信息通信
INFORMATION & COMMUNICATIONS
2019年第10期(总第202期)
2019
(Sum. No 202)
336V 高压直流电源与铁锂后备电池新型供电系统
王琪，杨一宇
(中国移动通信集团内蒙古有限公司云计算数据中心，内蒙古呼和浩特010010)
摘要：论述了 336V 高压直流电源系统加磷酸铁锂后备电池新型供电方式在IDC 数据中心中的应用。从设计、建设、维
护等多个维度分别阐述了 336V 高压直流电源对于传统UPS 系统的优势，并提出了在今后的工程建设中需要特别关注
的问题。同时，分析作为后备电池的磷酸铁锂电池的优点，以及BMS 管理系统的在现实中的应用。
关键词:336V 高压直流；磷酸铁锂电池;BMS;IDC 数据中心
中图分类号:TN86
文献标识码:A 文章编号：1673-1131(2019)10-0271-03
0引言
随着当代计算机通信技术飞速发展，大型数据中心在我国 建设投入已是常态化，对电量的需求也是越来越大，远远超过了 传统的交换、传输等通信业务”节能减排、节约成本、合理利用
宝贵的土地资源也成为数据中心新兴的发展方向即绿数据中
心。传统UPS 供电系统其系统复杂、单路径故障点多、系统电
流谐波干扰、维护成本高和能源消耗大等问题，在大型集中化数 据中心中越来越明显。正因为传统交流UPS 的上述问题,336V 高压直流电源，依靠其简单的结构电路、稳定的系统性能、节能
环保的优势，日益受到业界的广泛关注。铅酸蓄电池系作为传
统后备电源，存在着制造、回收污染环境，且体积较大等劣势。磷
酸铁锂电池凭借其环保节能、体积小等特点作为336V 高压直流 电源备用电源的绿供电方式必将成为一种主流趋势。
1高压直流供电系统1.1高压直流原理
高压直流(HVDC)供电系统主要由交流配电屏、整流模块、
直流配电屏、后备蓄电池组、监控单元以及绝缘监察和接地部
分组成叫 整流模块将低压配电柜输出的400V 交流电源变换
为336V 直流电源输出到母排，经设备控制单元分配后给直流 配电系统，于此同时给蓄电池浮充。当市电停电或上端低压配
电柜出现故障时，由直接连接到母排上的蓄电池放电为IT 设 备供电。336V 直流供电系统与传统的UPS 供电系统最大的
区别是减少了 DC/AC 变换和开关电源输入的AC/DC 变换。
336皿压直流系统没有DC/AC ，结构简单,
运彳更率显砂升
图1 HVDC 与传统UPS 内部结构对比图
1.2高压直流技术的优势
1.2.1提高供电系统效率、降低成本
没有了逆变环节，元件和成本可以较少30%左右，系统电
能转换效率得以提高。逆变器的能量损耗大多在5%左右,UPS 能耗占数据中心总能耗的15%左右，按照某大型数据中心一个
机楼20000KW 容量满载运行，每天可节约用电3600度电。
1.2.2提高供电可靠性
由于336V 高压直流电源系统只有整流和输出模块，并没有 DC/AC 逆变环节和静态旁路开关，系统的单点故障率大大较少。 1.2.3提高了扩展性
336V 高压直流电源系统一般釆用模块化工作，且各个模
块之间并联工作，预留多个整流模块插入接口来实现冗余备
份，扩展能力较强。
模块化电源1.2.4便于维护
336V 高压直流电源采用支持热插拔的整流模块，当模块
发生故障时，维护人员不需要设备厂家亲自到场就可直接更 换故障模块，迅速解决故障恢复供电，一般日常维护技术人员 可操作胜任。而UPS 电源对于技术人员要求较高，维护难度 较大,UPS 电源谐波检测、告警测试、三项平衡等都需要专业 技术工程师方能操作。
1.3高压直流电源系统在工程设计建设中需注意的问题
1.3.1电缆选择
电缆选型以450/750V 以上耐压等级RWZ 型电缆为宜。 当电缆布放小于30米时，电缆的截面积通常按照2.5A/iif 估算。
336V 高压直流电缆的截面积A 计算公式如下：A = 乂 a x 厶)/K x AU
其中：A 是截面积(m 2), I 是电流(A), L 是电缆的长度
(m)，是电缆变电变化(V),K 是电缆系数。综合考虑配电安全
