由于航天通信系统的专用性和保密性特点,特别是较高的时效性要求,通信电源的可靠性是航天通信部门首要考虑的问题,是通信系统安全运行的重要保证。
当前,航天系统各通信局(站)普遍采用UPS系统作为IT设备的主用电源,它克服了因市电中断而导致的系统中断。但是,UPS自身、甚至并机冗余系统的故障导致网络通信事故也时有发生,已产生较大的社会影响和相当的经济损失。
240V高压直流供电系统(HVDC)作为一项简单、可靠的技术,其减少了电力转换环节,供电可靠性和效率大大提高,受到了业界的广泛关注。航天通信部门应积极跟踪电源科技的发展变化,关注应用实践中的探索成果,将新技术转换为新应用,提升航天通信系统的可靠性水平。本文结合航天通信系统电源的现状,对高压直流供电技术的可行性和应用技术要点进行了分析,并提出了在航天通信系统中推广应用的建议。
1 UPS系统的不足
UPS是IT设备电源保障的主流设备。有些通信局(站)利用-48V蓄电池组资源与逆变器组合,来提升IT设备的供电保障等级,为非主流用法,产品较少。
图1为UPS的构成图。在线式UPS运行的工作过程为整流(AC/DC)—浮充—逆变(DC/AC)—输出;市电中断时360V蓄电池组经逆变电路保障IT设备的电能供给;UPS故障时,将维修开关转入市电旁路维持供电。
图1 UPS的构成
图2为逆变电源的构成图。相对于UPS来说,其特点是利用传统通信局站已有的-48V蓄电池组和整流设备,配置逆变器即可。该系统适用于小容量不间断交流供电,为减少整流设备的负荷,采取旁路运行模式。
图2 某航天通信局逆变电源的构成
如图1、图2所示,二者从输入端到输出端都经历整流—浮充—逆变—输出的过程,转换环节较多。系统均存在如下问题:①存在单点故障的可能,系统可靠性不高;②并联运行时(并机冗余系统)负载率低;③维护难度大,对厂家的依赖度较高;④转换效率低。
2 240V高压直流供电系统的优势
240V高压直流供电系统有着技术成熟、可靠性高、维护操作简易、转换效率高、在线扩容简单等优点,通信业界一直在探讨采用高压直流系统来代替UPS系统。240V高压直流供电系统具有明显技术优势和价格优势,且能在沿用现有的IT设备的前提下推广使用,因此得到了各级部门的广泛重视和支持。
2.1 系统构成简单
图3为240V高压直流供电系统构成图。由图中可以看出,原理、架构与传统通信局(站)的-48V直流供电系统完全相同,而后者的可用性及可靠性均得到数十年运行的检验。因此,该系统易于维护,对厂商的依赖度降低;负载率高且易于扩容;运行效率高;直流母排是电池组、整流器、负载的共同汇结点,系统可靠性高。
图3 240V高压直流供电系统的构成
图4为240V高压直流供电系统图(通信行业标准YD/T 2378-2011图A.1)。由图中可以看出,电池组经熔断器与整流模块输出端在总输出屏构成输出母排,系统两路输出(A路和B路),通过列头柜配电,来满足双电源服务器的需求,而单电源服务器仅使用A路或B路。