高压直流电源系统-解决方案
高压直流电源(HVDC)的应用
哪些场合可以使用HVDC？
凡是计算机系统使用LCD显示器的地方都可以使 用HVDC
目前通信机房中交换机使用的是-48V系统，服务 器使用的是UPS
电厂或变电站中，V电源； 计算机系统使用的是UPS
银行、保险、证券公司中通信使用的是 -48V 通信电源，计算机服务器使用的是UPS。证券公 司的大显示屏使用的是24VDC，这个电源也来之 于UPS，同样可以由HVDC直接供电！
UPS的出现，是由于一些重要设备，如航天 控制、医疗仪器、金融系统、计算机、数据 管理系统等，不能断电而产生的。她的诞生， 为信息革命产生了十分重大的影响。也是电 力电子领域划时代的技术突破！
UPS（Uninterrupted Power Supply )工作原理
AC输入 输入 滤波
工频 整流
障，负载仍然停电；而HVDC的电池在输出 端，即使HVDC本身出故障，电池仍然可以 给负载供电，保障不间断供电，所以HVDC 也成为直流不间断电源；
与HVDC相比UPS系统存在的问题
UPS系统并机是交流并联，需要同频、同 相、同电位，并机复杂控制难度大，并机 失败率高，而且，一旦并机失败后会导致 系统瘫痪！ HVDC，并机是直流并联，只有同电位的 问题，控制非常的简单，而且并机失败也 没有严重问题，最多就是“贫富不均” （不均流）！
银行、保险、证券公司的UPS略小于通信行业估 计20亿左右，而且以中小型机为主。主流厂家有 APC、伊顿、艾默生、中达
变电站(以220KV以上站为主）、电厂以中大型 UPS为主，估计市场容量10亿左右。主流厂家有 ABB、西门子、梅兰日兰、伊顿（主要是爱克赛）
与HVDC相比UPS系统存在的问题
UPS系统并联数量上受到限制，一般最多6台并 机，HVDC并机理论上可以做到“无穷大”，一 般可以做到40台并联。
数据中心高压直流UPS供电系统的分析
数据中心高压直流UPS供电系统的分析以前的很多数据中心机房都是采用UPS供电系统来进行供电的，但是随着网络大数据时代的到来，数据中心业务量大大增加，越来越多的数据信息使得传统的供电系统已经无法满足使用要求。
长期以来，数据机房使用UPS供电系统供电，但传统的UPS供电系统存在结构复杂、安全性差、成本高、效率低、维护困难以及不易拓展等问题。
随着数据业务的高速发展，IT行业将增加大量新服务器，UPS设备应用规模不断扩大，导致使用UPS供电系统存在的问题变得越来越明显。
在通信行业节能降耗的背景下，高可靠性和低运行成本的高压直流供电系统将取代传统UPS电源为数据中心供电。
關键词：数据中心;高压直流;UPS;供电系统1高压直流UPS供电系统特点分析首先，常规UPS供电系统结构中存在DC/AC逆变器，因此功耗大大增加，占总功耗的5%左右。
高压直流UPS供电系统结构中不需要DC/AC逆变器、静态开关以及滤波器等设备，不仅能有效提高电源效率和供电设备运行效率，而且有效降低了设备成本。
其次，在数据中心使用的过程中，由于输入的是直流电，所以不会产生谐波以及功率因数的问题，这样就不会让谐波电流污染电网以及系统，从而维护整个系统以及电网的环境。
在设备中，由于使用相对来说比较稳定的直流电作为负载电流，所以会有效降低输入谐波的成分。
网络设备一般都会配备开关电源，所以使用稳定的直流电可以将30%的谐波成分降低至零，这样就不会产生谐波干扰设备的情况。
同时，由于没有谐波的干扰和影响，负载端也就很少甚至不会出现零地电压的问题。
再次，高压直流UPS供电系统提高了运行效率，主要是由于系统结构简单，通信技术更加先进，且可以并联多个模块，最大程度地利用了每个设备，避免了资源浪费。
常规的UPS供电系统通常使用2N或N+1冷却系统，因此常规UPS供电系统中任何UPS设备都可能具有高压，而且每个UPS设备都需要增加容量以满足负荷增加的容量，从而导致资源浪费。
