杭州中恒高压直流电源HVDC的应用.ppt

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1、高压直流系统 （HVDCS） 杭州中恒研发中心,HVDC与UPS的比较及应用环境,HVDC系统产品,应用案例,目 录,公司简介,公司简介,地理位置,天堂硅谷 - 硅谷天堂 杭州国家高新技术产业开发区,地理位置,概况,2001年7月11日杭州中恒电气股份有限公司成立 省级高新技术企业 注册资本：5000万元 占地面积3万多平方米，拥有2万平方米的研发生产大楼 现有员工430人,成长历程,1996年，朱国锭先生创立杭州中恒电讯设备公司； 1998年，销售额首次突破1亿元人民币； 2001年，股份制改建； 2010年2月5号 中小板上市 股票代码002364,公司目前主要从事高频开关电源系统的研发、

2、制造、销售和服务。 公司生产的通信电源系统、电力操作电源系统在通信网络、电网、电厂、铁路、城市轨道交通、采矿、冶金、石化等领域中得到广泛应用。 公司是国内少数几家能满足客户个性化定制要求、提供成套电源系统产品及综合解决方案的企业之一。,主要业务与产品,公司的主要产品为高频开关电源系统，包括通信电源系统和电力操作电源系统。,主要业务与产品,电力产品,中恒电力操作电源系统是根据电力行业的特点和运行经验，针对电力系统高可靠性和高性能要求而设计开发的高新技术产品。 中恒智能型应急电源（ZHEPS）是本公司集多年的电力电子与监控设备的运行与设计经验，采用最新的高频开关整流技术、SPWM高频逆变技术、电池

3、监测和微机监控技术开发的高可靠和高性能的新一代电源产品。,电力产品,满足不同需求的各系列监控装置和品种齐全,功能强大,运行稳定的各系列AC/DC、DC/DC、DC/AC等模块,通信产品,中恒室内通信电源系统凭借其优秀的内在品质、稳定可靠的性能及优质的产品服务，已成为通信行业和铁路、电力等领域通信电源的重要供应商之一,通信产品,为适应移动通信的发展，中恒推出了集配电、直流电源、温度调节、动力及环境监控等一体化组合设计的室外通信电源系统。,全国电网建设与改造所需产品选型厂推荐企业； 中国电源学会会员； 电力系统直流电源技术委员会会员； 通信维护企业移动基站维护规程的主要起草单位之一； 省级高频开关

4、电源研究开发中心； GZDZ1型智能高频开关直流电源柜是“国家重点新产品”（2002年） 中恒牌高频开关电源是“浙江省名牌产品”； “全国城乡电网建设与改造所需主要设备产品” 被评为浙江省著名商标； 杭州市专利试点企业。 高新区重点骨干企业,主要资质,12月，被杭州市科技局批准为市级研发中心,正式成立杭州中恒高频开关电源高新技术研究开发中心,7月，被浙江省科技局批准为省级研发中心,2000,2003,2005,研发中心,1,合作伙伴 华北电力大学、浙江大学、浙江省电力试验研究所、南京航空航天大学等等,2,政府扶持 每年获得政府近百万元的项目支援经费,3,知识产权 软件著作权14项，实用新型专利

5、8项，外观专利14项，并有1项发明专利正在领证；正在申请中专利13项,研发中心,电力产品主要销售地区:浙江、福建、上海、山东、安徽、云南、湖北、湖南、河南等十多个省市 通信产品主要销售地区： 江苏、浙江、福建、四川、重庆、贵州等二十多个省市 产品出口印度、越南、塔吉克斯坦等国,产品分布,服务体系,杭州设有售后服务中心和24小时服务专线。,优秀服务队伍,北京、上海、广州、南京、济南、武汉等二十多个主要城市设有售后服务响应机制，为用户提供优质快捷服务。,单位：万元,业绩增长,核心客户： 通信：中国移动 中国电信 中国联通 电力：中国水电顾问集团、中国国电集团公司、中国华能集团公司、中国大唐集团、中

