《高压直流技术应用发展策略研究》开题报告.doc

中国移动集团级重点研发项目（含联合项目）开题报告一、项目编号及名称：项目名称：高压直流技术应用发展策略研究。二、项目组：注，如该项目为联合项目，需区分牵头单位和协助单位；如为集团重点项目，仅填写该项目承担单位即可，无须区分牵头和协助单位。三、课题背景和意义随着全球信息化的高速发展，数据业务快速发展，各大电信运营商和网络服务企业的UPS使用量大增，不间断电源系统的可靠性、可维护性和低运行成本等问题越来越受到关注。尽管出现了双总线UPS供电系统，增加了UPS供电的可靠性，但随之又加大了机房使用面积及增加了设备投资，也加大了能源浪费。直流供电系统的系统效率和可靠性均要大大高于UPS供电系统，这一点已经得到了业内人士的公认，同时，国内外的高压直流供电系统试验都对此有了很好的印证。高压直流供电系统替代UPS系统是大势所趋。相对于传统UPS供电系统，高压直流供电系统具有可靠性高、谐波干扰小、系统成本低、能源利用率高、扩展性能好、对维护人员水平要求较低等诸多优势，成为未来不间断电源发展的趋势。作为一种新型供电方式，在大规模应用前对其展开各方面研究对降低新技术应用风险、提高通信机房供电系统可靠性、降低企业运行成本有着较重大的意义。目前，虽然高压直流供电技术得到了一致的认可，但是国际上高压直流供电技术存在诸多分歧，各组织和厂商推荐的电压等级不一，供电电压从300V400V不等，供电系统的电源接口标准也未统一。中国电信从2008年开始试验240V直流电源为交流服务器供电，取得了一定成果，但是其服务器电源仍为交流适配器，未通过240V直流供电的安规认证。另外，中国电信的技术标准提交国际组织时，未被国际组织采纳。2009年开始，中国移动进行了高压直流供电技术的技术研究，并在深圳移动进行了336V高压直流供电试验，为服务器定制了336V直流电源模块，系统测试性能良好，服务器经压力测试软件测试运行正常。但高压直流供电技术的推广未得到服务器厂家的相应，技术推进受到阻碍。中国移动在新建数据中心时，应按照技术先进的原则选择最合理的方案，其方案应可以适应高压直流供电技术的发展，应明确各设备的接口技术标准。对于现有数据中心，因设备均为交流供电电源，可使用240V直流电源为现有服务器设备供电，但目前尚缺乏相应的工程规范和指导性文件。四、课题研究目标本研究课题包括五部分研究内容，各部分研究内容的研究目标分别如下。1高压直流技术应用发展策略研究1.1针对高压直流供电技术的现状和面临的问题提出高压直流供电技术的实线路线图；1.2提出高压直流供电技术实施的分阶段目标。2高压直流电源设备与服务器电源接口标准化研究2.1提出高压直流供电技术的供电电压标准；2.2提出电源设备、服务器设备及其它相关设备的接口标准。3分布式高压直流供电系统3.1通过模拟对比分析采用分布式直流供电系统替代UPS系统的节能效果；3.2对比分布式直流供电系统和UPS系统的可靠性指标；3.3对比分布式直流供电系统和UPS系统的可维护性及维护成本；3.4对比分布式直流供电系统和UPS系统的机房安装空间及承重要求。4高压直流开关电源替换UPS可行性研究4.1在高压直流开关电源供电情况下对整体电网环境进行深度分析，对各类设备运行稳定性、可靠性提出评估意见；4.2对后期使用高压直流开关电源进行组网、替换、维护提出具体指导意见。5高压直流替代UPS的应用研究5.1对高压直流开关电源的各种应用方案进行比较，针对不同应用场景提出最优的配置方案；5.2提出一种安全可靠的末端网络设备对高压直流开关电源供电适应性的测试方法，并对现有的末端网络设备的适应性进行归纳；5.3通过高压直流开关电源在通信机房中的实际应用，总结新供电方式的优缺点以及在工程建设、运行维护中碰到的问题和挑战，提出工程建设规范以及运行维护规程。