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科華240V高壓直流電源系統(tǒng)介紹 第一章 概述 隨著信息技術(shù)的發(fā)展與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的迅速擴大，尤其是高功率密度設(shè)備的大量應(yīng)用，使得“建設(shè)節(jié)約又安全的通信供電系統(tǒng)”成為了各大通信運營企業(yè)關(guān)注的焦點，對通信電源也提出了新的運用要求。 240V高壓直流電源系統(tǒng)是配合通信行業(yè)動力系統(tǒng)方案升級而推出的一款新型的大功率，高效、節(jié)能、環(huán)保的新型智能化電源系統(tǒng)，符合國家節(jié)能、降耗、減排的產(chǎn)業(yè)政策；降低通信系統(tǒng)運行能耗，提高可靠性的最佳動力系統(tǒng)方案。 圖1是IT設(shè)備的電源工作原理， 由上圖可見,雖然IT設(shè)備輸入是交流電源，但核心部分還是DC/DC變換電路，我們只要輸入一個范圍合適的直流電壓給DC/DC變換電路，就同樣能安全滿足IT設(shè)備工作。因為輸入端沒有工頻變壓器，所以輸入直流不會產(chǎn)生短路阻抗，就沒有必要非得交流輸入，不用交流也就沒有必要用UPS，由此因UPS交流供電引起的一切不利因素也就自然而然地消失了。如果我們輸入的直流合理配上蓄電池，輔以遠程監(jiān)控，構(gòu)成一個可靠的直流供電系統(tǒng)，就可取代UPS交流供電系統(tǒng) 高壓直流電源系統(tǒng)的的工作原理框圖如圖2所示： 240V高壓直流電源系統(tǒng)包括PFC AC/DC市電整流升壓電路、DC/DC變換電路、輸出濾波電路、監(jiān)控器、電池組等部分。在市電正常時，輸入通過PFC升壓成穩(wěn)定直流電壓，供給DC/DC變換器，輸出穩(wěn)定的240V直流，同時完成對電池的充電。當(dāng)市電異常時，電池通過直接給負載供電。由于采用世界領(lǐng)先的“三相三線功率因數(shù)校正技術(shù)”、“諧振電壓型雙環(huán)控制的諧振開關(guān)電源技術(shù)”，具有體積小、重量輕、效率高、功率因數(shù)高、輸入電流波形失真度（THD）低、高可靠等優(yōu)點。 240V高壓直流電源系統(tǒng)主要由整流柜（整流模塊、監(jiān)控模塊）、交流配電柜、直流配電柜(列頭柜)，電池柜（含電池管理）四大部分構(gòu)成，如圖3所示。 圖3 直流電源系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu) 整個系統(tǒng)采用模塊化進行設(shè)計，在提高電能使用效率，降低本身損耗，提高可靠性有了很大提高。同時，根據(jù)負載大小可以調(diào)整模塊工作的數(shù)量，使系統(tǒng)能夠工作較高的轉(zhuǎn)換效率。再者，系統(tǒng)的割接改造更為方便，直流電源只要做到電壓和極性相同就可以連到一起。 240V高壓直流電源系統(tǒng)優(yōu)點： l 一次能源變換，效率高 l PFC變換，諧波小，功率因數(shù)高 l 電池直接供給負載使用率高 第二章 科華240V高壓直流電源系統(tǒng)介紹 科華240V高壓直流電源系統(tǒng)采用全數(shù)字控制技術(shù)、系統(tǒng)智能化監(jiān)控理念進行研制的大功率、高智能、高可靠、節(jié)能、環(huán)保的綠色電源系統(tǒng)；主核心模塊采用CAN接口，配件以及選件模塊采用RS485接口，系統(tǒng)可靈活配置，易于擴展。 以下簡述各部分的組成、功能、基本配置、擴容等。