6、国华电集团公司、中国电力投资集团公司 重点项目： 通信：浙江移动、江苏移动、福建移动、四川联通、浙江电信、江苏电信、重庆联通等 电力：国电北仑电厂、国电宁海电厂、国电泰州电厂、上海外高桥电厂、大唐乌沙山电厂、华电宿州电厂、中国原子能研究院游泳池反应堆项目、秦山核电站、宝兰二线铁路、京沪铁路、塔吉克斯坦变电站、印度电厂、越南西山水电站及30多个国内500KV变电站,突出案例,公司掌握电力操作电源系统核心技术，自主生产整流模块和监控单元，是国内电力操作电源系统的主流供应商之一。,销售排名第4名,销售排名第3名,2007年,2008年,电力操作电源系统行业地位,销售排名第2名,2009年,公司经营通

7、信电源系统业务已有十几年，积累了丰富的生产、销售和服务经验，已成为国内通信电源系统的主要供应商。2009年成为伊顿施威特克在中国的唯一的系统生产商、售后服务提供商、和产品的销售商。,通信电源系统行业地位,服务客户,信守承诺,中正恒久,企业理念,经营理念,“立足华东，面向全国，走向世界”！ 引领行业发展， 成为国内著名的电力电子产品供应商和服务商。,发展愿景,HVDC与UPS的比较 及应用环境,UPS的发展历史,UPS产生于上个世纪60年代，1972年2月21日尼克松访华，带给我国的礼物之一就是UPS，从此中国开始了UPS的研究。很遗憾，到目前为止中国大陆没有一家像样的公司。而中国唯一一家具有国

8、际竞争力公司被美国人收购了！ UPS的出现，是由于一些重要设备，如航天控制、医疗仪器、金融系统、计算机、数据管理系统等，不能断电而产生的。她的诞生，为信息革命产生了十分重大的影响。也是电力电子领域划时代的技术突破！,UPS工作原理,AC输入,输入滤波,工频整流,DC/DC升压,LC工频滤波,静态开关,AC输出,DC/AC 逆变,充电器,电池组,在线(on line)高频UPS,高压直流电源（HVDC）工作原理,.,输入滤波,工频整流,DC/DC变换,LC高频滤波,DC输出,电池组,AC输入,与HVDC相比UPS存在的问题,UPS多一级变换效率降低； UPS的输出采用工频滤波损耗大； UPS控制

9、复杂，可靠性降低； UPS的电池在输入端，如果UPS本身出故障，负载仍然停电；而HVDC的电池在输出端，即使HVDC本身出故障，电池仍然可以给负载供电，保障不间断供电，所以HVDC是真正的不间断电源； UPS系统并机是交流并联，需要同频、同相、同电位，并机复杂控制难度大，并机失败率高，而且，一旦并机失败后会导致系统瘫痪！,与HVDC相比UPS系统存在的问题,HVDC，并机是直流并联，只有同电位的问题，控制非常的简单，而且并机失败也没有严重问题，最多就是“贫富不均”（不均流）！ UPS系统并联数量上受到限制，一般最多6台并机，HVDC并机理论上可以做到“无穷大”，一般可以做到40台并联。 由于U

10、PS并联数量上的限制，电信系统一般采用1+1并联运行，单台UPS的实际运行负荷小于30%，这样就导致UPS的运行效率小于70%， HVDC采用N+X并联，整机系统的负荷可以工作在60%-70%的负载，整机效率可以达到90以上！,与HVDC相比UPS系统存在的问题,UPS 1+1系统只要有一台出问题就等于“病危通知”、“最后通牒”！ HVDC，由于电池的存在，N+1或N+X冗余并联，一台模块出故障，只是预警！ 大型UPS维护复杂、耗时长，无法现场在线更换， HVDC，维护简便，可以在线热插拔。 大型1+1 UPS系统投资成本比HVDC高大约60%,HVDC VS UPS的主要区别,HVDC VS

11、 UPS的比较优势,HVDC为什么可以替代UPS,通信机房数据服务器电源工作原理,高频脉冲,AC输入,DC输出,a,b,HVDC为什么可以替代UPS,UPS交流电压的供电范围是176264VAC,对应的整流后的最低直流电压Uab=1.25*176V=220V，最高直流电压Uab=1.4*264=369.6V,工作效率最高的电压点是220VAC，对应的直流电压是Uab=1.25*220=275V，显然如果我们直接将直流电接到计算机服务器也是完全可以工作的，只要直流电压在220V369V之间，选取2V一节120节电池，其均充电压是2.35*120=282VDC，浮充电压是2.25*120=270V