性，直流及电池输出负载线缆上的压降要符合规范。
1.3.2高压直流机架配电方式
高压直流配电系统直流配电单元进线可选用与其列头柜
相对应的输出断路器同容量的直流负荷隔离开关，主要有以
下2种出线方式：
(1) 端子式PDU ：高压直流设备的接线工作量相对较复杂,
在安装调试过程中需要反复在对应机架布线、压接端子，工作
量很庞大，所以适合在小型数据机房中使用。在安装初期就
应将端子式PDU 插头线安放在机架内，调试及正常运行期间， 仅仅需把插头直接接入用电设备即可。
(2) “端子+插座”式PDU ：此类机架配电方式，一般用在设 备厂家自带供电插头线的IDC 数据机房，后期设备扩容十分
方便。其所需空间较大、费用比较高，在工程实践中宜在机架 内垂直安装。
1.3.3系统应该对地悬浮
电源系统的接地处理是电源工程的重要问题。高压直流
电源系统电源出厂前设计为悬浮接地。若高压直流电源任意
一极误接地，当调试运维人员触碰到没有接地另外一端，瞬间
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王琪等:336V高压直流电源与铁锂后备电池新型供电系统
电流会形成回路,336V远远超过36V人体自身安全电压，很有可能造成电击事故。
1.3.4监控系统的设置
监控系统必须要显示系统目前的工作参数工作状态，并能对模块电压电流进行设定，实现输出参数调整及模块均充浮充的开关机控制。同时监控系统必须记录工作状态，特别是各种告警信息、故障信息。应留有标准接口，方便信息传递和存储，维护人员才可方便査问题，排除隐患。
1.3.5防雷及电涌保护
按照IDC数据机房等级，高压直流配电系统一般至少要求C级防雷器。若需要更高等级的防雷性能时，则需加装B 级防雷。336V高压直流的整流模块和B级防雷器间电缆长度应按照如下规定：⑴若采用的是限压型的B级防雷器, LM5in；若采用的是开关型B级防雷器,LdlOm。同时，为了保证引线电缆不会直接遭受雷电冲击，电缆一定要在室内布
放其引线线径至少要大于16-25mm o
1.3.6后端设备的适应性要求
目前从中国移动高压直流的试点情况来看，尽管后端用电设备交换机、服务器、防火墙设备等绝大多数都支持高压直流
供电，但336V高压直流供电方式还没有完全的标准化，其供电方式和传统UPS差别很大。为了保证336V直流电源的安全可靠性，建议在后端设备采购时，提出适应本数据中心的要求。
2礴酸铁锂电池在高压直流系统的应用
后备电池是高压直流系统中重要的组成部分，对于大型
IDC数据中心尤其重要。电池的容量、供电电流、运行状态的稳定性直接决定着整个系统的供电效率，而不同类型、型号的
电池在平台电压、便用温度、容量等方面差异很大。
目前阀控铅酸电池是通信行业普遍使用的后备电池，铅酸电池一般每5年左右就要大面积更换。铅酸电池无论直接报废还是将内部铅回收利用，都会对环境造成很大的污染。随着国内铅价格逐年追高，此污染问题尤其严重。阀控式铅酸蓄电池的导致的环境问题，已经制约通信行业的发展。机房的环境好坏决定了铅酸蓄电池的使用寿命，当机房温度升高，浮充电压阀值将逐渐下降，电池会进入“过压充电"状态，从而加速蓄电池的老化，减少电池寿命。
2.1磷酸铁锂电池的性能
磷酸铁锂电池是一种环保新型蓄电池，近几年慢慢开始引入到通信行业叫磷酸铁锂电池具有体积小、重量轻巧的明显优势，耐高温能力较为突出，充放电循环性能优异，充电快，更为环保等优势，能更好的满足大型集中化数据中心的要求。
表］磷酸铁锂电池和铅酸电池对比
序号电池性能帙锂电池铅戡电池
1cwh/Kg)110-19030-50
2体积能童比(Wh/L〉180-22085120
3循环寿命>2000次>500次
4单体电压 3.2V2V
5倍率放电能力4C2C
6能■转化效率>95%80%
8安全性低
9环保性无污染
2,1.1循环寿命长
铁锂电池充放电的过程本质上是锂离子在由正极转向负极并返回的过程，在此过程中正负极的结构并未发生多大变化，这也决定了锂离子可以多次在正负极之间穿梭，充放电循环次寿命比铅酸电池大。