為了滿足不同客戶需求，減少非標產(chǎn)品的制作難度，整個系統(tǒng)的設(shè)計采用模塊化方式，即整流模塊、配電監(jiān)控模塊、系統(tǒng)監(jiān)控模塊、電池管理模塊四大功能模塊，靈活組合各種不同配置，不同容量的系統(tǒng)。高壓直流電源系統(tǒng)應(yīng)用框圖如圖4所示； 圖4 科華240V高壓直流電源系統(tǒng)應(yīng)用框圖 機柜采用標準的800 * 800 * 2000機柜，系統(tǒng)包括監(jiān)控模塊（觸摸屏）、配電監(jiān)控模塊、整流模塊（5+1模式）、絕緣監(jiān)察模塊、模擬量監(jiān)測模塊（選件）、開關(guān)量監(jiān)測模塊（選件）、電池巡檢模塊以及電池組，各個模塊的主要功能如下： 1. 監(jiān)控模塊：主要功能為完成系統(tǒng)運行參數(shù)顯示、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、歷史記錄存儲、與上位機監(jiān)控平臺信息交互；RS485信息交互接口。 2. 配電監(jiān)控模塊：主要功能為交流配電、直流配電監(jiān)控，配電模塊開關(guān)量監(jiān)測，配電模塊絕緣監(jiān)察，與整流模塊信息交互實現(xiàn)整流模塊的數(shù)字化均流，系統(tǒng)智能調(diào)度；CAN、RS485信息交互接口，CAN接口實現(xiàn)與整流模塊的信息交互，RS485實現(xiàn)與顯示模塊、配件或選件模塊的信息交互。 3. 整流模塊：整流模塊是系統(tǒng)的核心部分，它將交流變換成直流（AC/DC），給負載供電，同時對電池充電，實現(xiàn)模塊數(shù)字化三電平三相APFC輸入功率因數(shù)校正，數(shù)字化三電平DC/DC變換，可由配電模塊DSP進行智能調(diào)度，額定輸出240VDC/40A，最大功率12KW；CAN以及RS485信息交互接口。 4. 絕緣監(jiān)察模塊：實現(xiàn)直流配電柜各支路絕緣監(jiān)察，RS485信息交互接口。 5. 模擬量監(jiān)測模塊：實現(xiàn)直流配電柜個各支路模擬量(支路電流)監(jiān)測，RS485信息交互接口。 6. 開關(guān)量監(jiān)測模塊：實現(xiàn)各支路開關(guān)量監(jiān)測以及遠程輔助控制，RS485信息交互接口。 7. 電池巡檢模塊：實現(xiàn)對電池端電壓檢測、電池內(nèi)阻檢測（預(yù)留）、電池電壓均衡性監(jiān)測、電池溫度監(jiān)測等，對于電池內(nèi)阻監(jiān)測功能本次設(shè)計先不考慮，后續(xù)進行完善。 8. 電池組：電池組是保證不間斷供電的關(guān)鍵，在交流停電時，由蓄電池給負載供電 科華240V高壓直流電源外觀如圖5 圖5 科華240V高壓直流電源外觀圖 2.1 產(chǎn)品特點 本產(chǎn)品為新一代的數(shù)字化模塊化產(chǎn)品，將具有以下特點： 1）系統(tǒng)監(jiān)控功能完善，高智能化； 2）智能化系統(tǒng)具有高效節(jié)能模式（由配電監(jiān)控模塊智能調(diào)度）、電池溫度補償?shù)裙δ埽? 3）整流模塊數(shù)字化均流，不均流度將優(yōu)于3%; 4）模塊化設(shè)計，系統(tǒng)N+1冗余模式，易于擴容，具有高可靠、高效節(jié)能等優(yōu)點； 5）由于模塊采用了全數(shù)字化設(shè)計，大大提高了系統(tǒng)的智能化控制程度，可方便實現(xiàn)模塊智能調(diào)度、輸出電壓智能調(diào)節(jié)、輸出電流智能調(diào)節(jié)、模塊功率限制等； 6）模塊的熱插拔設(shè)計，方便維護； 7）顯示觸摸屏設(shè)計，人機交互界面友好； 8）整流模塊與配電模塊采用CAN總線設(shè)計，其余模塊采用RS485總線擴展設(shè)計方案， 系統(tǒng)可根據(jù)實際需求靈活配置。 