关键词：低压直流；高压转换；方法途径；自举升压
High Voltage Direct-current in Low-voltage Direct-current
WEI Bingguo
(Puyang Technical College,Puyang,457000,Chinaオ
Abstract：Because of some circuit node need higher voltage what supplied in the low voltage direct-current circuit,so the source power voltage should be transformed into a higher voltage.There are three general methods,such as bootstrap-boost-voltage,inductance-boost-voltage and inverter-boost-voltage.From choicing components to boost-voltage principle and outcome which are carried on particularly analysised in the paper,and it provids a key to the important problem,what to product higher voltage in low voltage direct-current.this would be give some inspiration to electric circuit designer,although it can beneficial to optimizing circuit or choicing components.
eywords：low-voltage direct-current;high voltage convert;methods;bootstrap-boost-voltageオ
在低压直流供电线路特别是电子电路中，电路的绝大部分使用由电源提供的低压，但在线路的某一个部分或某几个部位，需要供高于电源的直流电压，若将整个线路的供电电压提高，既要重新更换或设计电源，又会给整个电路的部件提出更高耐压的要求：若不提高电源电压，需要高电压的电路部分又不能正常工作，本文就基于整个供电电路的低压电源，在某些部分产生较高的直流电压常采用的方法，通过一些具体实例做阐述总结。
关键词：低压直流供电；柔性直流输电；超高压直流输电；
1、低压直流供电
1、1低压直流供电系统结构
为了能够满足电力系统的要求，即在孤岛和接入电网的状态下正常运行、连续供电性、电压稳定行、可扩展性等，在符合现行规范标准的前提下，提出了低压直流供电系统的结构，如图1所示[1]。
直流供电系统结构中AC/DC装置是由两个电源型整流器通过并联方式构成的，这两个整流器都采用了脉宽调制的控制方法，并配备了绝缘栅双极型晶体管，调节电压并稳定在正常需求水平上，同时也能降低交流系统中谐波的流入，其目的是为了提高系统的可靠性，使系统能够在孤岛模式下进行工作。分布式发电设备通过电源型整流器来实现与直流系统的连接，这种方法比较简单，稳定性比较好，能够保证供电的连续性。
1、2低压直流供电系统的质量可靠性
电力的稳定性和质量是用户比较关注的重点，其中电能质量对敏感类负载的影响较大，可靠性对应急负载的影响较大，数据类和商业类的负载对于二者都有较高的要求。因此使用直流供电能够有效的提高电能质量，并能进一步的提高供电的可靠性，减低损耗，减少成本，提高经济效益。
电力电子器件会影响供电的可靠性，而元件的故障率受负载和温度的影响比较大，因此低压直流供电系统中的电力电子器件需要能够承受一定的负载，并且对温度的波动有较好的的适应性[2]。
1、3低压直流供电系统的保护和控制
在低压直流供电系统中使用了较多的熔断器和断路器，当出现过载情况和短路的时候，系统能够自动的切断电源，保护了系统的运行安全。同时在直流系统降低电压的时候也可以应用交流断路器，但要注意的是需要重新的研究保护整定方法。在低压系统中比较容易出现就地故障，剩余电流保护装置虽对交流系统有较好的的保护作用，但是因为工作原理而无法直接用在直流系统中，所以需要另行设计。
低压直流供电系统的控制结构如图2所示，该系统能够有效的缓解各设备控制器之间的冲突，并减小瞬变状态对供电连续性和质量的不良影响。该控制系统的基础是电流控制，能够针对设计的阈值以及用户的指令来作出相应的反应，可通过对电流的控制来完成电压的稳定控制。
2、柔性直流输电
2、1柔性直流输电换流器技术