高压直流电源系统技术特点
高压直流电源系统技术特点
1高压直流电源系统的概念
高压直流电源系统是指输出电压在几千伏至一百万伏以上的直流电源系统。
它是一种高能、高压、高安全的电源系统，广泛应用于高压输电、电化学加工、粒子加速器、医疗等领域。
2高压直流电源系统技术特点
2.1高电压、高能量输出
高压直流电源系统的输出电压可以达到数十千伏、一百万伏以上。
由于其高能、高压的特点，它能够驱动一些电敏感元件和高能粒子加速器，应用非常广泛。
2.2稳定可靠的输出特性
高压直流电源系统的输出特性稳定，输出电压波动小，在电力输电和电化学等领域具有很大优势。
同时，这种电源系统具有较高的输出效率和能量利用率。
2.3高安全性
高压直流电源系统输出电压高，电路中的能量也相应较大，因此在其设计、制造和使用过程中，需要保证其高安全性。
高压直流电源系统需要具备防爆、防雷、断电自动保护等功能，从而保障工作人员的人身安全。
3高压直流电源系统的市场前景
目前，高压直流电源系统在空气净化、离子注入、物理和化学加速、电场和磁场实验等领域得到了广泛的应用。
特别是在电力输电领域，高压直流输电技术已经在多个国家得到了广泛的应用。
未来，在新能源、半导体、高速铁路等工业领域中，高压直流电源系统也会得到更多的应用。
4总结
高压直流电源系统具有高电压、高能量、稳定可靠的输出特性和高安全性等特点，被广泛应用于电力输电、电化学加工、粒子加速器、医疗等领域。
随着技术的不断进步和产业的不断发展，高压直流电源系统的市场前景将会越来越广泛。
NetSure系列336V高压直流一体化解决方案-Vertiv
n 监控模块热插拔功能，维护方便 n 支持 TCP/IP， SNMP， Web 浏览器，远程下载，
实现遥测、遥信、遥调、遥控功能
监控模块
特性 EMC 防护 可靠性
描述 EN55022 Class B
IP20 MTBF ＞ 57 万小时
整流模块
特性 输入电压 输出电压范围 最大输出功率
监控模块 M822E
特点
n 全面智能监控和管理，包括交流柜、直流柜、整流柜的各种信息监测和显示，自 动进行各种保护和故障告警功能
n 智能化电池管理，自动均浮充转化、自动调压、充电无极限流、温度补偿、电池 容量计算、在线电池测试
n 8 路 DO，6 路 DI，DO 的定义可现场设置 n 可存储 4000 条历史告警记录以及 10 组电池测试数据 n 支持 USB 数据下载和软件在线升级功能 n 具备休眠节能智能控制技术 n 采用 CAN 总线与整流模块通信，比 RS485 方式更
n 整流模块、监控模块无损伤热插拔， 在线维护，方便快捷
n 耐油机启动。能承受油机瞬间过压， 对油机输出要求不高
n 专业并机扩容设计。可方便实现在 线并机或者改造割接
n 更高功率密度。节省占地面积
n 绿色环保设计。休眠节能技术，有 效提高系统效率；采用先进的电磁 兼 容 设 计， 传 导 和 辐 射 均 能 达 到 Class A 的要求
噪声
在周围环境温度为 25℃时，≤ 60dB(A)
ROHS 要求
满足 RoHS 指令中 R5 的要求
特点
n 安全性高。系统关门和开门都无任 何裸露带电体；带直流母排、直流 输出支路绝缘降低或接地告警功 能；直流配电带独立配电监控全面 监测和 7 英寸 LCD 显示运行状态， 故障自动告警
336V高压直流供电
Server
VRM VRM
1.8 V
0.8 V
Loads using Silicon Voltages
交流供电
AC/DC
DC/AC
AC/DC
DC/DC
12 V
12 V
VRM
5V
PSU
VRM
3.3 V
UPS
Loads using Legacy Voltages
VRM VRM
1.2 V
Server
3
4
5
技术标准
