直流電源
直流電源，是維持電路中形成穩(wěn)恒電壓電流的裝置。如干電池、蓄電池、直流發(fā)電機(jī)等。直流電源有正、負(fù)兩個(gè)電極，正極的電位高，負(fù)極的電位低，當(dāng)兩個(gè)電極與電路連通后，能夠使電路兩端之間維持恒定的電位差，從而在外電路中形成由正極到負(fù)極的電流。直流電源是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它把其他形式的能量轉(zhuǎn)換為電能供給電路，以維持電流的穩(wěn)恒流動(dòng)。
直流電源基本原理 編輯本段
單靠水位高低之差不能維持穩(wěn)恒的水流，而借助于水泵持續(xù)地把水由低處送往高處就能維持一定的水位差而形成穩(wěn)恒的水流。與此類(lèi)似，單靠電荷所產(chǎn)生的靜電場(chǎng)不能維持穩(wěn)恒的電流，而借助于直流電源，就可以利用非靜電作用（簡(jiǎn)稱(chēng)為“非靜電力”）使正電荷由電位較低的負(fù)極處經(jīng)電源內(nèi)部返回到電位較高的正極處，以維持兩個(gè)電極之間的電位差，從而形成穩(wěn)恒的電流。
直流電源中的非靜電力是由負(fù)極指向正極的。當(dāng)直流電源與外電路接通后，在電源外部（外電路），由于電場(chǎng)力的推動(dòng)，形成由正極到負(fù)極的電流。而在電源內(nèi)部（內(nèi)電路），非靜電力的作用則使電流由負(fù)極流到正極，從而使電荷的流動(dòng)形成閉合的循環(huán)。
直流電源
直流電源表現(xiàn)電源本身的一個(gè)重要特征量是電源的電動(dòng)勢(shì)，它等于單位正電荷從負(fù)極通過(guò)電源內(nèi)部移到正極時(shí)非靜電力所作的功。
當(dāng)電源的內(nèi)電阻可以忽略不計(jì)時(shí)，可以認(rèn)為電源的電動(dòng)勢(shì)在量值上近似地等于電源兩極間的電位差或電壓。
為了取得較高的直流電壓，常將直流電源串聯(lián)使用，這時(shí)總電動(dòng)勢(shì)為各電源的電動(dòng)勢(shì)之和，總內(nèi)阻也為各電源內(nèi)電阻之和。由于內(nèi)阻增大，一般只能用于所需電流強(qiáng)度較小的電路。為了取得較大的電流強(qiáng)度，可以將等電動(dòng)勢(shì)的直流電源并聯(lián)使用，這時(shí)總電動(dòng)勢(shì)即為單個(gè)電源的電動(dòng)勢(shì)，總內(nèi)阻為各電源內(nèi)電阻的并聯(lián)值。
直流電源的類(lèi)型很多，不同類(lèi)型的直流電源中，非靜電力的性質(zhì)不同，能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程也不同。在化學(xué)電池（例如干電池、蓄電池等）中，非靜電力是與離子的溶解和沉積過(guò)程相聯(lián)系的化學(xué)作用，化學(xué)電池放電時(shí)，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能和焦耳熱在溫差電源（例如金屬溫差電偶、半導(dǎo)體溫差電偶）中，非靜電力是與溫度差和電子的濃度差相聯(lián)系的擴(kuò)散作用，溫差電源向外電路提供功率時(shí)，熱能部分地轉(zhuǎn)化為電能。在直流發(fā)電機(jī)中，非靜電力是電磁感應(yīng)作用，直流發(fā)電機(jī)供電時(shí)，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能與焦耳熱。在光電池中，非靜電力是光生伏打效應(yīng)的作用，光電池供電時(shí)，光能轉(zhuǎn)化為電能和焦耳熱。
技術(shù)指標(biāo) 編輯本段
直流電源的技術(shù)指標(biāo)分為兩種：一種是特性指標(biāo)，包括允許輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等；另一種是質(zhì)量指標(biāo)，用來(lái)衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度，包括穩(wěn)壓系數(shù)（或電壓調(diào)整率）、輸出電阻（或電流調(diào)整率）、紋波電壓（周?chē)c隨機(jī)漂移）。
1、穩(wěn)壓系數(shù)及電壓調(diào)整率：穩(wěn)壓系數(shù)是指在負(fù)載電流、環(huán)境溫度不變的情況下，輸入電壓的相對(duì)變化引起輸出電壓的相對(duì)變化。電壓調(diào)整率是指輸入電壓相對(duì)變化為±10%時(shí)的輸出電壓相對(duì)變化量，穩(wěn)壓系數(shù)和電壓調(diào)整率均說(shuō)明輸入電壓變化對(duì)輸出電壓的影響，因此只需測(cè)試其中之一即可。
