高壓直流(HVDC)供電系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用(國外)演示幻燈片.ppt
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1、IDCIDC機房高壓直流供電系統(tǒng)機房高壓直流供電系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用技術(shù)主講人:杜秋主講人:杜秋2023/9/41目目 錄錄一、國外高壓直流供電系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用情況;二、附錄:DC for Data centers workshop,專題研討會 ppt 演示文稿2023/9/42一、國外高壓直流供電系統(tǒng)的一、國外高壓直流供電系統(tǒng)的 發(fā)展和應(yīng)用情況發(fā)展和應(yīng)用情況 -HVDC-HVDC與與AC UPSAC UPS、SELVDC SELVDC 的比較的比較2023/9/43 主要內(nèi)容主要內(nèi)容1.1.1.1.國外國外國外國外HVDC HVDC HVDC HVDC 電源系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用概述電源系
2、統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用概述電源系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用概述電源系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用概述2.HVDC 電源系統(tǒng)的概念(略)電源系統(tǒng)的概念(略)3.電信和數(shù)據(jù)中心的電源電信和數(shù)據(jù)中心的電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) AC AC 配電、機架級配電、機架級DC DC 配電、設(shè)備級配電、設(shè)備級DC DC 配電配電 4.電信設(shè)備輸入端的電信設(shè)備輸入端的電源接口電源接口(接口(接口“A”)介紹有關(guān)接口介紹有關(guān)接口“A”的的ETSI 標(biāo)準(zhǔn)(標(biāo)準(zhǔn)(ETSI ETS 300 132-2,ETSI ETS 300 132-1,ETSI EN300 132-3 V1.2.1,重點介紹,重點介紹ETSI EN300 132-3 V1.2.1)5.國外國外HVD
3、C 試驗試驗工程舉例工程舉例 HVDC 設(shè)備級直流配電和常規(guī)設(shè)備級直流配電和常規(guī)AC 配電的比較配電的比較6.附錄:附錄:DC for Data centers workshop 專題研討會專題研討會 PPT2023/9/441、國外國外國外國外HVDC HVDC 電源系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用概述電源系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用概述電源系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用概述電源系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用概述1.1、簡述、簡述目前,大型數(shù)據(jù)中心的電源系統(tǒng)需要已達10000KW 的電源,預(yù)計將來會增加到50000KW。服務(wù)器在壽命期內(nèi)的能耗超過其設(shè)備本身的購買價;數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)的設(shè)計對于通信局的節(jié)能至關(guān)重要。傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)是400/480VAC 交流UPS
4、電源系統(tǒng)(歐美)、380VAC交流UPS電源系統(tǒng)(我國);在電信系統(tǒng)設(shè)備全世界都采用-48VDC 直流電源系統(tǒng)(SELVDC);目前,國內(nèi)外普遍認為,高效率電源方案是采用較高電壓的直流電源方案,即高壓直流(HVDC)方案,這個方案在世界范圍內(nèi)已經(jīng)討論了10 年之久。目前仍處于試驗階段。2023/9/451.21.2、INTELEC INTELEC 對對HVDC HVDC 的特別關(guān)注的特別關(guān)注1999年,在21屆INTELEC 99(哥本哈根)會議:法國電信首次提出了高壓直流(整流的交流,rectified AC)是比較實際的電信設(shè)備與電源設(shè)備的接口;日本NTT 發(fā)表論文270VDC 系統(tǒng)用于電
5、信和數(shù)據(jù)通信的高效率高可靠性的電源系統(tǒng),闡明270VDC 電源系統(tǒng)比常規(guī)的48VDC系統(tǒng)優(yōu)越,可靠性高,成本低,效率高;2003年,25屆INTELEC 03(橫濱)會議:瑞典POWERBOX,NETPOWER,ERICSSON 等公司提出互聯(lián)網(wǎng)寬帶設(shè)備采用300VDC 系統(tǒng)供電的建議;2005年,在27屆INTELEC 05(柏林)會議:法國電信提出采用300-400VDC的DC UPS。1、國外國外國外國外HVDC HVDC 電源系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用概述電源系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用概述電源系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用概述電源系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用概述2023/9/462007年,在29屆INTELEC 07(羅馬)會議:u美國INTE