五、课题研究内容（包括研究总体框架、难点及解决方案、主要技术方案和关键技术等）1研究总体框架1.1分析高压直流供电系统和传统UPS供电系统的优缺点比较，包括初期投资、长期投入、安全性（系统结构）、效率、谐波、可维护性、维护成本、总体效益等。1.2分析国内外高压直流供电技术的研究发展情况，对提出高压直流供电技术的应用提出具体的技术路线图。1.3针对高压直流供电技术的发展现状提出中国移动的应对策略和分阶段实施的目标。1.4着重分析高压直流开关电源的各种应用方案，对其适应场景进行详细分析，针对不同应用场景提出最优的配置方案。具体包括容量配置、电池后备时间配置、导线、与其相关的配电屏、开关或熔丝的配置，防护等级。1.5着重对末端网络设备对高压直流开关电源供电的适应性进行研究和归纳。1.6提炼高压直流开关电源的工程建设规范，高压直流的日常维护规程，与其相关的测试设备（电池容量测试）的配置。1.7结合省内机房楼的实际情况提出高压直流替代UPS的具体方案和实施方法。1.8高压直流电源供电可靠性研究1.8.1对设备年平均故障率进行统计评估；1.8.2对设备单模块均流性能进行测试；1.8.3对设备稳压精度范围进行测试评估；1.8.4对不同特性负载进行测试分析；1.8.5对设备承受外界供电环境能力进行测试分析。1.9与现有大型UPS进行对比分析1.9.1对高压直流开关电源与UPS利用率进行分析；1.9.2对高压直流开关电源与UPS对整体供电系统影响进行对比分析；1.9.3对高压直流开关电源与UPS供电稳定进行分析评估；1.9.4对高压直流开关电源与UPS能效成本进行对比分析。1.10对现网各类设备支撑情况进行分析评估1.10.1对IDC设备、传输网设备、网管、核心等设备进行可用运行测试；1.10.2对上述设备供电范围进行测试评估。1.11对后期组网、替换、监控及维护进行研究1.11.1对高压直流开关电源供电方式及组网配置进行分析研究；1.11.2对UPS替换时现网断路器、线路及输出屏改造选型进行分析评估；1.11.3对现网动环监控系统匹配度进行测试分析；1.11.4对后期维护管理进行研究，提出指导意见。2难点及解决方案2.1 存在的问题2.1.1 336V直流供电技术目前在国内外缺乏完善的技术标准，服务器厂家相应不够积极，服务器电源还无相应技术标准需要。2.1.2 240V直流电源为交流服务器供电存在安规上的安全隐患，用户未必认可采用高压直流开关电源给其交流设备供电，出现问题容易引起纠纷。2.1.3 240V直流电源为一套试验系统，所能接入的IT负载设备数量及种类有限，无法对大量的IT设备进行验证。2.1.4高压直流供电技术需要得到电源厂家、服务器厂家和运营商的广泛支持。2.2解决方案2.2.1 提出中国移动的336V直流供电系统和设备的技术标准、设备接口标准，推动技术规范的完善，推动高压直流供电技术的落地和技术进步；应明确提出中国移动的高压直流供电技术的发展纲要和分阶段实施目标，推动服务器厂家配合中国移动进行产品研发。2.2.2 多与服务器厂家和维护部门沟通，上电前对用户设备的适应性严格测试，尽量避免纠纷产生。2.2.3 除机房新增设备外，多利用机房退网、下电的设备进行适应性验证。2.2.4测试方案搭建高压直流供电系统实验室，具备实验仪器仪表、服务器电源、电缆等。对相关服务器电源进行发热量，可工作电压进行一测试。(1)服务器正常工作范围验证服务器电源基本结构：桥式整流电路中UDC=1.27UAC，整流出的电压约为280V.