CN102801204A - 一种240vdc高压直流供电系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种新型的240VDC高压直流供电系统及方法，采用12脉主变压整流器将市电交流电源转换成240VDC的直流电源作为系统主供电；系统的高频精密充电器对系统后备电池组的充电维护作为系统应急备份供电电源；直流静态开关装置根据市电质量状况，确定用电负荷由市电主回路供电或由应急备份电源供电的高速切换；使其能为IT通信设备、交换设备、计算机仪表控制装置和照明设备等提供不间断电力供应，本发明的后备电池组平时处在充电维护状态，仅在系统应急供电时启用，增加了蓄电池的使用寿命，提高了系统的可靠性、容错性，主变压整流器能极大降低系统对电网侧的谐波电流注入，符合国家相关标准。
Description
技术领域
本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种240VDC高压直流供电系统及方法。
背景技术
240V直流供电系统取代目前的交流不间断电源系统（UPS）早在上世纪的80年代的技术交流会上就有专家提出。由于UPS自身特有的缺点，决定了无法完全保障电信系统的安全供电和重要的自动化仪器仪表和DCS，SIS的保障要求，其较为频繁的自身故障给系统运行带来的事故层出不穷，给企业社会带来了许多的负面影响和经济损失。
在目前现有技术方案当中，典型的240V直流供电系统如图1所示，包括高压直流开关电源101，将输入的交流电源转换成高压直流电源；高压直流配电屏102，整合和分配高压直流电源，将高压直流开关电源101和蓄电池103作为输入，正负两极分别通过熔断器分配，输出到安装IT设备105的综合集装架高压直流控制单元104；蓄电池103在交流电源正常时，由高压直流开关电源101进行均浮充电，当交流电源故障时，自动向IT设备提供电能，保持IT设备供电不间断；综合集装架高压直流控制单元104，与架内需要供电的各个IT设备105连接，作为IT设备105电源输入通、断控制装置和过载保护装置。
但是，此种技术方案的主要技术特点在于直流配电屏102与蓄电池103采用并联结构，因此该方案存在着如下的缺陷：
1.高压直流开关电源101为了保证多组蓄电池103的均浮充电压，需要用到复杂的控制管理功能，不仅增加了系统负担，而且也大大降低了系统的容错性。
2.高压直流开关电源101在市电正常时不仅需要承担向IT设备负载供电的任务，而且还要同时对蓄电池103进行充电和维护，大大降低电池的使用寿命，降低了系统的可靠性。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种240VDC高压直流供电系统及方法，不仅增加了蓄电池的使用寿命，提高了系统的可靠性、容错性并且符合网侧技术指标的国家标准。
一种240VDC高压直流供电系统，用于将市电输入的高压交流电源转换成标称电压为240VDC的直流电，为IT和通信机房等类似设备供电，其特征在于，包括：
主变压整流器，用于将市电输入的三相交流电源转换成240VDC的直流电；
高频精密充电器，连接有后备电池组，用于将市电输入的高压交流电源转换成240VDC的直流电能存储于后备电池组当中，作为系统备份电源；
直流静态开关，作为市电供电电源与备份电源的冗余连接桥梁，240VDC主电源供电时，直流静态开关阻断，系统主回路为经过变压整流后的市电供电、当市电供应发生故障时，系统负荷经直流静态开关切换到备份电源，保证接入系统的用电负荷能不间断的运行。
所述主变压整流器采用至少12脉波的整流器。请叙说明下平衡电抗和平滑电抗技术在整流器中起到的作用
所述的直流静态开关连接有控制电路，控制电路实时监测市电输入电压和经过变压整流后的直流电压。
包括至少N+1冗余配置的高频精密充电器作为后备电源的电池组维护。
在直流静态开关未触发时，高频精密充电器处于充电状态。
在直流静态开关触发时系统供电转移切换到备份电源。同时高频精密充电器充电器休眠。
A．将市电输入的高压交流电源一路转换成240VDC的直流电并进行谐波整流处理，处理后输入主回路进行供电，一路转换成240VDC的直流电存储在后备电池组中；
B.检测主回路电压，当检测到主回路低电压时，切换到后备电池组供电并停止后备电池组的充电，当检测到主回路电压恢复正常时，系统主回路恢复为经过变压整流后的市电供电。