2.1.2耐高溫性
在高温条件下同磷酸铁锂电池的等容量衰减情况要大大
低于传统的铅酸蓄电池，因而可以相对增加在IDC数据中心的使用寿命，减少更换电池数量，降低了后期的维护费用。2.1.3放电性能好
铁锂电池能能够进行大电流充放电，在3C倍率下放电，部门电池放电量能达到标称值的90%以上，而同样容量的铅酸电池在1C条件下，一般只能放出标称值的60%的电量。锂电池也可以进行大电流怏速充电，一般机房使用的锂电池的
充电时间仅4-5为小时，而铅酸蓄电池则需8-10小时，大大缩短了充电时间，提高了机房的安全等级。
2.1.4电荷保持能力强
电荷保持能力即自放电率，指在系统不工作的状态下，电池存储电能的能力。铁锂电池电荷保持能力远大于铅酸电池,
一般自放电率为8%/月。锂电池充满后完全空置两月，其电能容量依然保持在80%以上，同容量的铅酸电池相同时间空置后，仅仅有40%-50%的电量。
2.2磷酸铁锂电池的工作方式
2.2.1直接替代传统电池
趣蓄电雌鮭系统母排上，此方式系统相冊单，但是运行一段时间后，电池中可能存在一些电池会相对落后，此部分电池的影响了整组蓄电池的性能。磷酸铁锂电池在后期将很快达到过充电电压上限值，此时电池的端电压迅速升高，导致内部结构会发生不可逆转的变化，从而缩短了电池寿命。2.2.2磷酸铁锂电池的电池管理系统(BMS)
采用电池管理系统(BMS)控制磷酸铁锂电池的充放电过程，如图2。BMS管理内容包括常态管理和均充管理2大方面内容。铁锂蓄电池组中每只电池状态都在BMS系统下监控，过充、过放、过流、短路等不稳定、不正常的状态都能得到
控制，能够合理调节整个蓄电池组的充放电状态，及时发现相对落后电池。当电池需要充电时，只须把浮充电压或均充电压调整到铁锂电池的充电电压进行充电。充电中随着电池组电压逐步升高，系统会控制充电电流相应减小，当电压几乎接近时，系统会控制充电电流变为0A，此时电池组的BMS系统触发了相应的保护功能，电池充满。
图2电池管理系统(BMS)
2.3铁锂电池在336V高压直流系统中的应用及注意事项
目前在数据机房中，一般主要以48V电池模块(由3.2V
*16只电池组成)形式出现的。作为336V高压直流电源
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2019年第10期(总第202期)
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(Sum. No 202)
航电系统网络管理协议的研究与设计
王建宇，魏雪菲
(航空工业西安航空计算技术研究所，陕西西安710068)
摘要：机载网络是航电系统的数据传输通道，承担着整个航电系统数据交互的重要任务，对其进行高效的管理可保证网
络正确运行，保障航电系统正常工作。基于SNMP 的原理和机载网络的特点，设计了适应机载网络的航电系统网络管 理协议，并应用于FC 网络，验证结果表明该协议达到了预期目标。
关键词：航电系统；机载网络;SNMP；网络管理协议
中图分类号:TP393.0
文献标识码:A 文章编号：1673-1131(2019)10-0273-02
1概述
现代飞机航电系统设计向分布式综合模块化航空电子系
统架构发展，复杂性和机载信息量不断提高，为满足航电系统 机载主干网大数据量的需求，普遍釆用交换式网络实现各系
统之间的互连。为保证机载网络在航电系统的正常运行，必
须实时获取和监控网络设备的运行状态、故障检测、错误计数
等信息，根据这些信息进行网络运行情况诊断，实行有效的网 络管理，保障航电系统正常工作。
当前在航电系统中使用的机载网络主要包括AFDX 、FC, 在AFDX 网络中,ARINC664P7规范指定网络管理釆用SNMP
(simple Network management protocol，简单网络管理协议)131 □ 航电系统中使用的FC 网络进行了
简化和修改，在具体应用时
使用自定义的网络管理协议，多种网络管理协议的使用增加
了设计验证工作的复杂性和工作量。本文在研究分析SNMP (第二版)的基础上，结合不同网络的特点，设计了适应机载网