柔性直流输电换流器根据桥臂等效特性将换流器分为可控电源型和可控开关型，可控电源型换流器的各个桥臂中分散着储能电容，因此可以通过对桥臂等效电压的改变来实现交流侧输出电压的变化[3]。比较典型的代表就是模块化多电平换流器，可通过改变桥臂内串联子模块个数来完成等效电压的改变，根据子模块的类型可分为钳位双子模块型、全桥型、半桥型等；级联两电平换流器也属于可控电源换流器，它是由半桥电路级联而成的。模块化多电平换流器具有无需滤波装置、模块化设计、开关频率应力低、谐波含量少、电压畸变率低等优点。但是缺点也比较明显，因为串联的子模块很多，所以增加了系统处理的数据量，加大了对控制系统的要求，并且无法在直流出现故障的时候对交流进行隔离，使得安全性不高。
可控开关型换流器可以通过相应的脉宽调制技术来控制桥臂的断通，但是因为桥臂存在大量的串联开关器件，所以需要注意因开关通断引起的动态静态均压问题。两电平换流器的运行控制和拓扑结构都比较简单，但是交直流侧含有大量的谐波，需要加装滤波器，同时开关频率也比较高，使得换流器的损耗比较大；三电平换流器的开关频率比较低，谐波含量比较少，但是结构却比较复杂，经济性不好，可靠性不高。
2、2柔性直流输电控制和保护
柔性直流换流站级控制系统可以满足系统正常的启停操作和稳态的功率调节，包括无功和有功两类控制器，无功控制器实现了对于交流电压、无功功率的控制，有功控制器实现了对直流电压、有功功率的控制，运行的时候，二者互相配合又独立控制，保证了系统的稳定性和安全性[4]。
柔性直流输电控制保护系统不同于常规的直流输电，其阀级的控制保护系统更加复杂，特别是在模块化多电平柔性直流输电系统中，对于阀体的保护主要由阀级控制器来完成，换流站级控制器的作用微乎其微。因此对于保护控制的时机要求比较高，必须要高速同步控制，满足控制系统的实时性需求。
3、超高压直流输电系统
3、1超高压直流输电结构
超高压直流输电系统主要包括换流变压器、换流器、平波电抗器、直流避雷器、交流滤波器及控制保护设备等。换流器又被称为换流阀，它是换流站的关键设备，能够实现整流和逆变，阳极到阴极施加正向电压或者在门级上施加适当的电压能够触发换流阀导通，当电流将为零且阀的电压变成反向的时候，阀才不会出现导通情况，因为换流阀具备承受正反向电压的能力，所以可以实现交流和直流的变换[5]。平波电抗器具有降低直流线路的谐波电压和电流、避免逆变器换相失败、防止轻负荷电流不连续等功能。谐波滤波器，换流器在直流和交流侧均会产生谐波电流和谐波电压，它们可能会导致电容器和电机过热，同时干扰远动通信系统，所以在直流侧和交流侧都装有滤波装置。
3、2超高压直流输电系统故障分析
换流器常出现的故障有很多，换流阀短路故障是较为严重的故障之一，整流器阀大部分情况下承受反向电压，在经历反向电压增大或者阀的系统故障时候将会造成绝缘损坏，导致阀短路；逆变器阀大部分情况下承受正向压，在电压过高以及电压上升幅度过大的时候会导致阀短路。
换相失败也是比较常见的故障，因为换流器阀需要在承受反向电压的前提下才能实现关断，所以如果在这段时间当中阀没有恢复阻断能力，或者换相一直没有完成的情况下，当阀为正电压的时候，便会发生倒换相，使得应该开通A阀出现关断情况，导致换相失败[6]。
阀开通故障，因为直流控制系统的故障会导致触发脉冲异常，造成换流器的工作出现异常，导致阀出现误开通或者是没有开通的情况。
结束语：文章对低压直流供电、柔性直流输电、超高压直流输电进行了一系列的分析，对它们的结构进行了简单的介绍，简单分析了保护措施和控制方法。相关人员在进行参考的时候需要结合实际情况，对其进行方法改进和优化，不断的推动电力事业的发展和进步。
参考文献：
[1]杨道培. 低压直流供电系统稳定性研究[D].上海电力学院，2015.
[2]马为民，吴方拢杨一鸣，张涛. 柔性直流输电技术的现状及应用前景分析[J]. 高电压技术，2014，（08）：2429-2439.
[3]汤广福，贺之渊，庞辉. 柔性直流输电工程技术研究、应用及发展[J]. 电力系统自动化，2013，（15）：3-14.
[4]雍静，徐欣，曾礼强，李露露. 低压直流供电系统研究综述[J]. 中国电机工程学报，2013，（07）：42-52+20.
【关键词】低压直流；柔性直流输电；超高压直流
目前直流电在我国电力系统应用有低压直流、柔性直流输电和超高压直流输电。低压直流主要用于发电厂和变电站的二次回路中，柔性直流输电正应用于智能电网，而超高压直流用于远距离电能输送或系统联网。低压直流也广泛应用于电子计算机电路中。
1. 学习直流电路的重要性
直流电路，是电类专业的非常重要的专业基础课程学习内容，教师学习和探讨的深度关系到学生专业课程的学习探讨的深度，学生学习的探讨的深度关系到学生未来的发展，也关系到学生职业的发展。
直流电路部分的学习，为学生后续的电子技术基础、电机学、电力拖动、电气自动控制、PLC、检测、电气设备、电力系统分析、供用电系统、供用电设备、继电保护、高电压技术、等等课程的学习至关重要。特别是在电力系统中控制和保护二次回路以及其他电气二次控制几乎采用直流电源。随着电力系统的发展，随着新能源的发展，输电系统采用“柔性直流输电”和超高压直流输电越来越多，这就要求我们要相当重视这一方面的研究。