336V属于国际标准，具体标准制定情况如下： 1、欧洲标准（ETSI）《接入400V直流源的电源输入接口》标准已于 2012年2月正式发布； 2、 国际电信联盟（ITU-T）《Direct current power feeding interface up to 400 V at the input to telecommunication and ICT equipment 240V目前属于国内标准，具体标准制定情况如下： 》标准已于2012年5月正式发布； 1、已下发行业标准- 《YD/T 2378-2011通信用240V直流供电系统》； 3、国家标准《通信高压直流电源系统工程设计规范》已完成了征求意见 2、中国电信制定了240V高压直流的企业标准。 稿，即将正式发布； 4、中国移动企业标准《 336V开关型整流器》（ QB-H-007-2012 ）、 《 336V直流电源系统》 （ QB-H-008-2012 ）已正式发布。
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五、336V高压直流电源产品成熟度
产品成熟度
目前国内能提供336V直流电源产品的厂家主要有：艾默生、志成冠 军、中达、核达中远通、珠江、中恒等厂家； 艾默生、志成冠军、中达生产的产品均参与了中国移动336V高压直 流电源试点应用工程从系统各项测试结果来看，产品的各项指标参数基 本适用通信和数据设备的供电需求； 其它厂家的产品目前还处于实验室阶段，均未开始正式应用。
新型低纹波高压直流电源方案
新型低纹波高压直流电源方案高压直流电源已越来越广泛的应用于工业、医学、核物理、检测等领域。
对于X 光机，粒子加速器，电子束焊机，电子束曝光机等一些应用场合，对电压的水平要求比较高，它们均要求低纹波电压。
文章对几种用于高压直流电源的电路拓扑结构分别进行了介绍，并对它们进行了比较，指出了各自的优缺点。
近年来，随着新的电力电子器件的应用使得高压直流电源出现了频率高，效率高，功率密度高，可靠性高等新特性。
高频化可以提高电源性能，减少变压器的体积和纹波系数，但也带来了新的技术问题。
过高的频率会导致开关管开断频繁，开关损耗增大，影响开关管寿命并使整机效率下降。
鉴于以上问题，本文采用双路电源并联输出的方法得到低纹波直流。
在开关管频率受限的今天，本方法可以在频率较低的情况下得到低纹波直流。
1 主回路工作原理电源的系统框图及主回路原理图别如图1 和图2 所示。
图1 系统框图图2 电源主回路原理图主电路含有两套完全相同的半桥逆变电路，逆变开关元件选用IGBT.每一路均采用独立的三相全控整流桥供电，逆变电路采用PWM 方式，工作频率远高于谐振频率，逆变后的电压波形为方波。
电路的功率调节通过控制全控整流桥的移相角来实现。
IGBT 的触发脉冲参数：0 kHz~20 kHz、占空比45%，-5 V~+15 V，上下桥臂脉冲相差半个周期如图3 所示，两路半桥逆变电路的输出波形如图4 所示。
将两路电压并联，即可得平直电压。
图3 IGBT 触发脉冲波形图4 输出电压波形示意图输出纹波和输出电容的关系为：可见，加大输出电容值也可以减少纹波，或者采用多个电容并联的方式减少ESR 值。
2 电压跟踪电路由于采用两路输出并联来获得平直的直流电压，设备正常工作的关键问题是两路并联电源的电压平衡问题，即要求两路输出的电压幅值时刻保持相同。
为使两路输出保持一致，元器件参数应选取一致，还需要一套输出电压检测、比较及自动调节电路，实际设计的电路工作过程如图5 所示。
dcdc解决方案
DCDC解决方案1. 概述DCDC（直流-直流）转换器是一种将高压或低压直流电源转换为所需电压的电子设备。
DCDC解决方案针对不同的应用需求，提供了多种转换器拓扑和控制策略。
本文将介绍DCDC解决方案的基本原理、常见拓扑结构和设计要点。
2. 基本原理DCDC转换器基于电感、电容和开关器件来实现电能转换。