2.2產(chǎn)品應(yīng)用范圍 本產(chǎn)品為一種新型的不間斷電源產(chǎn)品，主要專門為通信用的IDC機房等應(yīng)用場所而設(shè)計。240V高壓直流系統(tǒng)輸出的是240V的直流電，用直流電給交流負載供電必須確保所接負載是開關(guān)整流型負載（如普通PC機、網(wǎng)絡(luò)交換機、光纖收發(fā)器、 服務(wù)器、磁盤陣列等IT設(shè)備），非開關(guān)整流型的交流負載（如照明、空調(diào)、消防以及所有感性負載等）不能用此系統(tǒng)供電，否則會損壞負載）此外，還有以下幾點要注意： l 服務(wù)器若是含有頻率檢測功能，則直流系統(tǒng)不能使用，需要經(jīng)過上電后測試確認 l 小型機由于是早些年購買的，上電前要檢測輸入電阻，若為幾十至幾百歐姆則不可使用直流系統(tǒng)。 l 取消保護接地就近接地的習(xí)慣，直流供電系統(tǒng)范圍內(nèi)全部采用三芯線 第三章 240V高壓直流電源系統(tǒng)性能指標 3.1基本電氣環(huán)境要求 型號 指標 240V高壓直流電源系統(tǒng) 輸入 特性 電壓范圍 380V（-30%~+40%） 電壓諧波含量 ≤5% 電流諧波含量 100%負載 ≤5% 50%負載 ≤10% 功率因數(shù) 100%負載 ≥0.99 50%負載 ≥0.98 缺相工作情況 缺相保護 頻率范圍 (Hz) 40－66 接入方式 三相三線、地線 電池電壓(Vdc) 240 適用電池容量 100AH~2000AH（可任意配置） 輸出 特性 功率(kW) 72（可擴展，最多480KW） 額定輸出電壓(V) 240 輸出電壓范圍 180V~300V 連續(xù)可調(diào) 輸出電流等級（A） 40 * N（N為模塊數(shù)量） 輸出限流 額定電流（20% ~110% ） 動態(tài)響應(yīng)(μs) 在20％負載躍變道80％負載時恢復(fù)時間≤200μS，超調(diào)≤5％ 穩(wěn)壓精度 ≤0.5% 穩(wěn)流精度 ≤1.0% 紋波系數(shù) ≤0.5% 效率 100%負載 ≥93% 50%負載 ≥92.5% 并機性能 ≤1%（監(jiān)控系統(tǒng)失效可正常工作，不均流度≤1%） 充電方式 均充/浮充（具有手動和自動模式） 系統(tǒng)絕緣監(jiān)測 直流母線以及直流支路均設(shè)置絕緣監(jiān)測 其 它 特 性 絕緣電阻 ≥10M 絕緣強度 輸出對地、輸入對地、輸入對輸出施加2.5KVAC, 1min無飛弧無閃絡(luò) 報警功能 電池異常、絕緣異常、市電異常、輸出異常、模塊異常、系統(tǒng)故障 防護等級 ≥IP20 面板顯示 友好的LCD觸摸屏人機互動界面 音頻噪聲 (dBA) ≤65dB 保護功能 交流輸入過壓欠壓保護、直流輸出過壓欠保護、輸入缺相保護 過載保護、直流輸出過流保護、短路保護、過溫保護 防雷等級 交流配電C級，直流配電C/D級（選配） 冷卻方式 風(fēng)冷（風(fēng)扇調(diào)速） 輸出要求 正、負極均不得接地，采用懸浮方式供電 尺寸 (mm) (寬深高) 8008002000 重量 (Kg) 表1　 科華240V高壓直流電源主要技術(shù)指標 3.2環(huán)境條件 裝置在以下環(huán)境條件下可正常工作： 項 目 參 數(shù) 備 注 工作溫度 -5 ℃～+40 ℃； 電信標準 儲藏溫度 -40 ℃～+70 ℃； 電信標準 工作相對濕度 ≤90%； 402C,無冷凝 儲藏相對濕度 ≤95%； 402C,無冷凝 大氣壓力 86 KPa～106 KPa。 