所述谐波整流处理采用至少12脉冲的谐波整流技术，降低谐波电流注入电网。
所述后备电池组包括N+1个后备电池作为冗余。
本方法采用直流静态开关，所述静态开关能高速切换主回路转到备份电源，市电恢复后，静态开关能及时阻断。
本发明提供的一种新型的240VDC高压直流供电系统及方法，采用12脉主变压整流器将市电交流电源转换成240VDC的直流电源作为系统主供电；系统的高频精密充电器对系统后备电池组的充电维护作为系统应急备份供电电源；直流静态开关装置根据市电质量状况，确定用电负荷由市电主回路供电或由应急备份电源供电的高速切换；使其能为IT通信设备、交换设备、计算机仪表控制装置和照明设备等提供不间断电力供应，本发明的后备电池组平时处在充电维护状态，仅在系统应急供电时启用，增加了蓄电池的使用寿命，提高了系统的可靠性、容错性，主变压整流器能极大降低系统对电网侧的谐波电流注入，符合国家相关标准。
附图说明
图1为现有技术的系统结构框架图；
图2为本发明的系统结构框架图；
图3为本发明实施例的系统电路结构图
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例附图详细描述本发明的技术方案。
本发明的设计思想在于突破原有市电直流供电系统的局限性，如图1所示，现有技术的市电直流供电系统，供电主回路与蓄电池103采用并联结构，所有蓄电池在工作时需要全部投入运行。高压直流开关电源101既要为接入负荷用电设备供电，又要为蓄电池103充电维护很难做到兼顾。同时，高压直流开关电源101同时控制多台电池组进行均、浮充电，容易降低电池使用寿命，电池的可靠性降低也大大增加后备电源正常运行的风险。
如图2所示为本发明提供的一种240VDC高压直流供电系统的主要技术框架，包括：
主变压整流器201，用于将市电输入的高压交流电源转换成240VDC的直流电。
高频精密充电器202，连接有后备电池组204，用于将市电输入的高压交流电源转换成240VDC的直流电能存储于后备电池组204当中，作为系统备份电源。
直流静态开关203，连接主回路和备份电源，当主变压整流器201正常工作输出240VDC的直流电时，直流静态开关203阻断，主回路直流电源直接输出为IT和通信机房设备等接入负荷供电；当市电供应发生故障或主变压整流器201非正常工作时，触发直流静态开关203切换备份电源接入负荷设备进行供电，保证IT和通信机房设备等供电不间断。
作为一个实施例，图3为本发明的系统电路结构图，如图所示，市电正常供应时，系统直接通过主变压整流器201将高压交流电源转换成240VDC的直流电并输入进主回路为通信设备供电，系统同时带有电涌保护电路207。
主变压器整流器201包括D-D/Y变压器205和12脉整流器206，为了减少供电系统产生的谐波注入市电网络造成的伤害，基于D-D/Y变压器205的12脉整流器206还包括平衡电抗器和平滑电抗器。不经技术措施处理12脉整流器206，理论上分析总畸变THD=15.2％。12脉整流器206在输入端配置了平滑交流电抗器；整流输出端配置有谐波注入技术的平衡电抗器后，总畸变THD参数可进一步降低至10％以下，在系统供电满载条件下实测可以达到小于5％，系统效率实测可达到96％，完全可以满足
中国电信的YD/T 2378-2011《通信用240V直流供电系统》和YDB037—2009《通信用240V直流供电系统技术要求》标准，尤其在可靠度指标上优于现有技术市电直流供电系统。
作为一个实施例，本发明的直流静态开关203采用晶闸管SCR（下称SCR）开关结构，基于SCR直流静态开关203其复杂程度远小于UPS的静态开关，由于没有系统同步等要求，可以做到非常高的低电压监测判断和开关投切响应速度。为了提高系统可靠性亦可以采用直流静态开关203并联控制电路的结构。控制电路实时监测市电输入电压和经过变压整流后的直流电压，当控制电路检测到主回路出现低电压，即行触发SCR，同时关闭高频精密充电器202。当市电恢复供电后，静态开关撤销触发电流。SCR即行阻断。高频精密充电器202逐步开机恢复充电。
直流静态开关203切换延时时间ton＜0.1mS，恢复时间不作要求。由于目前所有的IT和通信设备均采用单相电源，其开关稳压电源的滤波电容储能满载支撑系统的时间常数都要＞0.1mS，所以直流静态开关203的切换完全能满足系统不间断供电的要求。