其工作原理可简单概括为：通过开关器件周期性地切断和导通电路，使电感储能和释能，从而实现输入电压到输出电压的转换。
DCDC解决方案的基本原理包括以下几个方面：•开关器件：通常使用MOSFET或IGBT作为开关器件，通过控制器对其进行驱动，实现周期性开关和导通。
•电感：电感储存能量并提供稳定输出电压，其数值决定转换器的输出电流波动程度。
•电容：电容用于滤波，减小输出电压的纹波。
•控制器：控制器负责控制开关器件的开关频率和占空比，并根据输出电压信息进行反馈调节，以维持稳定的输出电压。
3. 常见的DCDC拓扑结构DCDC解决方案根据应用需求和工作条件，常见的拓扑结构包括：•降压（Buck）转换器：将较高的输入电压转换为较低的输出电压。
Buck转换器采用开关器件与电感和电容组成的简单电路结构，适用于输入电压高于输出电压的应用，如手机充电器等。
•升压（Boost）转换器：将较低的输入电压转换为较高的输出电压。
Boost转换器通过变压器来提高电压，适用于输入电压低于输出电压的应用，如LED驱动器等。
•升降压（Buck-Boost）转换器：可以实现输入电压高于或低于输出电压的转换。
Buck-Boost转换器具有较高的灵活性，适用于输入和输出电压波动范围较大的应用，如电动汽车充电桩等。
•反激（Flyback）转换器：通过变压器的储能和释能来实现输入电压到输出电压的转换。
Flyback转换器具有较高的功率转换效率和绝缘性能，适用于离线电源、电视机和计算机显示器等应用。
4. 设计要点在设计DCDC解决方案时，需要考虑以下几个关键要点：•负载特性：根据应用负载的性质和需求，确定所需的输出电压和输出电流范围。
数据中心HVDC与UPS电源系统对比探讨
数据中心HVDC与UPS电源系统对比探讨近年来，随着云计算、大数据和物联网等技术的高速发展，数据中心的需求日益增加。
数据中心的稳定供电是其正常运转的关键，而HVDC（高压直流）和UPS（不间断电源）电源系统是目前比较常见的供电解决方案。
本文将对这两种电源系统进行对比探讨，以帮助读者更好地了解它们的特点和优缺点。
一、 HVDC电源系统HVDC电源系统是利用高压直流技术来进行电能传输和供电的解决方案。
它由HVDC变流器站、输电线路和HVDC变电站三部分组成。
HVDC系统的特点如下：1. 高效性：相比传统的交流电输送方式，HVDC电源系统的能效更高。
在长距离输电过程中，HVDC系统的电能损耗更少，能够提供更稳定的供电。
2. 长距离输电：HVDC系统能够有效地进行长距离的电能输送，特别适用于跨国、跨境的电力传输。
3. 可靠性：HVDC系统采用双回路设计，一旦发生故障，系统可以自动切换到备用回路，确保持续供电。
二、 UPS电源系统UPS电源系统是一种为了保障持续供电而设计的电源系统，它可以在停电或供电过程中提供电力支持。
UPS系统主要包括蓄电池组、逆变器和电池充电器等组成部分。
UPS系统的特点如下：1. 快速切换：UPS系统能够在电网停电或者电压异常时迅速切换到备用电源，确保数据中心的连续供电。
这种自动切换的速度通常可以在几毫秒内完成，对于对供电中断容忍度低的应用十分重要。
2. 稳定性：UPS系统能够提供稳定的电流，并且具备无功功率的调整能力，保证数据中心设备的正常运转。
它能够过滤电压波动、电流噪声等问题，提供干净的电能。
3. 可扩展性：UPS系统的容量可以根据实际需求进行扩展。
对于不断增长的数据中心需求，UPS系统能够灵活满足电力供应的要求。
三、 HVDC与UPS的比较HVDC电源系统和UPS电源系统在保障数据中心供电方面具有一定的差异。
下面将对这两种电源系统进行一些比较：1. 成本：从成本角度来看，UPS电源系统的初期投资相对较低，但长期运营成本较高。