噪 音 <65dB (在1 m處測量) 抗震性能 系統(tǒng)能承受頻率為10Hz~55Hz、振幅為0.35mm的正弦波振動 滿足標準 YD 5096-2005 海 拔 海拔高度≤1000m 海拔高度>1000m時，應(yīng)按GB/T 3859.2-93規(guī)定降容使用 表2　 科華240V高壓直流電源工作環(huán)境指標 第四章 240V高壓直流電源系統(tǒng)智能監(jiān)控管理介紹 4.1系統(tǒng)具有模塊智能調(diào)度功能，提高系統(tǒng)效率以及系統(tǒng)最大利用率。 1) 模塊休眠：當(dāng)每個模塊的負載低于70%時，系統(tǒng)監(jiān)控模塊根據(jù)算法，可以任意關(guān)閉一個模塊，使其處于待機狀態(tài)，實現(xiàn)系統(tǒng)最佳節(jié)能運行。 （系統(tǒng)模塊至少有3個處于正常工作狀態(tài)） 2) 模塊輪休：監(jiān)控模塊可以讓休眠模塊啟動運行，而讓在運行的模塊進入休眠狀態(tài)，實現(xiàn)輪流休眠，提高系統(tǒng)模塊的可靠性。 4.2系統(tǒng)具有智能管理控制功能，用以適應(yīng)不同應(yīng)用場合的需求，靈活配置。 1) 模塊調(diào)壓：根據(jù)監(jiān)控平臺可設(shè)置，模塊輸出電壓可以自動、連續(xù)調(diào)節(jié)。 2) 模塊運行模式控制：模塊既可以恒壓（浮充）方式運行，也可以恒流（限流）方式運行。 3) 模塊限流調(diào)節(jié)：系統(tǒng)可根據(jù)實際需求，設(shè)置調(diào)節(jié)模塊的限流點。 4) 模塊監(jiān)測：監(jiān)控模塊可以隨時調(diào)取模塊的所有狀態(tài)參數(shù)。 5) 遠程控制：監(jiān)控模塊上傳系統(tǒng)運行參數(shù)，接收遠端控制中心命令，控制系統(tǒng)運行。 4.3系統(tǒng)具有電池智能管理功能，延長系統(tǒng)電池組的應(yīng)用壽命。 1) 均浮充控制：系統(tǒng)可根據(jù)電池組電壓以及充電電流自動管理控制電池均充或電池浮充。 2) 定時充放電：系統(tǒng)可根據(jù)監(jiān)控平臺的設(shè)置要求，可自動完成對電池進行定期充電，定期放電管理。 3) 電池智能放電測試：系統(tǒng)電池測試時，可自動調(diào)低系統(tǒng)輸出電壓，讓電池帶載放電，當(dāng)電池電壓到達設(shè)定放電電壓時，監(jiān)控模塊控制系統(tǒng)停止放電，進入自動充電狀態(tài)，用以完成定期對電池自動放電，由于采用此種智能放電方式可以大大提高系統(tǒng)電池測試的可靠性；另外在此種放電測試條件下，系統(tǒng)計算電池的放電容量，判斷電池容量的變化程度，用以提示用戶。 4) 溫度補償：系統(tǒng)根據(jù)電池環(huán)境溫度，可智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出電壓，完成對電池浮充充電溫度補償功能（補償范圍：1mV~5mV/(C.cell），可由監(jiān)控平臺設(shè)置）。 第五章 240V高壓直流電源模塊簡介 5.1 整流模塊 我公司生產(chǎn)的高頻開關(guān)電源采用全數(shù)字化控制技術(shù)，采用三電平拓撲結(jié)構(gòu)，具有體積小、重量輕、效率高、空載損耗低、運行穩(wěn)定、可靠性高等優(yōu)點。并采用三相三線有源功率因數(shù)校正技術(shù)，使得交流輸入范圍寬，諧波干擾小。配有標準CAN和RS485接口，易于與自動化系統(tǒng)對接，適用于各種容量及電壓等級的直流系統(tǒng)。 5.1.1 模塊主要特點 采用全程軟開關(guān)技術(shù)高頻開關(guān)管及整流管全部軟開關(guān)，效率高，空載功耗小。 三相三線功率因數(shù)校正技術(shù)，功率因數(shù)高、輸入電流波形失真度（THD）低。 