12、DC。,HVDC为什么可以替代UPS,如果是加有APFC的服务器电源对UPS的交流输出可以做到更宽，一般可以到110V-270Vac.其对应的直流范围是137V-378V，改为直流供电后APFC就变成了单纯的DC/DC Boost电路了！ 结论：由于服务器电源是将UPS提供的交流电源先要整流成直流电，然后再将直流再变换成12V、5V或3.3V等低压直流给服务使用，而全桥二极管整流电路对直流电可以直接输入，只要直流电压能够达到220V以上就可以使用！ 备注：个别加有APFC的电源需要调整欠压保护点！,哪些场合可以使用HVDC？,凡是计算机系统使用LCD显示器的地方都可以使用HVDC 目前通信机房

13、中交换机使用的是-48V系统，服务器使用的是UPS 电厂或变电站中，二次控制和断路器使用的是220V直流操作电源；通信使用的是-48V电源；计算机系统使用的是UPS 银行、保险、证券公司中通信使用的是 -48V通信电源，计算机服务器使用的是UPS。证券公司的大显示屏使用的是24VDC，这个电源也来之于UPS，同样可以由HVDC直接供电！,HVDC与电力操作电源系统的区别,电压等级不一样，电力操作电源标称电压是220V（2V，104节浮充电压234V，均充电压244V，电池节数可变104108节） HVDC标称电压是240V（2V，120节浮充电压270V，均充电压282V，电池节数固定） 电力

14、操作电源接线方案复杂，HVDC接线方案简单（只有一种单母线分段） 电力操作电源设备种类繁多，HVDC，只有监控，模块、电池巡检仪、绝缘监测仪；,HVDC系统产品,HVDC系统工作原理-单母线方案,交 流 配 电,电 池 组 1,电 池 组 2,动力环境 集中监控,整流模块,直流配电,列头柜,配电监控,绝缘监测,配电监控,电池巡检,监控单元,RS485,RS485/232,AC1,AC2,HVDC系统工作原理-双母线方案,交 流 配 电,电 池 组 1,电 池 组 2,动力环境 集中监控,整流模块,直流配电,列头柜,配电监控,绝缘监测,配电监控,电池巡检,监控单元,RS485,RS485/232

15、,AC1,AC2,BB,LB,两种接线方案的特点,单母线接线简单，但存在电池容量小，整流模块多，在监控故障时容易出现过充现象，解决措施是监控必须开机预限流及独立的电池保护控制。 双母线接线复杂，但能够确保电池不会过充，同时也能保证交流停电或负载母线模块组故障时能够不间断给负债供电。 与-48V系统相比HVDC采用的是浮地系统，因此，直流输出必须增加绝缘监测。 与-48V系统相比HVDC的电池节数多，因此必须增加电池巡检仪。,型号定义,系统组成,1、监控单元 2、整流模块 3、交流配电单元 4、直流配电单元 5、电池组 6、电池巡检仪 7、绝缘监测仪（列头柜中）,20A模块构成400A，10A自

16、冷模块构成150A一体系统，20A模块最大构成800A，10A自冷模块最大构成250A分屏系统，或者由ZHR22010-3模块构成的最大160A系统。,交流配电-将两路或一路市电，分配到整流模块；并 配有C、D两极防雷保护系统。 整流模块-将交流变换成直流（AC/DC），给负载供电，同时对电池充电。 直流配电-通过直流空开或熔断器输出到列头柜，再 由列头柜输出到各服务器，给服务器提供直流电源。 监控单元-监控模块是直流屏的控制中心，担负着 “上传” “下达”的任务。下层系列配电监控盒担负交、直流电检测及故障信号上送的任务。,系统各部分的功能,系统各部分的功能,电池组-保证交流停电时，提供不间断

17、直流供电。电池数量2V，120节电池； 电池巡检仪-实时检测每节电池的端电压或电池组内阻，并上送给监控单元。 绝缘监测-对直流母线、输出分路对大地的绝缘状况的监测。 母线绝缘检测只能监测母线对地绝缘不良，支路绝缘监测还可以监测支路对地绝缘不良，并能给出绝缘电阻的大小。,系统技术指标,交流输入：交流电压：323V475V（三相三线）； 电网频率：50Hz10% 交流过压告警：456V5V； 交流欠压告警：330V5V; 功率因数： 0.93 直流输出：电压范围：216V-282V连续可调； 过压保护：2902V； 欠压告警：225V2V 稳压精度：0.5% 稳流精度：1% 峰峰值杂音电压：800