络的航电系统网络管理协议，并应用于FC 网络，验证结果表 明该协议达到了预期目标。
2 SNMP 介绍
SNMP 协议第一版在1988年制定，目前已发展到第三版, 主要在安全性和功能方面进行了增强。SNMP 用于在IP 网络
内管理网络单元，包括服务器、工作站、路由器、交换机等设备。
SNMP 位于TCP/IP 五层协议中的应用层，釆用UDP 协议进行 通信，SNMP 协议是目前应用最广泛的网络管理协议。完整 SNMP 协议由三部分组成：管理信息结构与标识(SMI ： Struc-的后备电源时，将7组48V 铁锂电池模块串联在一起。铁锂 电池BMS (电池管理系统)会对每只电池进行监测，以保证电
池组在最佳的运行状态，但单一BMS 系统对超过100只以上
的单体管理起来还是困难很大°336V 磷酸铁锂电池组可以釆 用双层管理模式，以48V 铁锂电池模块为一组，下层为单元
BMS，负责管理一组电池模块，上层为系统BMS，负责处理来
自下层各个模块间通信。通过分层处理，更加安全合理地管 理，保障了电池充放电的安全。
虽然磷酸铁锂蓄电池的安全性等级要比铅酸电池要好, 但在IDC 大型数据中心，其安全性能仍然不能掉以轻心。在 运行期间，如果铁锂电池长期不使用或者没有停电情况，至 少要每半年做一次负载或假负载的充放电，并记录放电容量。
3结语
在通信计算机领域飞速发展的今天,336V 高压直流型电 源系统和磷酸铁锂电池对应的新技术给通信行业提供了巨大
fare and Identification ofManagement Information)、管理信息库 (MIB : Management Information Base)和 SNMP 报文协议°8。2.1 SMI
管理信息结构是管理信息库的公用结构和表示符号。SMI
釆用抽象语法符号(ASN.1: Abstract Syntax Notation One, ISO/
ITU-T 标准)定义和表示SNMP 中的数据类型，简化管理对象 的定义，分配SNMP 中对象标识符空间和管理对象编码的方
法，适应不同网络设备上的数据不同的表示方式。提供了一
整套的格式用于描述对象的结构，特别适合表示现代通信应 用中复杂、易变、可扩展的数据结构。SNMP 的操作和数据在
网络上传输的时候，按照基本编码规则(BER ： Basic Encoding
Rules)规则进行编码，接收方则对其反向解码。2.2 MIB
代理端上可被管理的资源是一个被管理的对象，MIB 是 代理端上可被管理的对象的集合，是一个管理对象的虚拟数
据库叫 每个MIB 对象都有唯一的对象标识符(OID)来标识
和命名。
2.3报文协议
报文协议是SNMP 管理端和代理端之间通信时釆用的协
议，每种报文对应不同的协议数据单元(PDU ： Protocol Data
Unit), SNMP 定义了以下几种报文：
(1) get-request ：管理端向代理端发布获取参数值的请求；(2) get-next-request ：管理端向代理端发布获取该参数值
的下一个参数的请求；
(3) Get-Bulk-Request ：：管理端向代理端发布获取MIB 库
的帮助，相信通过不断的创新发展,336 V 高压直流电源配置
磷酸铁锂后备电池的供电方式必将成为IDC 数据中心一种主
要供电方式。
参考文献：
[1] 刘宝庆.现代通信电源技术及应用[M].北京：人民邮电出
版社.
[2] 李志华.唐志雄通信用磷酸铁锂电池的节能减排应用[J].
应用分析,2011.8.
作者简介：王琪(1985-)，男，毕业于桂林电子科技大学，测试计 量技术及仪器专业，硕士，中国移动通信集团内蒙古有限公司
云计算数据中心从事机电安装、配套电源工程管理工作；杨一
宇(1989-)，女，毕业于北京工商大学电子信息工程，中国移动 通信集团内蒙古有限公司云计算数据中心从事数据安全管理 工作。
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