2、輸出電阻及電流調(diào)整率：輸出電阻與放大器的輸出電阻相同，其值為當(dāng)輸入電壓不變時(shí)，輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比的絕對(duì)值。電流調(diào)整率：輸出電流從0變到最大值時(shí)所產(chǎn)生的輸出電壓相對(duì)變化值。輸出電阻和電流調(diào)整率均說(shuō)明負(fù)載電流變化對(duì)輸出電壓的影響，因此也只需測(cè)試其中之一即可。
3、紋波電壓：疊加在輸出電壓上的交流電壓分量。用示波器觀(guān)測(cè)其峰峰值一般為毫伏量級(jí)。也可用交流毫伏表測(cè)量其有效值，但因紋波不是正弦波，所以有一定的誤差。
行業(yè)應(yīng)用 編輯本段
航天事業(yè)擔(dān)負(fù)著特殊的國(guó)家使命。航天通信系統(tǒng)具有專(zhuān)用性和保密性特點(diǎn)，特別是較高的時(shí)效性要求。通信電源的可靠性是航天通信部門(mén)首要考慮的問(wèn)題，是通信系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要保證。當(dāng)前，航天系統(tǒng)各通信局（站）普遍采用UPS系統(tǒng)作為IT設(shè)備的主用電源，它克服了因市電中斷而導(dǎo)致的系統(tǒng)中斷。但是，UPS自身、甚至并機(jī)冗余系統(tǒng)的故障導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通信事故也時(shí)有發(fā)生，已產(chǎn)生較大的社會(huì)影響和相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)損失。
240V高壓直流供電系統(tǒng)（HVDC）作為一項(xiàng)簡(jiǎn)單、可靠的技術(shù)，減少了電力轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，提高了供電可靠性和效率，受到了業(yè)界的廣泛關(guān)注。航天通信部門(mén)應(yīng)積極跟蹤電源科技的發(fā)展變化，關(guān)注應(yīng)用實(shí)踐中的探索成果，將新技術(shù)轉(zhuǎn)換為新應(yīng)用，提升航天通信系統(tǒng)的可靠性水平。
240V高壓直流供電系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)
240V高壓直流供電系統(tǒng)有著技術(shù)成熟、可靠性高、維護(hù)操作簡(jiǎn)易、轉(zhuǎn)換效率高、在線(xiàn)擴(kuò)容簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，通信業(yè)界一直在探討采用高壓直流系統(tǒng)來(lái)代替UPS系統(tǒng)。
240V高壓直流供電系統(tǒng)具有明顯技術(shù)優(yōu)勢(shì)和價(jià)格優(yōu)勢(shì)，且能在沿用現(xiàn)有的IT設(shè)備的前提下推廣使用，因此得到了各級(jí)部門(mén)的廣泛重視和支持。
1、系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單
原理、架構(gòu)與傳統(tǒng)通信局（站）的?48V直流供電系統(tǒng)完全相同，而后者的可用性及可靠性均得到數(shù)十年運(yùn)行的檢驗(yàn)。因此，該系統(tǒng)易于維護(hù)，對(duì)廠(chǎng)商的依賴(lài)度降低；負(fù)載率高且易于擴(kuò)容；運(yùn)行效率高；直流母排是電池組、整流器、負(fù)載的共同匯結(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)可靠性高。
2、供電配電簡(jiǎn)便
圖為240V高壓直流供電系統(tǒng)圖。
由圖中可以看出，電池組經(jīng)熔斷器與整流模塊輸出端在總輸出屏構(gòu)成輸出母排，系統(tǒng)兩路輸出（A路和B路），通過(guò)列頭柜配電，來(lái)滿(mǎn)足雙電源服務(wù)器的需求，而單電源服務(wù)器僅使用A路或B路。