服务器可工作电压范围多为15%，交流电压范围为253V187V，理论整流后直流电压范围为328V-243V，由于在开关电源整流回路中均设计有PFC（有源功率效整回路）实际的整流电压一般恒定在很小的范围内。需要验证直流工作电压范围。(2)服务器电源功率验证我们需要解决在直流供电时桥式电路和PFC电路的运行情况：当在直流功电时，Ui=Uo（不计算二极单向导通损耗），PFC不会正常工作时，直流电压下降到什么时候服务电源不能正常工作。桥整流负载能验证：直流供电极性将不在发生周期变化，2和4号二极管长期通，1和3号二极管长期截止。根据功率恒定原理：W交=W直假设直流电压范围为240V-190V，功率为500W，交流情况下：I=500/220/0.9=2.52A，单个二极管导通电流为0.63A在直流功电情况下：最小电流为I=500/240=2.08A，单个二极管通过电流为1.04A，最大电流为I=500/190=2.63A,单个二级管通过电流为1.31A直流供电时电流变化是是交流供电时的1.7-2.1倍，根据发热计算公式：W热=RI2t直流供电情况下二极管发热量是交流供电下的2.8-4倍，届时服务器电源的功率将不能满足服务器供电需求，直流供电可能存在较大风险（需要验证）。3主要技术方案和关键技术3.1主要技术方案：3.1.1提出336V供电系统及设备的技术标准纲要。3.1.2提出高压直流供电系统设备接口标准。3.1.3搭建高压直流开关电源测试平台，对其各项参数进行测试，掌握系统特性。3.1.4根据机房楼的实际设备配置及安装情况提出高压直流替换UPS的实施方案。3.1.5着重分析高压直流开关电源的各种应用方案，对其适应场景进行详细分析，针对不同应用场景提出最优的配置方案。 3.1.6利用一种安全可靠的测试方法对末端网络设备的适应性进行验证，并进行总结归纳。3.1.7根据应用场景，对高压直流开关电源的工程建设提出规范要求，并制定日常运行维护规程。3.2关键技术3.2.1中国移动的高压直流供电技术标准、设备接口标准。3.2.2不同应用场景的分析及系统方案配置。3.2.3寻找一种安全可靠的验证末端网络设备适应性的方法。六、专利检索情况利用“高压”“通信”为关键词，共找到22条专利，其中与本课题相关的专利共1条： 利用高压直流向通信设备供电的系统和方法（200910159890.X ）。专利权人：中国电信股份有限公司 发明人：赵长煦。该专利着重于高压直流开关电源系统架构的描述，与本课题没有专利冲突点。利用“336V”作为关键词，共找到3项专利：一种为服务器机柜提供交流直流电源的方法（专利申请号：201010286053.6）、一种降低机房能耗的服务器供电方法（专利申请号：201010266129.9）和一种服务器机柜直流供电系统的布线方法（专利申请号：201010279287.8）第一项侧重于服务器的交直流混合供电，供电电压也不一致；第二项专利供电电压与本课题供电电压不一致、技术不相同；第三项专利与本课题无关。七、已有的研究工作积累和取得的研究成果240V直流供电技术和336V直流供电技术在国内外已经进行了一些研究，取得了一些成果，部分成果可以为本课题提供经验和指导。1中国移动336V直流供电技术研究；2中国移动336V直流供电技术深圳罗湖邮政楼试验。3336V直流供电系统技术标准研究。4336V整流模块技术标准研究。5高压直流系统在通信业界的试用情况。6浙江公司石桥枢纽楼高压直流系统验收测试结果。7安徽公司2008年已完成220伏小型直流供电系统为数据设备供电实验,试验成功。8安徽公司已与有关厂商初步探讨安全型直流供电插座的可行性。