2.低压直流在电子领域的应用
直流广泛用于电子电路、计算机等电路。电子电路、通信电路、计算机电路等所用直流一般是几伏或几十伏。如直流在晶体管放大电路中它主要作为集电极和基极的工作电源。机床控制电路也广泛应用直流。直流电的基础知识是电气类专业和机电类专业的学生学习专业课的基础。教学中重视直流电教学是提高教学质量和学生质量的关键。
3.直流在电力系统中的应用
3.1直流在二次回路中的应用
传统的电力系统继电保护、控制回路、信号回路等二次回路中，广泛应用着直流电，它们所用直流电源电压一般是220V。随着电力系统自动化水平的提高，在微机保护装置和微机自动装置电路中所用直流电压一般是几毫伏、几伏或几十伏电压。低压直流还作为厂站应急电源。
3.2在柔性直流输电的应用
“柔性”直流输电是采用先进的大功率电力电子器件组成的电压源换流器（VSC），其换流器采用IGBT绝缘栅双极型晶体管，它可以依据电网需要，灵活快捷地改变电能输送的大小和方向，并提供更优质的电能质量。多端柔性直流输电系统模块化多电平（MMC）技术，可灵活接入多个站点的风能、太阳能、地热能、小水电等清洁能源，通过一个大容量、长距离的电力传输通道，到达多个城市的负荷中心。这为新能源并网、大型城市供电以及孤岛供电等场合提供了一种有效的解决方案。
1997年世界上第一条柔性直流输电工程投运，目前国外有瑞典的Hellsjon工程、Gotland Light工程和美国的Eagle Pass、Cross - Sound Cable工程、丹麦的Tjaereborg工程等，到目前，世界上已经投运的柔性直流输电工程有11条。
我国是从2006年开始研究，2011年上海南汇柔性直流输电工程投运，其电压±30kV，输出电流300A，输出功率18MVA。国家电网公司是继ABB、西门子之后全球第三个掌握该项技术的公司。2013.12.25南方电网的南澳风电场多端（四端）柔性直流输电工程建成，电压±160kV ，传输功率200MVAV，三个换流站的容量分别是5万千瓦、10万千瓦和20万千瓦，未来岛上还将建设一座接纳海上风电的换流站。目前我国在建的有舟山工程多端（五端）柔性直流输电工程，电压±200kV。
有专家形象地说：“柔性直流输电技术就像在川流不息的江河上建造一个水库，既能接收上游河道的来水，又可以很从容的控制下游水的流量。”柔性直流输电技术对新能源的并网，如出力不断变化的风电并网是目前最合适的，它重点解决了风电场间歇式电源的并网问题，是国际公认的最具有技术优势的风电场并网方案。柔性直流输电技术是海上风电并网的唯一方式，特别适用于海上孤岛供电等偏远地区。柔性直流输电技术柔性直流输电可以大幅改善大规模风电场并网的性能，保障新能源发电的迅速发展。
柔性直流输电最大优点是能够快速灵活的调节其输出的有功功率和无功功率，可以独立的控制其输出电压的幅值、相位；柔性直流输电启动时不需要本地电源支撑；柔性直流输电具有良好的电网故障后的快速恢复控制能力，可以作为系统恢复电源。
3.3 超高压特高压直流输电
当需要大功率远距离输送电能，两大电网联网又遇到联网的稳定性问题时，需要用超高压或特高压直流联网。直流输电有其优越性：无系统稳定问题，在同输送容量下，直流输电比交流输电更经济，直流输电的线路投资是交流输电的1/3。当输电距离大于等价距离时，宜采用直流输电，反之采用交流输电。直流输电电晕干扰小；线路不存在电容电流，沿线路电压分布均匀，不需要无功补偿；调节快速，运行可靠。超高压直流特高压直流通过晶闸管换流器能快速调节有功功率，实现“潮流翻转”（功率流动的方向的改变）；当发生短路时，直流系统的“定电流控制”将迅速的短路电流控制在额定功率附近，短路电流不应互联二恶增大。其缺点是换流站造价较高，换流站会产生谐波。
我国最早的超高压直流输电是1990年建成的葛洲坝至上海的500kV超高压直流输电，后来相继建设了四川向家坝至上海的800kV直流输电工程和云南天生桥至广州的800kV直流输电工程。
三峡电厂的建设，使全国大部分地区电力系统得到了联网，实现了西电东送。三峡电厂输出工程主要有三个通道，中通道500kV交流向鄂豫间两回，鄂湘间两回，鄂赣间一回供电。东通道500kV直流向上海两回输电和500kV交流一回配套供电。南通道500kV直流向广东惠州供电。
4.结论
直流电广泛应用于用户端，应用于各行各业，应用于电子产品、计算机产品、通信网络系统、工厂设备、企事业单位。直流电广泛应用于电力系统中的低压直流系统、柔性直流输电和超高压直流输电。《电路》课程的学习是直流供电系统学习的基础。
参考文献：
[1]上海南汇风电场柔性直流输电工程25日正式投入运行，2011年7月26 上海政务网.
