高压直流供电系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种新型的高压直流供电系统，该系统可输出直流电，又可以根据需要切换输出交流电，可使高压直流供电适用于大部分应用领域，具有明显节能效果、安全可靠性高、维护简单、投资成本低等特点，其包括高压直流电源、备用交流电源以及用于将高压直流电源和备用交流电源互锁切换后输出给用电设备的交直流切换输出单元。本实用新型专利技术的有益效果：高压直流电源和备用交流电源双输入，输出高压直流电，又可通过交直流切换输出单元输出交流电，同时该系统中的高压直流电源和备用交流电源具有互为备份的作用。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电源与不间断电源供电技术，特别是指一种高压直流电源和直流供电配电系统。
技术介绍
随着金融、证券交易中心、海关、政府等单位业务的不断推进，传统业务与支撑传统业务的相关用电设备的不断萎缩，随之带来的是数据业务与新型相关设备的快速膨胀。而给这些设备供电的电源仍然采用传统的交流不间断电源系统(UPS)供电。随着转型业务与增值业务量的快速增长，交流UPS供电的模式在这些单位系统中安全性、可靠性和经济性等方面的问题越来越严重，主要体现在以下几方面:能耗高。由于交流UPS中采用了逆变器，蓄电池组接在逆变器前级，电源转换环节多，这就导致效率很低。为保证设备用电的安全可靠性，目前在交流UPS电源系统中，基本上采用1+1并机冗余备份系统或2+1并机冗余备份系统，这就使得系统效率进一步降低。由于UPS是一个整体设备，考虑到后期发展规划，机房建设初期，UPS系统建设就必须一次到位，但实际使用中业务的发展是一个渐进的过程，这就使得UPS的平均使用效率更低。综合上述原因，交流UPS系统的平均使用效率一般只有50%。安全可靠性低。交流UPS电源系统中，就单台设备而言，通过冗余技术可以使其UPS供电的可靠性大为提高，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，都可能导致整个供电系统“停电”瘫痪。另外，蓄电池组接在逆变器前级，一旦逆变器出现故障，就能导致整个供电系统“停电”瘫痪。在线维护、扩容难度大。由于交流UPS扩容涉及到交流电的频率、电压、相序、相位、波形等同步的问题， 不 像直流系统中扩容只关注电压一个参数。所以交流UPS每一次在线扩容都是一次艰巨的风险操作，甚至可能因为UPS制造商自身产品升级更新换代使得UPS扩容不可能，导致UPS设备单台故障时无法替换。建设投资成本大。随着业务的增长与新型相关设备的快速膨胀，按照现有的设备供电模式，每年需要建设大量的新的交流UPS系统。投资建设成本很大，尤其是涉及核心网络、重要业务平台、VIP客户业务等重要场景，从保障安全角度出发，往往选用进口 UPS系统，这就使得建设成本进一步加大。我国早在20世纪90年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机电源更新换代。进入90年代以来开关电源已广泛应用在各种电子、电器设备、程控交换机、通讯、电力检测设备电源和控制设备电源之中。现在大多数设备内部都有一个开关电源，当输入为交流电时，整流桥导通方向是交替变化的，经整流后变换成一个波动的高压直流电，然后再经过DC/DC电路变化降压成CPU、LED和各类电子元器件能正常工作的低压直流电。当输入为高压直流电时，整流桥是单边导通的，而且导通方向不变，此时在整流桥后端得到一个稳定的高压直流电，在经过DC/DC电路变化降压成CPU、LED和各类电子元器件能正常工作的低压直流电。因此只要给开关电源输入一个合适的直流电压，开关电源完全能够正常工作。我们知道当交流电为220V时，其实际峰值电压有311V，这就要求元器件的耐压等级都要高于峰值电压。所以我们选择的270V的直流电压低于交流电工作时的最高电压，有利于元器件的耐压安全性和可靠性。当输入为交流220V时，其等效直流电压是220V (考虑功率因数时更低)。用电设备的功率恒定时，根据欧姆定律，电压升高，电流下降。当输入270V的直流电时，电压升高了，电流减小为交流的0.81倍。