直流輸出內(nèi)置隔離二極管，可以不增加額外措施實現(xiàn)熱插拔。 模塊具有RS-485和CAN接口，方便接入自動化系統(tǒng)進行通信。 輸出過壓保護：內(nèi)置過壓保護電路，出現(xiàn)過壓后模塊自動鎖死，模塊故障指示燈亮，故障模塊自動退出工作，不影響整個系統(tǒng)正常運行； 輸出限流保護：每個模塊輸出電流最大限制為額定輸出電流的1.1倍。 短路保護：采用回縮下垂限流方式，模塊輸出特性先降低輸出電壓限制輸出電流，輸出短路時模塊在瞬間把輸出電壓拉低到零。模塊可長期工作在短路狀態(tài)，不會損壞，排除故障后模塊可自動恢復(fù)工作。 模塊并聯(lián)保護：模塊內(nèi)部并聯(lián)采用數(shù)字化控制，數(shù)字化均流，故障時模塊自動退出系統(tǒng)，不影響其它模塊正常工作。 過溫保護：模塊檢測散熱器溫度超過85℃時自動關(guān)機保護，溫度降低后模塊自動啟動。 5.1.2性能指標 表3 三相輸入240V輸出系列模塊特點及技術(shù)參數(shù) 型號 KHD240-40 輸出電流（A） 40 功率（KW） 12 重量(kg) 13 冷卻方式 強制風(fēng)冷 散熱器溫升 ≤20℃ 輸入電壓 范圍（VAC） 最小值 260 典型值 380 最大值 530 輸出可調(diào) 范圍（VDC） 最小值 180 典型值 240 最大值 290 穩(wěn)壓精度 ≤0.5% 穩(wěn)流精度 ≤1% 輸入功率因數(shù) ≥0.93 最大可聞噪聲（dB） 55 存儲溫度（℃） -40～60 工作環(huán)境 溫度（℃） -10～40 并機不均流度 監(jiān)控正常 ≤1% 監(jiān)控異常 ≤1% 啟動延時（秒） 3～8 峰--峰值雜音電壓 ≤0.5% 效率 100%負載 ≥93.5% 50%負載 ≥93% 自動限流特性 輸出電流超過輸出限流設(shè)定值時，恒流輸出，輸出電流不會增大。 輸出過壓保護 輸出電壓超過290VDC模塊自動停止輸出,以防損壞設(shè)備 輸出低壓保護 配電監(jiān)控模塊低壓保護告警點，默認點：160VDC 輸出短路保護特性 輸出短路時，模塊自行保護，以防損壞，排除故障可自動恢復(fù)工作。 絕緣強度 輸入對機殼2500VAC 1分鐘10mA 無擊穿、無飛弧 輸入對輸出2500VAC 1分鐘 10mA無擊穿、無飛弧 輸出對機殼2000VAC 1分鐘10mA無擊穿、無飛弧 模塊工作方式 自動模式 接受系統(tǒng)監(jiān)控模塊調(diào)度 手動模式 適用于模塊單獨工作，浮充態(tài)限流輸出（272.55VDC） 5.2 配電監(jiān)控模塊 直流240VDC直接作為模塊輸入電源，電源范圍：90VDC~300VDC。主要功能是檢測輸入和輸出的參數(shù)狀態(tài)，并通過485總線將信息上傳給主監(jiān)控平臺。 1） 交流配電方面，輸入通過監(jiān)測交流配電開關(guān)量、交流電壓以及交流電流，上報主監(jiān)控模塊用以顯示，并且通過主輸入電壓判斷用以控制模塊工作。 2） 直流配電方面，監(jiān)測系統(tǒng)直流配電空開開關(guān)量、電池組電壓、電池充放電電流、直流母線電壓、模塊總負載等。 3） 整流模塊方面，配電監(jiān)控模塊與整流模塊之間通過CAN總線進行通信，監(jiān)測整流模塊的輸出負載總電流，對各整流模塊下發(fā)模塊電流限流點命令，實現(xiàn)整流模塊進行數(shù)字均流；配電模塊可對整流模塊進行智能調(diào)度，控制整流模塊進行休眠，提高系統(tǒng)的利用率以及模塊的可靠性；配電監(jiān)控模塊接收主監(jiān)控模塊（整流模塊額定輸出電流限流點）設(shè)置信息后，通過CAN通訊下發(fā)給各整流模塊 4） 電池管理方面，配電監(jiān)控模塊可對系統(tǒng)進行均浮充自動裝換參數(shù)進行設(shè)置，并對電池電壓和電流進行監(jiān)控，防止電池過壓過流。