18、mV；,系统技术指标,效率：94.8% 工作温度范围：-540； 储运温度范围：-40+70； 工作相对湿度范围：90； 储运相对湿度范围：95； 海拔高度：1000m，1000m以上降额使用 系统音响噪声： 60dB（A）； 尺寸(WxDxH)：800mm x 600mm x 2200mm,整流模块,ZHR24010-3,ZHR24010-4 ZHR24020-4,。,整流模块型号定义,ZHR,版本号,额定输出电流,标称电压,中恒,整流模块,整流模块原理,。,模块技术指标,交流输入：交流电压：323V475V（三相三线）； 电网频率：50Hz10% 功率因数：0.93 交流过压保护：475V

19、5V； 交流欠压保护：323V5V 直流输出：电压范围：216V-282V连续可调； 过压保护：2902V； 欠压告警：225V2V 稳压精度：0.5% 稳流精度：1% 峰峰值杂音电压：600mV(0MHz20MHz )；,模块技术指标,负载效应恢复时间(动态响应 ): 200us， 超调幅度：2% 效率：95%； 软启动时间：8S 工作温度范围：-540； 储运温度范围：-40+70； 工作相对湿度范围：90（402）； 储运相对湿度范围：95（402）； 海拔高度：1000m，1000m以上降额使用 音响噪声： 50dB（A） 尺寸(WxDxH)：20A模块：125mm x 375mm x

20、 225mm 重量： 10kg,整流模块特点,硬开关 功耗大、电压电流变化率大,软开关 功耗小、电压电流变化率小,4代模块采用了最先进成熟的全桥移相全软开关技术，效率高达95%，使得因高频开关状态带来的高频谐波分量减少。辐射大幅减少，电磁兼容好！,整流模块特点,超宽的输入电压范围：323-475VAC 输入级抗干扰能力强，能承受3KV的浪涌电压。 输入、输出内置2级输入输出共模和差模滤波电路，减少了对电网的污染，同时避免电网中的谐波污染电源。,。,整流模块的特点,对模块的功率元件和机壳采用了较好的屏蔽措施，对高频辐射起到了屏蔽作用，电磁兼容性好， 模块内置CPU抗干扰能力强，工作稳定可靠； 模

21、块自动均流； 输出无级限流，电池充电电流精确控制； 输出采用了长短针结构，减少了逆止二极管的通态损耗。 面板采用了朔胶膜结构，外观工艺和内部工艺美观。 可带电插拔、在线维护，方便快捷； 10A模块采用自然冷却的方式， 减少了灰尘及噪声； 20A以上的模块采用温控无级 风扇调速，延长风扇的寿命 减少了风扇的噪声；,45,T,U,12V,监控,ZHM05,ACSB（交流切换采样） DCSB（直流采样） PSIB（无源开入） PSOB（无源开出） BVSB（电池电压采样） IMB(绝缘主控盒）,ISB（绝缘支路采样）,13VDC,电源输入,ZHM05监控器原理框图,ZHM05主监控特点,。,采用AR

22、M9高性能CPU结构，具有高效的事件管理和数据处理能力，提供了较多的扩展能力； 采用262K色宽屏TFT液晶, 触摸式图形化操作，方便用户使用和现场维护 支持B/S和C/S结构，内嵌入式WEB服务器，可以接入到局域网或INTERNET远程访问主监控，包括查看运行数据、曲线、报表打印、远程设置和远程升级主程序； 现场可用U盘升级主程序； 多种通讯接口 串口RS485：5个,RS232：1个，网络接口：2个, USB口：3个;开关量监测输入：8路;干结点输出：9路（3路固定含义）,监控特点,。,三级集散式监控： 整机采用分布式监控系统，所有模拟量和开关量在底层处理后，通过数字通讯传送到监控单元，抗

23、干扰能力强。同时这种工作方式使系统扩容方便，可根据用户的需求配置相应的充电柜和馈电柜数量,监控的功能,。,完善的四遥监控功能 遥控（远端限制）：控制模块的开/关机，均浮充转 换，限流调节 遥测：交流输入电压，充电模块的输出电压、电流； 电池电压电流，动力控制母线电压、电流等。 遥调（远端限制） ：调节。充电模块的输出电压、电 流，电池电压电池充电电流等 遥信：充电模块通信及故障告警。交直流配电监控通 信及故障告警，绝缘监测仪通信及故障告警等。,监控的功能,。,最小1小时，默认3各月,0.02-0.08C10默认0.08C10,全自动电池管理功能,监控的功能,。,方便的参数的设置： 下级设备的种