系統(tǒng)采用2根電纜（正、負(fù)極）、以懸浮方式由電源端向設(shè)備端供電；全系統(tǒng)機(jī)架外殼與樓層等電位體進(jìn)行電氣連接。
3、系統(tǒng)投資減少
根據(jù)中國(guó)電信江蘇鹽城分公司統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，相對(duì)于新建UPS系統(tǒng)，采用240V高壓直流供電系統(tǒng)可平均節(jié)省投資超過(guò)40%，整個(gè)生命周期內(nèi)平均節(jié)省電力20%～30%
HVDC應(yīng)用的可行性分析
隨著電源技術(shù)的進(jìn)步，IT設(shè)備的電源模塊早已采用高頻開(kāi)關(guān)電源。這樣，240V高壓直流系統(tǒng)供電成為可能。
1、240V高壓直流的可用性
圖為IT設(shè)備電源模塊交流電入口處的等效圖。
由圖中可以看出，在傳統(tǒng)的工作環(huán)境下，AB間Ui為標(biāo)稱(chēng)的220V交流電；全橋整流后CD間Uo將獲得198～308V的直流電（視負(fù)載率大小和有無(wú)PFC—功率因數(shù)校正電路）。
市電電壓波動(dòng)將引起整流電壓的波動(dòng)。根據(jù)GB/T 12325—2003《電能質(zhì)量供電電壓允許偏差》的規(guī)定，電壓偏差為標(biāo)稱(chēng)電壓的?10%、+7%，即198～235.4V，對(duì)應(yīng)的整流電壓Uo為178.2～329.6V?？梢?jiàn)，IT設(shè)備CD間工作電壓的范圍是較寬的。
當(dāng)IT設(shè)備直接采用直流供電，如A端+、B端－，Ui為DC270V（浮充電壓）時(shí)，將使得二極管2、4長(zhǎng)期導(dǎo)通，另兩只1、3長(zhǎng)期截止。二極管2、4等效為導(dǎo)體，CD間Uo約為270V的直流電。結(jié)論是：IT設(shè)備在A(yíng)C220V或DC270V條件下完全等效工作。
2、HVDC各種狀態(tài)下的輸出電壓分析
YD/T 2378—2011《通信用240V直流供電系統(tǒng)》要求，系統(tǒng)應(yīng)采用鉛酸蓄電池組、并且應(yīng)具有電池管理能力。鉛酸蓄電池的特性決定了電池組的電壓范圍，而是否在IT設(shè)備的承受范圍內(nèi)是可用性研究的關(guān)鍵因素?，F(xiàn)以國(guó)內(nèi)某品牌電池為例，分析各種狀態(tài)下的輸出電壓。
（1）浮充狀態(tài)。YD/T 2378—2011《通信用240V直流供電系統(tǒng)》要求，240V高壓直流電源的輸出電壓范圍是204～288V，全程允許最大壓降為12V，即IT設(shè)備的電壓承受范圍是192～288V。常態(tài)下，該品牌240V蓄電池組的浮充電壓為270V，滿(mǎn)足IT設(shè)備的電壓要求。
（2）放電狀態(tài)。當(dāng)遭遇長(zhǎng)時(shí)間停電而又無(wú)后備手段時(shí)，蓄電池組放電的終止（保護(hù)）電壓為222V，高于IT設(shè)備工作電壓下限（204V）的要求。當(dāng)然，現(xiàn)代通信局（站）應(yīng)（都）具有后備電源和快速接續(xù)的能力。
（3）均充狀態(tài)。該品牌240V蓄電池組的均充電壓為282V，低于IT設(shè)備工作電壓上限（288V）的要求。
由以上的參數(shù)分析可以得出結(jié)論：240V高壓直流供電系統(tǒng)各種狀態(tài)下的輸出電壓均可滿(mǎn)足IT設(shè)備的工作需要，且有一定的安全裕度。
3、建立了完善的標(biāo)準(zhǔn)體系
我國(guó)相繼發(fā)布了YDB 037—2009《通信用240V直流供電系統(tǒng)技術(shù)要求》、YD/T 2378—2011《通信用240V直流供電系統(tǒng)》、YD/T 2555—2013《通信用240V直流供電系統(tǒng)配電設(shè)備》、YD/T 2556—2013《通信用240V直流供電系統(tǒng)應(yīng)用維護(hù)技術(shù)要求》、YD 5210—2014《240V直流供電系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》等系統(tǒng)性標(biāo)準(zhǔn)，為推廣240V高壓直流供電系統(tǒng)應(yīng)用、逐步替代UPS電源系統(tǒng)奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。
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