[关键词]高压直流供电技术 应用 前景
中图分类号：TM72 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）21-0051-01
随着社会和我国科技的快速发展，高压直流供电技术的应用也得到了迅猛的发展，高压直流供电技术被广泛地应用到很多领域中。在高压直流供电技术的发展过程中仍然存在很多的制约因素，这些制约因素主要表现在后端设备的适应性、电源系统的定型与量产、配套器件、监控系统等方面，如果想进一步发展高压直流供电技术，就要清除这些限制因素，只有这样才能推动我国高压直流供电技术和整个通信行业的发展。
1.高压直流供电技术概述
1.1 高压直流供电技术简介
高压直流供电指的是采用高压直流电源直接对采用220V交流输入电源的设备供电，采用这种供电技术之后，大大地改善了供电系统的工作效率。随着通信行业的快速发展，这种高压直流供电技术被广泛地应用到了通信行业当中，并且促进了高压直流供电技的发展，因为通信行业中的电源设备的要求在逐渐地提升，特别是互联网数据中心和多媒体数据中心的供电需求表现的更突出。目前，我国通信行业的电源容量的需求很大，已经达到了10000kw，传统的不间断电源系统已经不能满足其供电需求，传统的电源系统逐渐地暴露出了许多问题，比如说工作效率低、高能耗、故障多等。正是由于传统电源系统的诸多问题，所以很多通信公司就把目光投向了高压直流供电系统，这种系统是将将380V的交流输入电源转换为200～400 V的高压直流电，通过并联的整流模块组，接下来再通过高压直流配电设备输送给数据通信设备，并且可以同时给蓄电池组充电，这样就可以保证，当输送电源发生故障的时候，蓄电池组可以继续供电，保证整个系统的正常运转，效率值得肯定。
1.2 高压直流供电技术优点
高压直流供电技术具有很多传统供电电源不具备的优势，首先在使用的可靠性方面，要比传统的不间断供电电源可靠性更强，高压直流供电技术大大地提高了系统的安全性，传统的不间断供电电源组件复杂，可靠性差，相反高压直流电源的组件相对简单，并且具有蓄电池这个部件，保证了在系统发生故障时可以继续补充电源，保证了供电系统正常运转，总体的可靠性要强于传统的供电电源；其次，高压直流供电电源很好节约了能耗，传统的不间断供电系统负载很大，有时候主机不能正常运行。而高压直流电源采用了模块结构，这个系统可以根据输出的负载情况，由监控模块、监控系统或现场值守人员灵活控制模块的开机运行数量，这就很好地保证了系统保持着较高水平的负载率。
2.高压直流供电技术应用现状
2.1 高压直流供电技术的应用情况
目前，在国内对高压直流供电技术的应用主要表现为，中国电信公司在大力的使用和推广这种供电技术，电信公司与电源系统开发商共同研究高压直流电源，这种供电方式已经被广泛地认可，并且已经有很多网点开始使用这种供电电源了。虽然高压直流电源具有多种电压可以选择，但是缺乏后端设备厂商的支持，国内的高压直流供电系统还没有针对后端用电设备进行，然而，供电电压的选择一定要保证整个系统都可以正常运作，所以目前针对高压直流电源达成的共识是选用240V电压进行供电使用，而高压直流供电技术的相关问题也在逐步地解决当中，这些问题解决了，高压直流供电技术就迎来新的发展高潮。
2.2 高压直流供电技术发展的制约因素分析
随着通信行业的发展，对供电电源要求逐渐提高，而高压直流电源就是在这种背景下应运而生，但是高压直流电源的发展并不是那么顺利的，这种供电技术的发展受到了很多因素的制约。第一，后端设备对高压直流供电技术的影响，虽然在很多试用点的使用过程中，高压直流电源能够满足后端设备的电源需求，但是这种电源标准并不是后端设备的标准电源，这样就使得整个系统在运行过程中存在着一定的风险，主要表现在以下方面：首先是技术风险，虽然使用高压直流供电的后端设备很多，但是从高压直流电源试点的运行情况来看，还是存在部分设备不支持高压直流电源，对设备是否支持高压直流电源的检测，必须是通过实际运行才能检测出来，这种检测是需要一定时间的，这就是说在检测结果出来之前都是存在着风险的；其次，法律风险，在使用高压直流电源的过程中，其实是在改变着采购合同约定的运行条件，所以说当后端设备发生故障时，运营商就处在了不利的境地，面临极大的风险考验，并且高压直流电源的使用很可能使合同双方陷入法律纠纷之中；第二，电源系统的定型和量产对高压直流供电技术的制约，由于高压直流供电技术还没有相应的技术标准，这就缺乏了对高压直流电源的技术引导，同时也缺乏使用经验，所以造成了高压直流供电产品没有最终定型，也就更谈不上高压直流供电产品的大量生产和使用了；第三，配套器件对高压直流供电技术发展的制约，在高压直流供电系统中，虽然大部分的器件都是较为常见的，但是存在一些比较罕见的器件，比如说熔断器、断路器等配电保护元件，这些器件是比较紧缺的，再加上高压直流供电的特殊电压要求，对这些器件的要求都是很高的，有些器件都是专用的，所以在市面上都是很罕见的，这些器件对高压直流供电技术的发展造成了很大的障碍；第四，监控系统对高压直流供电技术发展的制约，高压直流供电技术要想大规模地推广就必须纳入动力环境监控系统，开关电源倒是没有什么困难，只是配套的电池组很难实现，因为还没有能够提供专用电池监控的软件系统的供应商。
3.高压直流供电技术的发展前景
中国电信公司在逐步推广能服务器交流电源单元相兼容的240V直流电压，电信公司本着供电安全为第一要务的理念，逐步地实现节能、用电产品兼容性完善的发展目标，在这个过程中中国电信选择了高压直流电源作为设备的供电电源，在2012年电信公司的市场报告中显示，电信公司新增的数据电源市场中，高压直流电源的数量已经超过了传统不间断供电电源，并且电信公司决定在未来的发展中要继续扩大高压直流电源的应用。
同时，各大通信企业，比如腾讯、百度、阿里巴巴、浪潮等，都在大力推动高压直流电源的发展，这些企业考虑要直接采用高压直流电源直接引入定制的服务器，这些企业采用高压直流电源将大大地推动高压直流电源的发展和普及。所以说高压直流电源的未来市场是无限广阔的，高压直流逐渐地替代传统的不间断供电电源是一个必然发展趋势。当然，换句话说通信业在中国将会迎来更辉煌的明天。
4.结语
众所周知，我国的通信行业在快速的发展，发展的过程其实是新事物产生的过程，随着通信业的发展，对通信供电系统的要求就越来越高了，高压直流供电技术就在这种环境下应运而生了，但是高压直流供电技术要想得到推广和使用，就必须克服那些制约它发展的因素，不过从这种技术发展的事态来看，高压直流供电技术将在未来得到广泛地应用，发展前景是极为可观的，换句话说我国未来的通信业会得到更大的发展。
参考文献
[1] 朱雄世.国内外数据通信设备高压直流供电新系统.邮电 设计技术，2009（4）.
