通信用高压直流供电系统的可靠性分析

摘要：可靠性是衡量系统和设备的一项重要的综合性质量指标。随着大数据和互联网业务的发展，通信系统的可靠性要求越来越高，而通信系统的可靠性很大程度上依赖于通信电源的可靠性。而当前经常使用到的通信电源，主要包括直流48V开关电源、交流UPS电源以及高压直流电源三种类型。虽然我国的通信用高压直流电源相比于交流式UPS电源发展应用较晚，但高压直流电源结构具有简单、效率高、节能等一系列可靠性优点，从而有着更为广阔的应用市场。

关键词：通信用高压直流;供电系统;可靠性

1通信用高压直流供电系统的概述

通信用高压直流供电系统指的就是能应用于重要场所的新型的直流不间断供电系统，主要组成部分包括了交流配电单元、整流模块、蓄电池、电池管理单元以及监控模块等多个部件。通常，直接将交流电通过整流模块转变为高压直流电，给负载供电，并给蓄电池充电;当市电或者交流整流部分出现故障的时候，由蓄电池通过直流配电单元直接为负载供电，实现了0ms不间断转换。交流配电单元指的就是通过将两路市政电源经过手动或者是自动切换，而将其分配到各个整流模块当中。此外，单元中还配备有两级防雷保护系统，更进一步保护整个电力装置。而作为整个通信高压直流电源系统的核心，整流模块能直接将交流电转变为直流电源，提供给负载系统充分的供电，同时还能给电池充电。此时，想要保证整个直流电源系统能够提供给电气设备不间断的供电，其关键在于使蓄电池进行充电后，能在停止供电的前提下，将蓄电池储备的电量提供给负载。其中直流配电单元指的就是通过熔断器或者断路器输出到列头柜，之后再由列头柜分配到各个负载设备，从而提供给多个负载设备可靠的直流电源。作为整个直流电源系统当中的监控者，监控模块能够实时的监测以及处理各个单元的实际运行情况。通过应用电池管理单元能够直接的将系统当中每一节电池的电池组端电压、电池端电压、充放电电流以及温度等各项参数直接传递给监控模块，进一步的保证整个系统的各个电池组始终仍处于正常工作状况。

2可靠性相关知识分析

2.1指数分布

在概率论和统计学理论中，指数分布是一种连续概率分布，可用来表示独立随机的事件发生的时间间隔。很多电子产品的寿命和系统的寿命一般服从指数或用指数分布来近似。指数分布在可靠性研究中是比较常用的一种分布形式。在实际测试和应用中，通过对部分电子产品和系统进行测试和验证，认为电子产品和系统的寿命服从指数分布是有效和合理的。一般用可靠度R（t）表示某种设备的可靠性，表示在某个时间区间[0，t]内正常运行或不发生故障的概率。为分析某种设备的可靠性，假设设备的寿命T服从指数分布，则该设备的可靠度R（t）可表示为： ，式中，λ为设备故障率，是平均失效间隔时间（MTBF）的倒数。

2.2系统可靠性模型计算

（1）串联系统的可靠性在组成系统的所有单元中，任一单元失效或发生故障就会导致整个系统的失效或故障，称为串联系统。假设某个单元i的可靠度为Ri（t）（i=1，2，…，n），则含有n个单元的串联系统的可靠性可以用可靠度Rs（t）表示为： 。

（2）并联系统的可靠性在组成系统的所有单元中，所有单元失效或发生故障才会导致整个系统的失效或故障，称为并联系统。假设某个单元i的可靠度为Ri（t）（i=1，2，…，n），则含有n个单元的并联系统的可靠性可以用可靠度Rs（t）表示为： 。

3评判系统可靠性的依据分析

3.1系统结构复杂性

高压直流供电系统指的就是模块化设计的直流供电系统，同时该供电系统的后备电源往往都使用储备电池，而在该供电系统当中的交流电源，只需要经过一次整流变换就能够到达直流变换器。所以，高压直流供电系统具备有较为简单的通电方式结构，意味着应用供电方式具备了较高的可靠性及高效性。

3.2扩容以及维护性

要对UPS系统进行改造及扩容，需要考虑电源的电压、相序、相位以及频率等多个参数的影响。因此在每一次UPS扩容以及改造过程中，整个供电系统面临巨大的安全风险。同时，由于UPS制造商、供应商的UPS产品频繁更新换代，使其无法扩容。如果在这种情况下仍然使用之前的运行状态或者是维护方式，可能会出现严重的掉电情况。应用新型的高压直流供电系统对其进行改造以及扩容，在整个过程中只需要考虑到电压这一个参数，意味着对该高压直流供电系统进行改造扩容以及后续的维护操作都较为简单，进一步增强了该高压直流电源的可靠性。

3.3安全可靠性

相比于传统的UPS系统，如今使用的高压直流供电系统内部结构简单，同时不存在静态开关以及逆变器等单点故障，从而防止其中任何一个单点出现故障而导致供电系统无法正常运行。因此，如今使用的高压直流供电系统相对于传统UPS电源系统具备更高的系统安全可靠性。

4高压直流供电系统结构分析

4.1单系统双回路供电系统

单系统双回路供电系统主要组成包括了两个楼层配电柜、高压直流供电系统、列头柜、直流电路、服务器机柜等多项组成部分。而该供电系统的结构类似于直流48V开关电源系统，同时供电系统中的服务器机柜中输入的电源主要来自于同一套高压直流供电系统。

4.2高压直流单系统双回路供电系统

高压直流单系统双回路供电结构的主要优点是其具备了较为简单的组成结构，因此建设该供电结构不需要投入过多的资金成本，缺点是服务器机柜输入的双路电源来自于同一套电源系统，导致如果系统电源中的某一点出现故障，就会影响到整个供电机构的正常使用。高压直流双系统双回路供电系统的主要优点是能针对性地解决之前单系统双回路供电单点故障，使得整个供电系统具备较高的可靠性，缺点是其组成结构较单系统双回路供电系统更为复杂，因此需要增加更多的资金成本。此外，系统具备更高的冗余程度，导致在该供电系统正常运行过程中，这种系统不具备较高的带载率。

4.3市电+高压直流供电系统

市电+高压直流供电系统的基本结构不仅能够消除之前单系统双回路供电系统的单点故障瓶颈，还能进一步提高供电可靠性。另外，在该供电系统运营过程中，不需要经过电能转换就能够使得供电系统具备更高的工作效率。缺點主要是供电系统提供的电能质量没有其他直流电源高，同时没有在其结构中设置蓄电池，一旦电网停止断电，供电系统将无法正常使用。

5结语

综上所述，通信用高压直流供电系统三种供电结构各有优缺点，建议实际工程应用中从建设需求、系统可靠性以及经济性等方面综合选择。

参考文献

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[4]丁加军，周小玲.高压直流通信电源中高频开关整流模块的研究[J].中国新通信.2018，（7）.

作者介绍：

于洋（1986.1.2）;性别：男;籍贯：山东龙口;民族：汉;学历：本科;职称：中级工程师;研究方向：直流输电、变电运维、电力系统相关;单位名称：国网山东省电力公司检修公司。