根据热量计算公式:Q1 =KXI2 X RX T，假设开关电源的输入电阻R不变，开关电源的发热量在270V直流输入时为:Q2 = ΚΧ0.811X0.811 XRXT =0.656Q1.其中K为热量转化系数，T为单位时间。由计算结果得知，开关电源长时间工作时整流二极管R不变，在直流输入工作时产生的热量大约是交流输入工作时产生热量的1/2左右。而在实际应用中，根据二极管的伏安特性，整流二极管在直流输入时的等效电阻远小于交流输入时的等效电阻R。所以，开关电源在实际工作时产生的发热量远不到交流输入时的 1/2。因此，对现有的开关电源，高压直流供电在节能、提高效率及提高安全可靠性方面确实比交流供电要好。近年来，随着科技技术的不断发展，各种新型精密用电设备得到了广泛应用，对于电源的安全及可靠性提出了更高的要求。随着电源和供电技术的发展，出现了新型的高压直流供电系统。新型高压直流供电系统与传统的UPS供电相比较，在安全可靠性，节能率，可维护性和建设成本等方面具有明显的优势，并且已经在数据中心中推广使用高压直流供电系统，替代传统的UPS供电。但是随着新型高压直流供电系统的应用领域的不断扩大，用电设备越来越复杂，遇到了一些新的技术问题，含有`开关电源的设备支持高压直流供电，但是非开关电源的设备就无法使用了高压直流供电，只能使用交流供电。所以，即使高压直流供电有明显的优势，也不能应用到所有的用电场所，难以发挥高压直流供电的优势。同时高压直流供电一旦出现停电故障，并且蓄电池组电力耗尽的情况下，用电设备将处于“停电”状态。如果有其他备用电源的话，就可以通过切换装置切快速换至备用电源恢复电力供应。鉴于上述两方面的原因，要将高压直流供电推广到其他应用领域，发挥高压直流供电的优势，我们需要发展一种新型的高压直流供电系统，适用于任何用电场合，满足所有用电设备的供电要求。该高压直流系统提供直流电的同时，又可以输出交流电。同时高压直流电和交流电作为互为备份的电源，进一步提高了系统供电的可靠性。
技术实现思路
本技术的目的就是提供了一种新型的高压直流供电系统。该系统可输出直流电，又可以根据需要切换输出交流电，可使高压直流供电适用于大部分应用领域，具有明显节能效果、安全可靠性高、维护简单、投资成本低等特点。为实现上述目的，本技术采用如下技术方案:包括高压直流电源、备用交流电源以及用于将高压直流电源和备用交流电源互锁切换后输出给用电设备的交直流切换输出单元。高压直流电源输出标称电压为240V，实际电压为270V，工作电压范围为204V至292V，连续可调。进一步地，所述交直流切换单元包括直流输入端和交流输入端，直流输入端与高压直流电源输出端相连，交流输入端与备用交流电源输出端相连；交直流切换输出单元的输出端具有一个带互锁功能的选择开关，该交直流切换输出单元在交直流双输入的情况下，对于开关电源设备通过切换装置可以输出直流电，对于非开关电源设备，可以通过切换装置输出交流电。同时，在高压直流电源出现故障时，可以通过切换装置向用电设备输出备用交流电。进一步地，所述高压直流电源包括交流输入单元、整流模块以及蓄电池组。其中:1)交流输入单元，包括用于切换双路交流电源输入(市电和发电机)的手动/自动切换装置和交流监测单元，将两路交流电源输入与整流模块的输入端相连；2)整流模块，用于提供高压直流电源，整流模块的输出端分出并联的两路，一路连接交直流切换输出单元的直流输入端，另一路连接蓄电池组；3)蓄电池组，用于在整流模块不工作时通过交直流切换输出单元向用电设备供电。进一步地，所述交流监测单元用于两路输入和交流母线的电信号的测量，还可以根据两路输入状态发出输入切换装置的控制信号。交流监测单元包括检测CPU、显示界面以及用于测量三相电压、电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
高压直流供电系统，其特征在于：包括高压直流电源、备用交流电源以及用于将高压直流电源和备用交流电源互锁切换后输出给用电设备的交直流切换输出单元。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沈亚斌，
申请(专利权)人：浙江中碳科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：