【关键词】高压直流电；供电技术；节约能耗
1 高压直流供电技术的优势
1.1 在技术方面的优势
可靠性大幅提升，高压直流供电技术引入的主要目的就在于提升系统的安全性。UPS系统本身仅并联主机具有冗余备份，系统组件之间更多地是串联关系，其可用性是各部分组件可靠性的连乘结果，总体可靠性低于单个组件的可靠性。反观直流系统，系统的并联整流模块、蓄电池组均构成了冗余关系，不可靠性是各组件连乘结果，总体可靠性高于单个组件的可靠性。
1.2 高压直流供电能大大节约能耗
目前大量使用的UPS主机均为在线双变换型，在负载率大于50％时，其转换效率与开关电源相近。但一个不容忽视的现实是，为了保证UPS系统的可靠性，UPS主机均采用n+1(n=1、2、3)方式运行，加之受后端负载输入的谐波和波峰因数的影响，UPS主机并不能满足运行，通常UPS单机的设计最大稳定运行负载率仅为35―53％。而受后端设备虚提功耗和业务发展的影响，很多UPS系统通常在寿命中后期才能达到设计负载率，甚至根本不能达到设计负载率，UPS主机单机长期运行在很低的负载率，其转换效率通常为80％多，甚至更低。对于直流电源系统而言，因其采用模块化结构，可根据输出负载的大小，由监控模块、监控系统或现场值守人员灵活控制模块的开机运行数量，使整流器模块的负载率始终保持在较高的水平，从而使系统的转换效率保持在较高的水平。
1.3 直流供电的带载能力大大提高
UPS系统带载能力受两个因素的制约，一是负载的功率因数，以国内某大型UPS厂商的某型主机为例，在输出功率因数为0.5（容性）时，其最大允许负载率仅为50％；二是负载的电流峰值系数，通常UPS主机的设计波峰因数为3，如果负载的电流峰值系数大于3，则UPS主机将降容使用。对于直流系统而言，不存在功率因数的问题；因其并联了内阻极低的大容量蓄电池组，加之整流器模块有大量的富余（充电和备用），其负载高电流峰值系数的负荷能力很强，不需专门考虑安全富余容量。
2 高压直流技术的应用前景分析
2.1 高压直流技术的应用现状
目前对高压直流供电的应用，总体情况是电信运营商非常热心，热切希望大规模高压直流供电，与电源系统厂商一起进行了大量了理论研究，国内业界已就包括高压直流供电电压、接地方式等关键问题达成了共识，高压直流供电已在部分本地网进行了试点。与之形成鲜明对比的是，到目前为止，后端IT设备还没有针对高压直流供电的电源技术标准，也没有大型IT厂商宣布支持后端设备高压直流供电。高压直流供电有多种电压可供选择，因为缺乏后端设备厂商的响应，国内高压直流供电的思路均是基于不对后端用电设备进行改造，供电电压的选择就必须保证在电源系统各种运行模式下，后端设备均可正常工作，目前国内业界对高压直流供电的标称电压已达成共识，即选用240V电压等级。
2.2 制约高压直流技术大规模应用的主要因素
2.2.1 后端设备的适应性
从目前运营商的试点情况来看，尽管采用单相UPS电源供电的后端设备绝大多数都支持高压直流供电，高压直流供电基本可保障后端设备的运行。但高压直流供电毕竟不是后端设备的电源标准，采用高压直流供电实质上是改变了设备电源的标称运行环境，因而对运营商而言存在较多的风险：技术风险：使用UPS电源供电的后端设备种类繁多，从目前运营商的试点情况来看，还是有部分设备不支持高压直流供电，对于具体的设备能否支持高压直流供电，能否在高压直流供电的额定输出电压、最低输出电压、最高输出电压下正常运行，只能针对具体设备进行电路分析和实际实验。对于在高压直流供电下能正常运行的后端设备，也需要用时间来检验其寿命是否会发生变化。法律风险：改变设备的电源运行环境，实质上是改变了采购合同约定的运行条件，如后端设备发生故障，运营商将处于较为不利的法律地位，面临着较大的风险。同时，对于高压直流供电最大应用场合的IDC机房，运营商通常与客户签订有严格的SLA（服务等级协议），供电电源的改变也会将运营商推向不利的地位，一旦客户托管设备发生故障，尤其是涉及到对服务连续性极为敏感的金融、大型SP等客户时，双方可能陷入长时间的纠纷，或以运营商的让步而告终。从现网试点情况来看，运营商普遍的心态还是感觉“高压直流电源稳定可靠，不会出现问题”，还没有从法律层面认真思考可能遇到的法律纠纷。
2.2.2 配套器件