6、L公司提出在電信和數(shù)據(jù)中心采用400VDC 配電;u瑞典NETPOWER LABS AB 等介紹了9kW HVDC UPS 350VDC 運行一年的經(jīng)驗,并研究了現(xiàn)有數(shù)據(jù)服務(wù)器和其他計算機設(shè)備采用HVDC 供電的可能性(作為過渡步驟);u日本NTT 介紹了在HVDC 演示工程中采用的半導(dǎo)體開關(guān)的特性。自2003年起,幾乎每屆國際電信能源會議上均安排了與高壓直流電源系統(tǒng)有關(guān)的專題研討會。INTELEC2007會議期間召開專題研討會上“Future Trends in Power Supply for Telco and Data centres:AC or DC?”;1、國外國外國外國外HVDC
7、 HVDC 電源系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用概述電源系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用概述電源系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用概述電源系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用概述2023/9/471.3、現(xiàn)況、現(xiàn)況由于HVDC 系統(tǒng)的實施是一個涉及面十分廣泛的工作,不是僅僅由電源一個專業(yè)就可以解決的問題,雖然討論了10年,至今仍未能大規(guī)模成功地實施,仍處于試驗研究階段;近年來,電源研究單位和處理器/服務(wù)器廠家,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠家、IT運營商,電源廠家,以及一些大學(xué)等多次聯(lián)合召開了“DC for data center workshop”的研討會。還進行了一些試點工程。HVDC 電源系統(tǒng)有了新的發(fā)展;上述這些 DC for data center workshop 會議,對于HVDC
8、的應(yīng)用和發(fā)展具有非常重要的意義。1、國外國外國外國外HVDC HVDC 電源系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用概述電源系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用概述電源系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用概述電源系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用概述2023/9/481.41.4、20072007年年“DC for Data centers workshop”DC for Data centers workshop”研討會研討會概況概況:2007年 7月12日在美國,加利福尼亞,圣克拉拉市召開,由Intel Corp 主持。來自數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)的有關(guān)的40個公司的80名代表參加了會議。會議分成電壓等級、配電、連接器、安全接地等幾個專門研討小組進行研討;會議基本意見:會議基本意見:電壓等級:電壓
9、等級:會議討論了不同電壓等級的理由,雖然意見不盡相同,但多數(shù)傾向于350-400V 電壓(Sun、Intel 和其它公司都堅決支持未來的數(shù)據(jù)中心采用380VDC 的方案);配電:配電:專門研討小組支持在電信和照明應(yīng)用中采用直流(DC)電源配電方案。DC 電源在與可再生能源(例如太陽能,燃料電池)連接時,具有額外的優(yōu)點;接點接點/連接器和其他硬件(連接器和其他硬件(下一步工作是):研究制定380VDC 連接器的標(biāo)準(zhǔn);進一步評價PSU 的支持(HVDC)的時間;研究目前歐洲應(yīng)用的DC 斷路器;安全和接地問題:安全和接地問題:研究現(xiàn)有的380VDC 電路保護方案,漏電流和電擊危險;UL 額定380V
10、DC 連接裝置;在機架內(nèi)配電設(shè)備;機架工作人員的培訓(xùn)和認證;配電設(shè)備安裝人員的培訓(xùn)和認證;1、國外國外國外國外HVDC HVDC 電源系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用概述電源系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用概述電源系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用概述電源系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用概述2023/9/491.5、HVDC HVDC 專題研討會涉及和必須解決的主要問題專題研討會涉及和必須解決的主要問題安全問題:安全問題:高壓直流配電的安全等級與交流配電的安全等級是否相同?高壓直流配電能否保證設(shè)備和維護人員的安全?可用性和可靠性:可用性和可靠性:高壓直流配電與交流配電是否同樣可靠?高壓直流配電是否達到和超過交流配電的可用性?效率:效率:高壓直流配電在效率和節(jié)能方面比交流配電