24、类和数量、电池充电参数、各种电压或电流保护告警点等都可以设置。 具有温度补偿功能, 能够判断电池温度异常并告警,具有电池单体压差告警功能,提供完善的电池保护功能。 容量管理功能： 通过连续积分的计算方法实时地计算电池的放电容量并显示在液晶屏幕上，使用户一目了然地看到电池容量的实时变化。 提供软件均流，可扩展到多模块并联。,监控功能,提供”休眠”（standby）与“唤醒”功能，当在线模块数大于2个并且每个在线模块输出电流小于40%的额定电流时，关掉一个模块；当离线时间超过24小时（可设置）时，开启一个离线模块，同时关闭一个在线模块；当在线模块电流大于90%的额定输出时，开启一个离线模块。 网络

25、通信对时和B码对时功能；,电池巡检仪的功能,。,自动检测功能：自动在线监测单体电池电压、电池组端电压、充放电电流和温度；每15秒记录一组电池电 压数据，动态放电每50mS保存一组数据； 监控功能：具有充电监视、放电管理功能，可记录电池充放电过程每一瞬间的变化，保证对电池的准确 判别。静态放电（核对性放电）测量电池组容 量，放电过程各项参数。具备放电保护，当出现单体电池低于设定值，放电时间、容量到达设定,电池巡检仪的功能,值，交流失电等情况之一，放电负载自动停止放电。自动存储报警信息及动态放电、静态放电数据； 电池内阻检测功能：配合监控及瞬时放电器提供电池内阻检测及数据保存，自动计算电池内阻；

26、后台通信支持：局域网、RS232/485， MODBUS协议； 电压检测精度: 0.5，电流检测精度: 1,。,智能型分3层结构 监控模块 绝缘主控 智能漏电流传感器4*120 电压测量精度： 1（1VDC300VDC） 可监测支路数： 最大640路(智能型480路) 支路电阻测量精度：10（电阻性支路） 支路巡检时间：35S 通讯接口： RS485 工作环境温度：545 机械尺寸 330mm*146mm*72mm,绝缘监测仪的特点,高效率：94.8% 高可靠性：整流模块的MTBF30万小时，N+X模块 备份，电 池组与整流模块并联输出； 维护方便：模块热插拔 体积小、重量轻：400A系统 3

27、10kg 完善的电池管理功能 完善的绝缘监测功能,HVDC系统特点,应用实例,用户名单,盐城电信 ZHDCS240120 1套 2009-6-24 无锡电信 ZHDCS240150 2套 2009-7-15 常州电信 ZHDCS240120 2套 2009-7-22 无锡电信 ZHDCS240150 1套 2009-8-24 无锡电信 ZHDCS240150 2套 2009-9-3 扬州电信 ZHDCS240150 1套 2009-10-26 南通移动 ZHDCS240130 1套 2008-12-22 南京移动 ZHDCS240120 1套 2009-2-5 无锡电信 ZHDCS240150

28、 1套 2009-11-13 武汉电信 ZHDCS24040 1套 2009-12-10,用户名单,连云港电信 ZHDCS24040 1套 2010-1-29 连云港电信 ZHDCS24060 1套 2010-1-29 扬州电信 ZHDCS240400 2套 2010-3-20 镇江电信 ZHDCS240250 1套 2010-2-08 苏州电信 ZHDCS240400 2套 2010-2-25,实际应用案例,无锡大浮通信机房 原为两台UPS并机运行供电方式，主要负载：服务器DELL 2950、2850、1950、860、R300、R200、R410；IBM X335、EXP810、PS470

29、0、X3250;联想万全R520;浪潮、HP、五舟、华为等品牌；采用高压直流供电，服务器正常运行，节电明显，节能大于30%。,实际应用案例,无锡春申机房 原为单台UPS运行供电方式，主要负载：HP Starage works 500G2、Proliant DL380G5、；IBM xseries 346、EXP400、Xseries 400;华为Quidway S5624; INDUSTRIAL Computer610；ATEN、Master Console Raritan等品牌；采用高压直流供电，负载正常运行，节电明显，节能大于25%。,结论,从目前实际案例情况看，270V高压直流供电系统具有高效率、高可靠性、低造价等优点，是一种有发展前途的安全供电系统。,