高压直流供电涉及的元器件中，整流器模块所需的功率电子器件、电容、变压器等器件较为通用，供应不存在任何问题，但熔断器、断路器等配电保护元件就较为匮乏。高压直流供电系统日常运行电压（浮充电压）即已达到270V，普通熔断器均为交流熔断器，已不能支持这一电压等级，只能选用专用的直流熔断器，但目前直流熔熔断器生产厂家很少，市面上也难以见到。断路器的情况要好一些，普通热磁脱扣型塑壳断路器单极工作电压已可达250V，ABB、施耐德等大型厂商也可提供直流工作电压达220V的微型断路器，这两类断路器双极使用时工作电压均远远高于高压直流系统可能的最高电压（均充电压）288V，可为高压直流系统保护。但采用这两类断路器也存在较多的问题：1.技术问题：整定值易漂移；塑壳断路器安装尺寸较大；微型断路器易被碰刮误断、整定值通常不能调整、分断短路电流电流小。2.商务问题：产量较小，价格较高，供货周期长。
3 高压直流技术应用的推广
制约高压直流供电技术大规模应用的因素也许还有很多，根本的原因还在于没有后端设备高压直流供电的标准化，鉴于后端设备，尤其是IT设备，绝大部分的应用还在于社会的其他行业，仅仅依靠通信行业的力量难以有效推动电源标准的改进的，应该积极推动全社会对高压直流供电的认知，进而产生体现国家意志的法律、政府规章和技术标准，推动使用高压直流供电的IT设备的大规模生产和应用。在后端设备具备高压直流供电的条件，并大规模商用后，电源系统的标准化将迎刃而解，市场这只无形的手将推动前端电源零部件及整机厂商全力进行研发和生产，现阶段前端电源系统存在的种种制约将不复存在。
参考文献：
[1]赵俊莉.电气化铁道用有源电力滤波器方案研究[J].机车电传动.2000
[2]李春林.配电网中谐波源识别方法比较[J].东北电力技术.2004
关键词：高压供电线路；直流融冰装置；融冰电流；冬季覆冰
中图分类号：TM726 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）12-0133-03
1 概述
云南东源镇雄煤业有限公司地处云贵高原腹部的乌蒙山区，矿区地表为崇山峻岭的高山，该区具有较为典型的高原山区气候特征，雨雾时间长，日照时间短。冬季最低气温-11.9℃，每年有3～4个月的冰冻期，矿区35/10kV架空线路在设计时就充分考虑覆冰的因素，35kV架空线路选用220kV用铁塔，10kV线路选用110kV用铁塔，线路总长39.51km，该工程从2007年4月开始建设，2008年10月全部投运。截止到目前，因冰雪自然灾害，造成铁塔倒塌3次，报废4基铁塔，直接经济损失105万元，线路停运113天。鉴于上述情况，综合镇雄的气候特点，为保证矿区线路运行的安全性、可靠性，保证煤矿的安全生产，着手在东源镇雄煤业35kV变电站内装设一套供电线路直流融冰
装置。
2 矿区地面高压供电系统简介
东源镇雄煤业矿区35/10kV变电站位于公司长岭煤矿工业广场内，主变压器容量为2×20000kVA，负责向朱家湾、长岭、塘房三对煤矿供电。变电站的进线电源为双回路供电，一回路引自110kV乌峰变电站，导线选用LGJ-3×300，线路长10.3km，二回路引自220kV芒部变电站，导线选用LGJ-3×300，线路长14.8km。变电站对三对煤矿供电均为双回路供电，长岭煤矿的供电为电缆线路，塘房煤矿为在建项目，只有朱家湾煤矿为已建成的10kV架空线路，其中Ⅰ回导线选用LGJ-3×185，线路全长7.3km，Ⅱ回导线选用LGJ-3×185，线路全长7.2km。
3 架空线路直流融冰原理
直流融冰原理就是利用直流电源发生装置将来自电力系统的交流电能转换为直流电能，并将直流电流加在待融冰线路上，以形成回路的架空线路导线电阻为负载，使导线发热，线路覆冰发生融化脱落的现象，达到架空线路除冰的目的。为避免不对称融冰，破坏铁塔线路的受力平衡，发生扭塔事故，融冰时应首先对线路的两个边线进行融冰。
4 线路参数
5 直流融冰装置参数确定
融冰方式选择：采用图1融冰方式。设定15mm冰冻，设定完全融化时间30min一次。
说明：该方式每次对三相交流线路的两相导线进行融冰。对端三相短接，本端一相与融冰装置直流电压的正极相连，另一相与融冰装置直流电压的负极相连。
融冰装置主回路接线采用图2方式：
融冰装置主回路由整流变压器、大功率三相全桥可控整流电路及输入、输出开关等元件构成；采用整流变压器，不仅可以减少融冰装置的无功消耗，降低融冰装置注入系统的谐波电流，还能减少融冰装置中的晶闸管元件数，降低成套设备的故障率。
