刘强，高兴旺，张瑜，叶红建
（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）
摘 要 本文首先介绍了中国移动通信机房楼及数据中心光伏资源应用情况，并针对目前光伏资源在通信机房及数据
中心的应用方案进行了对比与分析，得出了一种新型的能够高效利用通信机房光伏资源的高压直流系统与光伏混合供电的方案，通过对目前通信机房楼及数据中心光伏资源的统计与分析，得出了光伏资源在大型数据中心有很大的应用价值的结论。另外通过对比目前几种不同的光伏并网及混合供电方案，得出了高压直流系统与光伏混合供电的最优方案建议。 关键词 高压直流；光伏资源；混合供电；经济分析
中图分类号 TN86 文献标识码 A 文章编号 1008-5599（2019）07-0015-04
收稿日期：2018-10-08
太阳能是清洁的、可再生的能源，太阳能的开发利用对于减少二氧化碳等温室气体排放、保护环境具有重要意义。国家有一系列的扶植政策，鼓励发展光伏发电。国家要求每个省常规能源电力和可再生能源电力应保持一定的比例。 目前中国移动通信机房楼的建设，尤其是园区的建设为光伏利用提供了大量的场地条件。目前几乎所有通信机房楼的屋顶、墙面都处于闲置状态。同时通信机房楼大量的电力需求也为光伏发电的充分消纳提供了得天独厚的需求条件。
中国移动大力发展336 V 高压直流系统，并实现自有ICT 设备的高压直流供电。336 V 的电压等级与常规光伏并网发电逆变前的400 V 直流输出电压等级非常接近，同时结合通信机房楼园区式建设，具备大量光伏安装条件，因此对高压直流系统与光伏混合供电的综合应
用研究变得十分有必要。
本文分析了现有光伏资源情况。对现有几种典型的光伏并网及混合供电方案进行了比较，得出了高压直流系统与光伏混合供电的最佳方案。
1 光伏资源现状
1.1 光伏技术发展现状
目前光伏发电及光伏电站已经是非常成熟的技术，在国内外都有大规模的应用，由于一般民用与工业主要使用交流供电，大部分光伏电站采用光伏发电后逆变为交流电并网或离网使用。同时屋顶与楼面光伏利用技术也十分成熟，有大量实际应用场景，如图1和图2所示。
通信负荷大部分为直流供电，使用逆变后的光伏
发电再转为直流电，经过多次转换无论是在转换设备投资上还是转换能量损失上都会增加很多投入。目前一些厂家已经开始对光伏与直流混合供电进行了应用及研究。如华为公司在海外应用了光伏在UPS 系统蓄电池侧的直流混合供电；Vertiv 在厦门某高校试点了光伏在380 V 高压直流系统蓄电池侧的直流混合供电；部分地区试点了基于48 V 的光伏混合供电。目前光伏的直流并网使用还处于小规模试验点性质应用。1.2 中国移动光伏资源
中国移动各地分公司都有大量通信机房楼，可利用墙面及屋顶面积可观。
运营商大型数据中心建筑方案主要有2层方案及4、5层方案2种，每种建筑方案根据配套用房配置情况又分为3种方案。每种方案屋顶面积及墙面面积统计如表1所示。塑料拖把头
2 光伏发电并网方案
（1）方案1：采用传统交流并网方案，太
阳能发电经过逆变器与低压配电系统并网，再经过高压直流整流为ICT 设备供电。此方案系统技术较成熟，电能转换次数多，效率不高，需要配套设备数量较多，投资较大，如图3所示。
（2）方案2：采用直流混合供电方案，第五指令
太阳能发电经过汇流与直流变换后，与高压直流母线并联为ICT 设备供电。此方案系统各部分设备较成熟，转换效率较高，采用集中式变换，系统冗余度偏低，需要配套设备数量偏多，不方便实现统一控制，设备投资偏大，如图4所示。
（3）方案3：采用直流混合供电方案，太阳能发电直接经过模块化控制器及直流转换器，与高压直流母线并联为ICT 设备供电。
此方案系统设备应用案例较少，转换效率较
高，采用模块化方式，系统有一定冗余度，并采用监控系统统一控制光伏模块及高压直流整流模块，
设备投资较低，
图3 光伏并网方案1
数据中心
建筑方案
单栋机房屋顶面积（m 2）
配套用房屋顶
面积（m 2）向阳墙面
面积（m 2）2层方案
方案1
12 298 2 080 1 260/765方案212 298 2 080 1 260/765方案310 296 6 042 1 287/6304、5层
方案
方案1
4 84
5 1 072 1 615/1 083方案2
4 84
5 1 072 1 615/1 083方案3
4 845
6 288
1 494/1 083
表1 中国移动数据中心建设方案光伏资源面积图2 屋顶与楼面的光伏利用
图1 传统光伏电站并网方式
如图5所示。
综上，针对光伏资源表3中的4类地区建立数学模型，光伏发电系统输出按照300 kW 估算，光伏发电系统年维护费用按20 000元估算，当地单位电费为1元/kW·h，光伏发电补贴按照国家+地方补贴共计0.67元/kW·h。针对传统方案1与本文提出的方案3进行投资回收期对比如表2所示。不同地区光伏并网投资回收年限如表3所示。
综上所述，高压直流系统与光伏混合供电方式从技术上优于目前光伏交流并网工作方式，此方案不但
充分利用了现有通信机房楼的光伏资源，另外使用高压直流直接并网方案大大降低了并网过程中电压转换次数，降低了损耗，提供了光伏资源应用效率，同时简化了光复发电并网系统，提高了系统的容错能力。
3 需要解决的问题
（1）安全性考虑，系统中应考虑光伏发电可能引入的不稳定电压/电流及故障点，做好电源输出净化及故障隔离。
（2）太阳能阵列合理串并联分组，提高系统效率，可引入能源路由器理念，可有效隔离单板故障，提高系
