是采用直流供电,蓄电池可以作为电源直接并联在负载端,当停电时,蓄电池的电能可以直接供给负载,确保供电的不间断。

二是直流供电只有电压幅值一个参数,各个直流模块之间不存在相位、相序、频率需同步的问题,系统结构简单很多,可靠性大大提高。

三是交流UPS系统虽然可以提高冗余度来提高安全系数,但是由于涉及到同步问题,每个模块之间必须相互通信来保持同步,所以还是存在并机板的单点故障问题。而直流模块没有这些问题,即使脱离控制模块,只要保持输出电压稳定,也能并联输出电能。

    高效节能

工作效率提高和交流UPS系统相比,直流供电省掉了逆变环节,而一般逆变的损耗在5%左右,因此电源的效率得以提高。其次,由于服务器输入的是直流电,也就不存在功率因数及谐波的问题,降低了线损。最后由于并机技术简单,可以采用大量的模块并联,使每个模块的使用率可达到70%~80%,比起交流UPS系统提高了很多。

可维护、扩容便捷

采用高压直流供电,就如现在一直使用的48V直流系统一样,系统由模块组成,维护人员可以自己进行维护。因为是直流输入没有零线,因此,也就不存在“零地”电压,避免了一些不明的故障,维护部门也无需再费时费力去解决“零地”电压的问题。

由于采用模块化结构,现在一个模块的容量一般在10KW左右,只要预留好机架位置,扩容非常方便。同时在建设时,可以根据服务器的数量逐渐增加模块数,使每个模块的负载率可以尽量地提高,这对于节能也是非常有好处的。

利用高压直流对IT设备(IP设备)供电,改变了传统的供电模式,将以一个全新的理念注入通信电源行业,受到业界的高度关注,尤其是经济效益和社会效益显著,相信很快会被通信运营商和IT行业接受。

更新日期:2010-5-12

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