電池處于浮充狀態(tài)，可對電池進行容量測試。 5） 其他監(jiān)控，包括防雷器空開，溫度監(jiān)測，絕緣監(jiān)測等 5.3 LCD監(jiān)控觸摸屏模塊 模塊電源由系統(tǒng)輸出240VDC直流電源經(jīng)過DC/DC裝換成為模塊輸入的24VDC電源，24V電源模塊電壓范圍：90VDC~300VDC 監(jiān)控模塊監(jiān)控方案如圖6所示 圖6 主監(jiān)控方案 通過485總線，主監(jiān)控觸摸屏與配電監(jiān)控模塊、開關(guān)量模塊、電池巡檢模塊、模擬量模塊和絕緣監(jiān)測模塊進行通信，各模塊將檢測到的數(shù)據(jù)上傳給觸摸屏進行信息顯示，觸摸屏通過人機互動下發(fā)設(shè)置信息給各個模塊。 5.3 配件小模塊 5.3.1 絕緣監(jiān)測模塊 240VDC直流電源直接作為模塊輸入電源，電源范圍:90VDC-300VDC。負責(zé)監(jiān)測母線絕緣、支路絕緣，并通過RS485接口將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控主機。1個模塊具有最多可監(jiān)測64路直流支路絕緣，最多可擴展15個模塊 監(jiān)察內(nèi)容 1）接收主監(jiān)控模塊下發(fā)的監(jiān)察通道設(shè)置，通過配電監(jiān)控模塊協(xié)調(diào)，實時在線監(jiān)察每路支路的絕緣狀況。 2）通過RS485通訊實時上報每個支路的絕緣電阻值（包含：支路編號以及絕緣阻抗）。 通過RS485通訊實時上報異常接地支路編號、極性、絕緣電阻值（測量誤差不大于整定值的15%）。 5.3.2 模擬量檢測模塊 240VDC直流電源直接作為模塊輸入電源，電源范圍:90VDC-300VDC。1個模塊具有最多可監(jiān)測64路直流支路電流，最多可擴展15個模塊。可通過觸摸屏設(shè)置電流霍爾額定值。 檢測內(nèi)容 1）接收主監(jiān)控模塊下發(fā)的模塊監(jiān)測通道數(shù)量以及霍爾規(guī)格，模塊根據(jù)通道數(shù)量進行各支路電流巡檢。 2）通過RS485通訊實時上報每個支路的電流值（包含：支路編號、支路電流） 5.3.3 電池巡檢模塊 240VDC直流電源直接作為模塊輸入電源，電源范圍:90VDC-300VDC。1個模塊具有最多可監(jiān)測64節(jié)電池端電壓（兼容2V/6V/12V規(guī)格電池），最多可擴展7組電池。可通過觸摸屏配置電池規(guī)格和電池組數(shù)。 監(jiān)測內(nèi)容 6） 接收主監(jiān)控模塊下發(fā)的模塊巡檢通道數(shù)量以及電池規(guī)格，模塊根據(jù)通道數(shù)量進行各節(jié)電池端電壓巡檢。 2）通過RS485通訊實時上報每節(jié)電池端電壓（包含：電池編號、端電壓）。 5.3.3 開關(guān)量檢測模塊 240VDC直流電源直接作為模塊輸入電源，電源范圍:90VDC-300VDC。1個模塊具有最多檢測64個開關(guān)量，最多可擴展15個模塊，通過主監(jiān)控平臺進行配置。單模塊最多可配置8個輸出輔助控制口?？赏ㄟ^觸摸屏設(shè)置模塊開關(guān)量通道數(shù)和模塊數(shù)量。 監(jiān)控內(nèi)容 1) 接收主監(jiān)控模塊下發(fā)的模塊監(jiān)測通道數(shù)量，模塊根據(jù)通道數(shù)量進行各個開關(guān)量巡檢。 2) 接收配電監(jiān)控模塊下發(fā)的控制命令，控制相應(yīng)輔助功能配置口，預(yù)留功能。 3) 通過RS485通訊實時上報每個監(jiān)測的開關(guān)量信息（包含：開關(guān)量編號、狀態(tài)）。