项目方案1
方案3
方案容量方案配置造价
（万元）方案配置造价
（万元）输出300 kW
输出300 kW
太阳能电池板270 W 晶硅光伏板1 200块（含支架）184.1 270 W 晶硅光伏板1 200块（含支架）184.08MPPT 控制器15 kW 20个
4015 kW 20个（含直流变换，模块化配置） 45 直流柜 1 250 A 直流柜 1台(带计量)7 1 250 A 直流柜 1台(带计量)7逆变器
300 kW 逆变器 1台
10－－交流进线开关柜800 A 交流进线柜7－－监控系统1套101套10建设安装工程1套301套20土建光伏板基础30光伏板基础30总计
－
318.1
－
296.08
表2 方案对比
统容错能力，降低运维成本。
（3）需要增加负荷监控控制，项目初期可能光伏发电容量大于
ICT 设备需求容量，可以通过关断部分光伏板的方式，实现负荷平衡。
（4）需要将光伏模块与高压直流模块纳入统一控制系统，方便负荷调整，排除两套系统冲突的可能性。（5）在已有数据中心建筑楼顶、墙面安装光伏板，
图4 光伏并网方案2
图5 光伏并网方案3
The research of hybrid power supply of HVDC system and photovoltaic
LIU Qiang, GAO Xing-wang, ZHANG Yu, YE Hong-jian (China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China)gps信号转发器
Abstract In this paper, the situation of the use of photovoltaic in CMCC base station and IDC buil
ding was
introduced. Through the studying the scheme of photovoltaic resources in base station and IDC building, we got a new kind of scheme of hybrid power supply of HVDC system and photovoltaic which could make use of photovoltaic resources in communication room efficiently. Through the analysis of photovoltaic resources in base station and IDC building, we got the conclusion that photovoltaic resources have great application value in CMCC's large IDC. We got the best scheme of hybrid power supply of HVDC system and photovoltaic, through comparing different kinds of scheme of hybrid power supply of HVDC system and photovoltaic.
Keywords HVDC system; photovoltaic resources; hybrid power supply; economic analysis
需要一定结构方面的改造工程量，在新建数据中心建筑结构设计中预留光伏板安装结构件预埋，可大大降低额外的建筑结构造价。
4 结论与展望
从技术方案角度及面积利用角度来看，通信机房楼，尤其是大型数据中心应用基于ICT 设备供电的高压直流
类型地区
年日照时数年辐射总量直流并网回收年限（年）交流并网回收
年限（年）
（h）[MJ/(m 2·年)]1类地区宁夏北部、甘肃北部、新疆东部、青海西部和西藏西部等地
3 200～3 300 6 680～8 400 5.1 5.9 2类地区河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地
3 000～3 200
5 852～
6 680
6.4
7.4
3类地区山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、
节能炉子辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、苏北、皖北等地
2 200～
3 000 5 016～5 8527.3 8.4
4类地区湖南、湖北、广西、江西、浙江、福建北部、广东北部、
陕西南部、江苏北部、安徽南部以及黑龙江等地 1 400～2 200
4 180～
双面针织机5 0168.
6 9.8 5类地区
四川大部分地区，贵州
1 000～1 400
3 344～
4 180
10.3
环境测量11.8
表3 不同地区光伏并网投资回收年限
系统与光伏混合供电方案是完全可行的。经过技术论证和经济分析，在1类及2类日照地区应用基于ICT 设备供电的高压直流系统与光伏混合供电方案，能够取得不错的经济效益。因此建议可根据当地光伏政策，在1类
及2类日照地区针对此方案进行规模化试点，并采集相关系统工作数据。如系统工作稳定，发电量客观，可在4类及以上地区进行推广应用，以取得光伏发电及数据中心空余面积利用的最大效果。