5.1 融冰电流的计算
5.1.1 融冰电流分融冰电流、保线电流以及最大允许电流作为设计装置直流融冰方案的基础，线路导线的融冰电流、保线电流以及最大允许电流应首先被确定。下面分别对这三个概念做简单介绍：
导线融冰电流——使导线上覆冰融化的电流。
保线电流——保持导线温度在冰点以上使导线不覆冰所需最小电流。
导体最大允许电流——在融冰的短时间内（最长几小时）允许导线达到的最高温度（90℃）所通过的电流。
直流融冰方案设计的基本原则：在融冰阶段，使覆冰线路的通过电流大于融冰电流同时小于最大允许电流，并兼顾融冰线路串接设备的流通能力。
常见线路融冰电流计算公式如下：
表2计算了几种常用架空导线在环境温度为-5℃、风速5m/s、15mm覆冰的外界条件下的融冰电流、保线电流以及最大允许电流。
根据表1线路参数及表2几种常用架空导线的融冰电流，表3列出了图1融冰连接方式下对应的线路负载电阻及融冰电流。
由表3计算结果可知，东源镇雄煤业35/10kV架空线路所需融冰各条交流线路融冰电流最大为795.7A，因此选取800A作为整流器额定电流可以满足35/10kV架空线路直流融冰的要求。
5.1.2 导线安全电流分析。根据表4可以看出融冰装置额定电流在融冰过程中最大融冰电流均远小于导线热稳定电流，同时配合装置本身的过电流保护措施完全满足融冰过程中导线的安全水平，不会发生线路温度过高被烧毁的情况。
5.2 融冰装置电压及容量的确定
在一定的环境条件下，直流融冰所需要的整流器容量取决于需要融冰线路的导线截面及导线长度，融冰容量与导线长度有线性关系。
根据欧姆定律，以表3东源镇雄煤业35/10kV架空线路负载电阻及融冰电流，选最大电流及负载电阻进行计算：
融冰所需直流电压为：Udc=I×R=795.7×2.8534=2.27kV
融冰有功功率为：P=Udc×I=1.81MW
按照表3的线路负载电阻及融冰电流分别计算导线融冰电压如表5所示。
由表5计算结果可知所需融冰的各条交流线路融冰电压均小于2.27kV，因此选2.3kV作为融冰装置的额定直流电压可以满足东源镇雄煤业35/10kV架空线路直流融冰的要求。
通过前面的计算可知，东源镇雄煤业35/10kV架空线路所需最大融冰容量为1.81MW。考虑一定裕量选取2MW作为额定容量满足东源镇雄煤业35kV变电站直流融冰的要求。
5.3 整流变压器参数的确定
整流变的额定容量应不小于直流融冰装置的额定容量。根据额定容量的优先值，因此整流变可考虑设置为1台三相双绕组变压器，变压器额定容量为：3MVA。
融冰装置直流电压和交流电压有如下关系：
Udc=1.35UNcosα
式中：
Udc——直流侧电压（2.3kV）
UN——交流侧额定电压
α——晶闸管触发角
当晶闸管在0°触发时，直流电压具有最大值Udi，称为理想空载直流电压，其数值不应小于融冰装置额定直流电压。通常晶闸管额定触发角取15°，据此可确定：
考虑一定裕量，将整流电路交流额定电压选为2kV。故变压器变比为10.5kV/2kV。根据整流变压器额定容量和阀侧交流额定电压可计算其阀侧额定电流为：
根据上述理论计算结果，结合站内实际情况，设计的直流融冰阀组参数为：
晶闸管型号选择KPB800-6500型，每相串联3只，每相共6只表，阀组共计18只晶闸管；整流变压器参数为：三相油浸自冷式整流变压器，容量3.0MVA，一次侧额定电压10.5kV，额定电压比10.5/2kV，二次侧额定电流866A，绕组连接组别D/y11。
6 融冰装置建设项目的实施
东源镇雄公司根据上述融冰装置计算参数，编制了设备采购计划，于2012年12月参与了设备招议标工作，并与设备中标单位对直流融冰装置整流器部分的控制、保护、冷却系统的功能要求签订了技术协议，现设备已采购到位进入安装阶段，到2013年12月份融冰装置可投入运行。
7 结语
云南东源镇雄煤业有限公司矿区供电系统经过35/10kV架空线路直流融冰装置的建设完善，将提高矿区供电线路在冬季覆冰时的可靠运行，对保障煤矿的安全生产有重要意义。
参考文献
[1] 孟祥忠.现代供电技术[M].北京：清华大学出版社，2006.
[2] 国家电网公司企业标准.直流融冰装置技术导则（Q/GDW635-2011）[S].北京：中国电力出版社，2012.
[3] 李先允，姜宁秋.电力电子技术[M].北京：中国电力出版社，2007.