11、優(yōu)越嗎?電源系統(tǒng)的模塊化可以使電源系統(tǒng)處于最佳的使用狀態(tài)。但是交流配電的雙母線系統(tǒng)不能做到最佳的狀態(tài),主要是由于變換器之間的功率分配的原因。高壓直流配電能建立一個新的最好的折中方案嗎?環(huán)境影響:環(huán)境影響:除了效率外,在環(huán)境方面,DC 和 AC 之間有沒有區(qū)別?一個重要的區(qū)別是:在 HVDC 母線上,太陽能或燃料電池更容易接入。可用性的標(biāo)準(zhǔn):可用性的標(biāo)準(zhǔn):為了實現(xiàn)從目前的AC/DC 混合配電應(yīng)用向完全的DC 配電轉(zhuǎn)換,必須制定配電元件的標(biāo)準(zhǔn);1、國外國外國外國外HVDC HVDC 電源系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用概述電源系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用概述電源系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用概述電源系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用概述2023/9/4102 2、高壓直流
12、配電的概念、高壓直流配電的概念實現(xiàn)HVDC配電的基本條件:1 必須有專用的HVDC 電源系統(tǒng)(電壓等級符合標(biāo)準(zhǔn)要求)。2服務(wù)器電源PSU 應(yīng)能接受HVDC 供電?,F(xiàn)有的交流輸入PSU(Power Supply Unit)可以接受一定值的直流電壓【如果服務(wù)器原輸入為220VAC10%,則直流母線電壓約為252VDC-308VD】,直接在現(xiàn)有服務(wù)器PSU上加此高壓直流電壓,可以簡單地實現(xiàn)HVDC 供電。但不夠完善,僅可作為過渡方案但不夠完善,僅可作為過渡方案。最大的挑戰(zhàn)是服務(wù)器、路由器和備用單元等必須有HVDC 輸入或AC/HVDC 通用輸入!3 相關(guān)的連接器、接地應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)安全要求。2023
13、/9/4113.3.電信和數(shù)據(jù)中心的配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電信和數(shù)據(jù)中心的配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)IDC的配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有三種:AC 配電、機架DC 配電、設(shè)備DC 配電。3.1 AC 3.1 AC 配電配電3.1.1 美國傳統(tǒng)480Vac的AC 配電,服務(wù)器中PSU(Power Supply Unit )可接受的電壓90-264VAC,三相480VAC 的線電壓其相電壓為277VAC,這超過了PSU 的電壓輸入范圍。輸入和輸出時常有隔離變壓器。在PSU中,AC 變換為DC380V-410V,再由隔離的DC/DC 變換器降壓為典型的為12VDC 或48VDC。一般是12VDC,甚至更低電壓級別元件。常規(guī)的480VAC
14、 電源系統(tǒng),采用典型的元件時,電源變換的總效率大約為電源變換的總效率大約為50%。當(dāng)。當(dāng)采用高效率元件時,效率可以達到采用高效率元件時,效率可以達到70%。2023/9/4123.1.2 3.1.2 歐洲的歐洲的AC AC 配電:配電:在歐洲,不需要PDU,因為大樓進線電壓是400VAC,這可以產(chǎn)生230VAC 的相電壓,此電壓在PSU 的輸入電壓范圍內(nèi)。在美國現(xiàn)已提出建議,通過采用自耦變壓器實現(xiàn)400VAC。這比在UPS 輸出端采用隔離變壓器,從480VAC 降壓至400VAC 的效率高。如圖2所示,還可以想象到采用480VAC 輸入和400VAC 輸出的UPS,這就可以取消自耦變壓器。3.
15、1.3 3.1.3 我國的我國的 AC AC 配電:配電:我國的AC 配電與歐洲的AC 配電基本相同,不同的是目前我國采用380VAC 交流電壓。3.3.電信和數(shù)據(jù)中心的配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電信和數(shù)據(jù)中心的配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2023/9/4133.1.3 3.1.3 減少減少UPSUPS損耗的損耗的ACAC配電配電為了減少UPS 的損耗,可以采用特殊的特殊的UPS,避免進行雙變換,避免進行雙變換。例如,雙變換UPS 一般可以通過旁路供電,僅在市電故障時才轉(zhuǎn)到雙變換UPS(非在線式)。另一個例子是采用delta 變換UPS,如圖3所示。雖然特殊UPS 提供了最高的效率,還應(yīng)考慮減少線路干擾和隔離的需要;特殊(
16、delta變換)UPS:在美國PDU是480VAC 輸入,采用變壓器;在歐洲PDU是400VAC輸入,無變壓器;3.3.電信和數(shù)據(jù)中心的配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電信和數(shù)據(jù)中心的配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2023/9/4143.1.4、典型的交流配電(、典型的交流配電(Typical AC Distribution Today)2023/9/4153.2 3.2 機架級機架級DC DC 配電配電(Rack-Level DC Distribution)有些廠家采用在設(shè)備機架上變換為48VDC 供電的設(shè)備。在機架級配置AC/DC 變換器(隔離的48VDC),如圖4所示。機架級DC 配電也可以在較高的DC 電壓等級上實現(xiàn),40
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