通信用高壓直流供電系統(tǒng)的可靠性分析

摘要：可靠性是衡量系統(tǒng)和設(shè)備的一項(xiàng)重要的綜合性質(zhì)量指標(biāo)。隨著大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展，通信系統(tǒng)的可靠性要求越來(lái)越高，而通信系統(tǒng)的可靠性很大程度上依賴于通信電源的可靠性。而當(dāng)前經(jīng)常使用到的通信電源，主要包括直流48V開(kāi)關(guān)電源、交流UPS電源以及高壓直流電源三種類型。雖然我國(guó)的通信用高壓直流電源相比于交流式UPS電源發(fā)展應(yīng)用較晚，但高壓直流電源結(jié)構(gòu)具有簡(jiǎn)單、效率高、節(jié)能等一系列可靠性優(yōu)點(diǎn)，從而有著更為廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。

關(guān)鍵詞：通信用高壓直流;供電系統(tǒng);可靠性

1通信用高壓直流供電系統(tǒng)的概述

通信用高壓直流供電系統(tǒng)指的就是能應(yīng)用于重要場(chǎng)所的新型的直流不間斷供電系統(tǒng)，主要組成部分包括了交流配電單元、整流模塊、蓄電池、電池管理單元以及監(jiān)控模塊等多個(gè)部件。通常，直接將交流電通過(guò)整流模塊轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏褐绷麟?，給負(fù)載供電，并給蓄電池充電;當(dāng)市電或者交流整流部分出現(xiàn)故障的時(shí)候，由蓄電池通過(guò)直流配電單元直接為負(fù)載供電，實(shí)現(xiàn)了0ms不間斷轉(zhuǎn)換。交流配電單元指的就是通過(guò)將兩路市政電源經(jīng)過(guò)手動(dòng)或者是自動(dòng)切換，而將其分配到各個(gè)整流模塊當(dāng)中。此外，單元中還配備有兩級(jí)防雷保護(hù)系統(tǒng)，更進(jìn)一步保護(hù)整個(gè)電力裝置。而作為整個(gè)通信高壓直流電源系統(tǒng)的核心，整流模塊能直接將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娫?，提供給負(fù)載系統(tǒng)充分的供電，同時(shí)還能給電池充電。此時(shí)，想要保證整個(gè)直流電源系統(tǒng)能夠提供給電氣設(shè)備不間斷的供電，其關(guān)鍵在于使蓄電池進(jìn)行充電后，能在停止供電的前提下，將蓄電池儲(chǔ)備的電量提供給負(fù)載。其中直流配電單元指的就是通過(guò)熔斷器或者斷路器輸出到列頭柜，之后再由列頭柜分配到各個(gè)負(fù)載設(shè)備，從而提供給多個(gè)負(fù)載設(shè)備可靠的直流電源。作為整個(gè)直流電源系統(tǒng)當(dāng)中的監(jiān)控者，監(jiān)控模塊能夠?qū)崟r(shí)的監(jiān)測(cè)以及處理各個(gè)單元的實(shí)際運(yùn)行情況。通過(guò)應(yīng)用電池管理單元能夠直接的將系統(tǒng)當(dāng)中每一節(jié)電池的電池組端電壓、電池端電壓、充放電電流以及溫度等各項(xiàng)參數(shù)直接傳遞給監(jiān)控模塊，進(jìn)一步的保證整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)電池組始終仍處于正常工作狀況。

2可靠性相關(guān)知識(shí)分析

2.1指數(shù)分布

在概率論和統(tǒng)計(jì)學(xué)理論中，指數(shù)分布是一種連續(xù)概率分布，可用來(lái)表示獨(dú)立隨機(jī)的事件發(fā)生的時(shí)間間隔。很多電子產(chǎn)品的壽命和系統(tǒng)的壽命一般服從指數(shù)或用指數(shù)分布來(lái)近似。指數(shù)分布在可靠性研究中是比較常用的一種分布形式。在實(shí)際測(cè)試和應(yīng)用中，通過(guò)對(duì)部分電子產(chǎn)品和系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證，認(rèn)為電子產(chǎn)品和系統(tǒng)的壽命服從指數(shù)分布是有效和合理的。一般用可靠度R（t）表示某種設(shè)備的可靠性，表示在某個(gè)時(shí)間區(qū)間[0，t]內(nèi)正常運(yùn)行或不發(fā)生故障的概率。為分析某種設(shè)備的可靠性，假設(shè)設(shè)備的壽命T服從指數(shù)分布，則該設(shè)備的可靠度R（t）可表示為： ，式中，λ為設(shè)備故障率，是平均失效間隔時(shí)間（MTBF）的倒數(shù)。

2.2系統(tǒng)可靠性模型計(jì)算

（1）串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性在組成系統(tǒng)的所有單元中，任一單元失效或發(fā)生故障就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的失效或故障，稱為串聯(lián)系統(tǒng)。假設(shè)某個(gè)單元i的可靠度為Ri（t）（i=1，2，…，n），則含有n個(gè)單元的串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性可以用可靠度Rs（t）表示為： 。

（2）并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性在組成系統(tǒng)的所有單元中，所有單元失效或發(fā)生故障才會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的失效或故障，稱為并聯(lián)系統(tǒng)。假設(shè)某個(gè)單元i的可靠度為Ri（t）（i=1，2，…，n），則含有n個(gè)單元的并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性可以用可靠度Rs（t）表示為： 。