9安徽公司已完成漏电保护期和高温保护自动复位断路器试验，方案可行。10业已颁布的直流供电行业标准。八、本课题的创新点和专利点1创新点1.1提出中国移动的高压直流供电技术企业标准纲要。1.2提出高压直流供电技术在中国移动的发展纲要和技术路标。1.3对高压直流开关电源的各种应用场景进行详细分析，针对不同应用场景提出最优配置方案。1.4提出一种安全可靠的验证末端网络设备适用性的测试方法。1.5形成高压直流开关电源的工程建设规范和日常维护规程。2专利点2.1一种安全可靠的验证末端网络设备适用性的测试方法。2.2一种新的直流供电电源接口。2.3安全直流供电插座。2.4蓄电池高温漏液自动保护装置.九、 外部合作伙伴委托方案无外部委托。十、预期研究产出1研究成果（研究报告、形成的软硬件平台）： 形成一份完整的研究报告。2标准成果（形成的企业标准及标准化组织成果）：2.1提出中国移动的高压直流供电技术企业标准纲要。2.2提出高压直流供电技术在中国移动的发展纲要和技术路标。2.3对高压直流开关电源的各种应用场景进行详细分析，针对不同应用场景提出最优配置方案。2.4提出一种安全可靠的验证末端网络设备适用性的测试方法。2.5形成高压直流开关电源的工程建设规范和日常维护规程。3专利成果（专利申请计划）：3.1种安全可靠的验证末端网络设备适用性的测试方法。3.2一种新的336V供电系统电源接口。3.3一种新的直流供电电源接口。3.3安全直流供电插座。3.4蓄电池高温漏液自动保护装置。4试验成果（开展的相关试验室及外场测试工作中形成的试验报告）：完成试点高压直流系统验收测试报告。十一、课题研究分工项目组承担课题名称负责人及手机、邮箱总部计划建设部（牵头单位）总体协调及牵头高压直流技术应用发展策略研究；高压直流电源设备与服务器电源接口标准化研究陈东旭中国移动通信集团设计院（协助单位）高压直流技术应用发展策略研究；高压直流电源设备与服务器电源接口标准化研究彭广香安徽省移动（协助单位）分布式高压直流供电系统刘中明；李永宁贵州省移动（协助单位）高压直流开关电源替换UPS可行性研究关涛浙江省移动（协助单位）高压直流替代UPS的应用研究王伟十二、项目研究计划进度2012.2项目立项及项目启动2012.2.32012.3.31高压直流供电技术现状调研及资料收集，高压直流开关电源应用场景分析2012.4.12012.6.30测试相关情况调研，试验场地准备、测试设备准备；2012.7.12012.7.31测试、应用场景总结，编制技术规范；2012.8.12012.8.31项目组负责主要的研究内容梳理，初稿编制2012.9.12012.9.30项目组内部讨论及沟通，修改2012.10.82012.10.31研究课题总结，编制终稿技术文件2012.11.12012.11.31评审及修改2012.12.12012.12.31结题。十三、项目关键技术决策点及完成时间计划项目关键决策点决策点简要描述研究完成时间计划测试试验场地及测试设备确定测试场地、测试设备2012年4月不同应用场景的分析及系统方案配置对各种应用场景进行详细分析，针对不同应用场景提出最优的配置方案。2012年5月电源接口标准确定336VX系统的电源接口形式和标准2012年6月末端网络设备的适应性研究和归纳找到一种安全可靠的验证末端网络设备适用性的测试方法，对末端网络设备的适应性进行总结；2012年9月十四、项目企业绩效贡献情况预测项目对企业绩效贡献的量化路径图项目特征指标（PAV）指标名称项目应用前指标现状值：PAVc项目应用1年后指标预期值：PAVe1此项目带来的指标变动量：PAV企业特征指标网络及生产类（EAV-PS）指标名称项目应用前指标现状值