摘 要：高压直流供电相比UPS电源具有巨大的优势，随着通信产业的高速发展，传统的UPS电源已无法满足日益发展的通信系统需求，因此，高压直流供电的应用逐渐普遍。本文详细比较了高压直流供电与交流UPS，并阐述了高压直流电源供电的原理和拓扑结构，探讨了通信高压直流电源供电技术的可行性和可推广性。
关键词：高压直流供电；UPS；原理；拓扑结构
近年来，随着通信技术的不断发展，作为其主要供电方式的UPS电源也在通信系统中大量应用。但UPS固有的特点，决定了其具有可靠性差、转换效率低、输入电流谐波大等一系列缺点，大型UPS系统故障造成的通信阻断频繁发生，造成重大的经济损失和社会影响。在此背景下，采用高压直流替代UPS供电的呼声越来越高，压直流供电就是直流采用高压直流电源直接对采用220V交流输入电源的设备供电，采用该技术后，电源系统将具有直流电源系统本身的天然优点。
1 高压直流供电（HVDC）系统与交流UPS比较
交流UPS系统一般由整流器、逆变器、静态开关等组成，如图1（a）所示。交流市电经过整流后供给逆变器并对蓄电池进行充电，逆变器将直流电重新逆变为交流电并通过静态开关提供给负载，静态开关实现了冗余配置，保证了设备供电的可靠性。同时在整流器和逆变器之间加入了蓄电池组，作为另外的备份，市电正常时，市电经整流逆变供给负载使用；市电故障时，由蓄电池组经逆变后给负载供电。交流UPS一般通过冗余并机的方式提高设备供电的可靠性，根据客户的重要程度，供电方式分为单套（N+1）UPS供电和两套（N+1）UPS系统并联冗余供两种方式，但后者在提高供电可靠性的同时也大大增加了设备成本。
直流供电系统直接将交流市电整流为直流电供给负载侧的直流变换器使用，使用蓄电池作为后备电源。市电正常时，交流市电直接给负载供电并对电池组进行浮充；市电故障时，由电池组给负载供电。直流供电系统如图1（b）所示。高压直流供电系统借鉴了目前成熟的-48V通信电源系统的原理，其可用性及可靠性值得信赖。
通过对图1交流供电系统和直流供电系统的比较分析可知，采用传统的交流UPS并机输出需要保持对市电相位、频率和幅值的跟踪，受市电影响范围较大。交流UPS系统结构复杂，整流器、静态开关、逆变器任何一个设备的单点故障都会造成系统的瘫痪，因此交流UPS系统的可靠性远远低于直流供电系统。
2 高压直流供电原理
系统供电一般采用分散供电方式，单个系统容量一般在1000A以下，最大不应超过1500A，系统总输出容量应根据系统设计总负荷和蓄电池组的均充容量之和进行合理选择。高频开关电源整流模块的额定输出电流优先采用20A、40A，每个系统中高频开关电源的整流模块的数目不少于5只，一个整流机架中的整流模块不多于20只。模块配置根据系统最大输出电流采用N+1冗余配置，其中N个主用，N≤10个时，1个备用；N>10个时，每10个备用一个。蓄电池后备时间应满足系统满载时对通信系统供电保障的需要，重要通信系统的后备时间不小于120min，一般通信系统的后备时间不小于60min。电池总容量应按照系统设计负荷的工作电流I根据式（1）计算出蓄电池的容量。Q≥KIT
（1）
式中：Q为蓄电池容量（Ah），K为安全系数（取1.25），I为系统设计负荷电流（A），T为放电小时数（h），η为放电容量系数，t为实际电池所在地最低环境温度数值。
系统采用悬浮方式供电，交流输入应与直流输出电气隔离，直流输出应与机架、地、外壳电气隔离。电池组的正常有效维系着整个系统地有效性，为了严格监控其运行状态，系统的集中监控单元配置有电池组巡检仪，巡检仪监测每个电池的浮充电压和放电电流以判断电池组是否正常工作。
同时，直流供电系统的静态开关采用基于SCR直流静态开关，其复杂程度远小于交流UPS系统采用的交流静态开关。SCR直流静态开关没有系统同步的要求，可以做到非常高的低电压监测判断和开关投切响应速度。一般直流静态开关投切延时时间小于0.1ms，而几乎所有的开关电源其滤波电容储能满载支撑时间都要大于13ms，直流静态开关的投切完全能满足系统地要求。为了提高系统可靠性，直流静态开关系统可以采用并联电路结构，当开关检测到主回路出现低电压时，即行触发SCR，同时关闭充电器。
3 高压直流供电系统拓扑
240V直流系统的工作模式有两种：后备工作模式和在线工作模式。当系统工作在在线工作模式时，所有的电源模块全部投入使用，模块采用N+1冗余配置，电源模块对所有负载供电并对电池组进行充电维护。市电正常时，市电经过电源模块组向负载供电，模块可以进行热插拔更换与维护；市电故障时，由电源母线上的电池组向负载供电。当市电恢复时，模块组恢复供电，电池组进入充电维护状态。在线模式电路结构如图2所示。
这种电路拓扑结构的缺点是忽略了市电在绝大多数情况下是好的，发生故障的几率很小，对于这种小概率事件，可以考虑采用电池组后备运行的供电方式。当工作在后备模式时，在市电中断或在恢复过程中，首先由负载中的开关电源内部的储能电容放电以维护计算机的工作，然后迅速通过静态开关切换至由蓄电池供电直至市电恢复。
4 高压直流的优势
高压直流系统另一个显著优点是可以实现成熟的电池管理，同时由于母线上直接挂着电池，因此电池还具有智能休眠节能功能。电池直挂母线，瞬时的负载冲击可以通过电池放电来做缓冲，休眠退出过程中电池放电，然后设备退出休眠后再正常带载，因此不会拉垮系统。
240V高压直流供电技术与传统交流UPS系统的投资运行成本，通过分析得出在相同系统容量的情况下，高压直流无论在土地成本、电力运行成本还是扩容成本上都明显优于交流UPS系统。
5 结论
总之，通信业电源技术的重大发展方向是高压直流供电，它具有技术节能、可靠、低成本，较之传统的UPS电源具有巨大的优点。但由于受到交流UPS在行业内部的长期运行影响以及高压直流供电技术自身在应用阶段的一些问题，高压直流供电技术大规模应用仍然有很长的道路要走。
参考文献