高频精密充电器203和后备电池组204的配置按照N+1原则。系统根据需要调节高频精密充电器203启用的个数。当系统切换到后备电源供电，后备电池组204放电较深时，系统打开所有的高频精密充电器203为后备电池组204充电；当后备电源处于待机状态，高频精密充电器203的充电电流较小尤其在浮充状态时，系统仅需启动一台高频精密充电器203为后备电池组204充电；当后备电池组204充电完毕，高频精密充电器203即停止工作。在实际使用当中，由于市电供应出故障的几率非常低，高频精密充电器203处于待机和浮充状态几乎占到95％以上，与现有技术相比，大大增加了电池的寿命。为了便于管理，高频精密充电器203采用24小时自动切换工作制，出现故障同时立即开启下一台高频精密充电器203。每个高频精密充电器203均连接有隔离二极管，保证充电器电流的单向输出。
本发明还包括一种240VDC高压直流供电方法，其步骤包括，
A．将市电输入的高压交流电源一路转换成240VDC的直流电并进行谐波整流处理，处理后输入主回路进行供电，一路转换成240VDC的直流电存储在后备电池组中；
B.检测主回路电压，当检测到主回路低电压时，切换到后备电池组供电并停止后备电池组的充电，当检测到主回路电压恢复正常时，系统主回路恢复为经过变压整流后的市电供电。
本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种替换、修改和改变。因此，将理解，上述实施例仅仅是示意目的，并且不被解释为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种240VDC高压直流供电系统，用于将市电输入的高压交流电源转换成标称电压为240VDC的直流电，为IT和通信机房等类似设备供电，其特征在于，包括：
主变压整流器，用于将市电输入的三相交流电源转换成240VDC的直流电；
高频精密充电器，连接有后备电池组，用于将市电输入的高压交流电源转换成240VDC的直流电能存储于后备电池组当中，作为系统备份电源；
直流静态开关，作为市电供电电源与备份电源的冗余连接桥梁，240VDC主电源供电时，直流静态开关阻断，系统主回路为经过变压整流后的市电供电、当市电供应发生故障时，系统负荷经直流静态开关切换到备份电源，保证接入系统的用电负荷能不间断的运行。
2.如权利要求1所述的一种240VDC高压直流供电系统，其特征在于，所述主变压整流器采用至少12脉波的整流器。请叙说明下平衡电抗和平滑电抗技术在整流器中起到的作用。
3.如权利要求1所述的一种240VDC高压直流供电系统，其特征在于，所述的直流静态开关连接有控制电路，控制电路实时监测市电输入电压和经过变压整流后的直流电压。
4.如权利要求3所述的一种240VDC高压直流供电系统，其特征在于，包括至少N+1冗余配置的高频精密充电器作为后备电源的电池组维护。
5.如权利要求4所述的一种240VDC高压直流供电系统，其特征在于，在直流静态开关未触发时，高频精密充电器处于充电状态。
6.如权利要求5所述的一种240VDC高压直流供电系统，其特征在于， 在直流静态开关触发时系统供电转移切换到备份电源。同时高频精密充电器充电器休眠。
7.一种240VDC高压直流供电方法，其特征在于，
A．将市电输入的高压交流电源一路转换成240VDC的直流电并进行谐波整流处理，处理后输入主回路进行供电，一路转换成240VDC的直流电存储在后备电池组中；
B.检测主回路电压，当检测到主回路低电压时，切换到后备电池组供电并停止后备电池组的充电，当检测到主回路电压恢复正常时，系统主回路恢复为经过变压整流后的市电供电。
8.如权利要求7所述的一种240VDC高压直流供电方法，其特征在于，所述谐波整流处理采用至少12脉冲的谐波整流技术，降低谐波电流注入电网。
9.如权利要求8所述的一种240VDC高压直流供电方法，其特征在于，所述后备电池组包括N+1个后备电池作为冗余。
10.如权利要求9所述的一种240VDC高压直流供电方法，其特征在于，采用直流静态开关，所述静态开关能高速切换主回路转到备份电源，市电恢复后，静态开关能及时阻断。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Granted publication date: 20150819 |
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