3評(píng)判系統(tǒng)可靠性的依據(jù)分析

3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性

高壓直流供電系統(tǒng)指的就是模塊化設(shè)計(jì)的直流供電系統(tǒng)，同時(shí)該供電系統(tǒng)的后備電源往往都使用儲(chǔ)備電池，而在該供電系統(tǒng)當(dāng)中的交流電源，只需要經(jīng)過(guò)一次整流變換就能夠到達(dá)直流變換器。所以，高壓直流供電系統(tǒng)具備有較為簡(jiǎn)單的通電方式結(jié)構(gòu)，意味著應(yīng)用供電方式具備了較高的可靠性及高效性。

3.2擴(kuò)容以及維護(hù)性

要對(duì)UPS系統(tǒng)進(jìn)行改造及擴(kuò)容，需要考慮電源的電壓、相序、相位以及頻率等多個(gè)參數(shù)的影響。因此在每一次UPS擴(kuò)容以及改造過(guò)程中，整個(gè)供電系統(tǒng)面臨巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，由于UPS制造商、供應(yīng)商的UPS產(chǎn)品頻繁更新?lián)Q代，使其無(wú)法擴(kuò)容。如果在這種情況下仍然使用之前的運(yùn)行狀態(tài)或者是維護(hù)方式，可能會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的掉電情況。應(yīng)用新型的高壓直流供電系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行改造以及擴(kuò)容，在整個(gè)過(guò)程中只需要考慮到電壓這一個(gè)參數(shù)，意味著對(duì)該高壓直流供電系統(tǒng)進(jìn)行改造擴(kuò)容以及后續(xù)的維護(hù)操作都較為簡(jiǎn)單，進(jìn)一步增強(qiáng)了該高壓直流電源的可靠性。

3.3安全可靠性

相比于傳統(tǒng)的UPS系統(tǒng)，如今使用的高壓直流供電系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)不存在靜態(tài)開(kāi)關(guān)以及逆變器等單點(diǎn)故障，從而防止其中任何一個(gè)單點(diǎn)出現(xiàn)故障而導(dǎo)致供電系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。因此，如今使用的高壓直流供電系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)UPS電源系統(tǒng)具備更高的系統(tǒng)安全可靠性。

4高壓直流供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

4.1單系統(tǒng)雙回路供電系統(tǒng)

單系統(tǒng)雙回路供電系統(tǒng)主要組成包括了兩個(gè)樓層配電柜、高壓直流供電系統(tǒng)、列頭柜、直流電路、服務(wù)器機(jī)柜等多項(xiàng)組成部分。而該供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類似于直流48V開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)，同時(shí)供電系統(tǒng)中的服務(wù)器機(jī)柜中輸入的電源主要來(lái)自于同一套高壓直流供電系統(tǒng)。

4.2高壓直流單系統(tǒng)雙回路供電系統(tǒng)

高壓直流單系統(tǒng)雙回路供電結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是其具備了較為簡(jiǎn)單的組成結(jié)構(gòu)，因此建設(shè)該供電結(jié)構(gòu)不需要投入過(guò)多的資金成本，缺點(diǎn)是服務(wù)器機(jī)柜輸入的雙路電源來(lái)自于同一套電源系統(tǒng)，導(dǎo)致如果系統(tǒng)電源中的某一點(diǎn)出現(xiàn)故障，就會(huì)影響到整個(gè)供電機(jī)構(gòu)的正常使用。高壓直流雙系統(tǒng)雙回路供電系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是能針對(duì)性地解決之前單系統(tǒng)雙回路供電單點(diǎn)故障，使得整個(gè)供電系統(tǒng)具備較高的可靠性，缺點(diǎn)是其組成結(jié)構(gòu)較單系統(tǒng)雙回路供電系統(tǒng)更為復(fù)雜，因此需要增加更多的資金成本。此外，系統(tǒng)具備更高的冗余程度，導(dǎo)致在該供電系統(tǒng)正常運(yùn)行過(guò)程中，這種系統(tǒng)不具備較高的帶載率。

4.3市電+高壓直流供電系統(tǒng)

市電+高壓直流供電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)不僅能夠消除之前單系統(tǒng)雙回路供電系統(tǒng)的單點(diǎn)故障瓶頸，還能進(jìn)一步提高供電可靠性。另外，在該供電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，不需要經(jīng)過(guò)電能轉(zhuǎn)換就能夠使得供電系統(tǒng)具備更高的工作效率。缺點(diǎn)主要是供電系統(tǒng)提供的電能質(zhì)量沒(méi)有其他直流電源高，同時(shí)沒(méi)有在其結(jié)構(gòu)中設(shè)置蓄電池，一旦電網(wǎng)停止斷電，供電系統(tǒng)將無(wú)法正常使用。

5結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通信用高壓直流供電系統(tǒng)三種供電結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點(diǎn)，建議實(shí)際工程應(yīng)用中從建設(shè)需求、系統(tǒng)可靠性以及經(jīng)濟(jì)性等方面綜合選擇。

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作者介紹：

于洋（1986.1.2）;性別：男;籍貫：山東龍口;民族：漢;學(xué)歷：本科;職稱：中級(jí)工程師;研究方向：直流輸電、變電運(yùn)維、電力系統(tǒng)相關(guān);單位名稱：國(guó)網(wǎng)山東省電力公司檢修公司。