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按照丝印接线即可。柜体内有接地铜排，安装时需要良好接地。交流配电柜内若需要单 相开关时，请按三相四线制的接法引入中线。可参考高压直流系统操作手册等。
CPHV-400-200A-S 一体化系统标准配置：
名 称型
号
1 交流配电 S4-250A
2 直流开关模 DCB40A 块
3 配电监控模 CPHV-MC400A 块
4 系统监控模 CPHV-MS400A 块
5 整流模块 CPHV-400-25A
6 电池组接入 S3-250A 空开
说
明
四极交流空开+40KA 防
的冲击； IP21
木箱包装
单个整流柜 负载 50%以上
+20% -20%
回缩点,判断输出电 压
50％负责以上 10mA,1min 无闪落
对地 带软启动 LED 10 段，+3 LED
(YD/T 983-1998)A 级 储藏：-40℃～70℃ 储藏：95%（40±2℃）
以上时降额使用 模块（MM）
承受频率为 10～55H z、振幅为 0.35mm 的
285±5V
≤30A
≥95 %
0.2%
≤3 % 2000VAC/50Hz
10 无 LED 显示输出直流电 流
≤±10%
CAN2.0A EN55022 CLASS A
-20℃～45℃ ≤90%（40±2℃）
1500M
544X88X430
15Kg 承受峰值加速度为 150 m/s2、持续时间为 11ms
两组 700K 直流系统既可以单独带负载工作，也可以做成 1+1 冗余方式工作。若果负 载时两路输入，建议采用两组共同带载工作。
分系统图（700KW 直流系统）：
分系统介绍： 交流配电柜：标准机柜：800*800*2000，内配双路市电自动切换开关，容量 380V， 1250A。可自动、手动切换，切换时间 0.08～30S 可调。安装 100KA 防雷器模块，实现浪 涌电压防护。两路市电接入后再由 8 路 250A-3P 空开分 8 路输出。给 7 个整流柜供电， 一路留用。 交流配电柜内装一个配电监控模块(CPHV-MC240A)，用于两路市电检测，防雷器空开检测，
中国电信陕西公司 IDC 机房动力改造方案 根据客户要求：原 2400KVA 的 UPS 并联动力系统，其有功功率：2400*0.7=1680KW, 再考虑 20%的余量，实际负载功率=1680*0.8=1344KW。所以该系统可以由两组 700KW 的高 压直流电源系统组成的动力系统方案替代。如下图所示：每组系统由一个交流配电柜，7 个整流柜，2 个总输出配电柜，5 个列头柜、两组电池组成。 总系统图：
适用于大功率，多负载的应用。直流配电部分可以采用单母线方式，也可以采用双母线
方式。也可以再增加一个直流配电柜（做为列头柜）（一个直流配电柜可配置 36 直流开
关模块，带 36 路直流负载）。
CPHV-400-600A-F3 标准配置：
名 称型
号
说明数量 备注 Nhomakorabea1 交 流 配 电 CPHV-400-300A 2 个 四 极 交 流 空 开 1 带电流、
随时增减直流配电开关模块数量，使用非常方便。 交流配电柜、直流配电柜均 配置有独立监控单元，可脱离系统独立使用。CPHV 系列高压直流系统具有：
系统图片：
运行节能、环保； 操作方便、直观； 安装简单、轻便； 维护容易、快捷； 扩容即插、即用。
系统性能参数表
技术指标名称
技术指标内容
说明
输入指标
输出指标
连接在一起（单母线），由一组或两组直流配电模块给 18 路～36 路负载供电。
系统配置
根据不同客户的要求，高压直流系统的配置方案有，一体化系统，分屏系统 1，分屏
系统 2，分屏系统 3，非标系统等。以下简单介绍。
方案一：400V/200A 一体化系统：交流配电、直流配电、整流模块、配电监控模块、系
统监控模块均安装在一个柜体中。整个系统是一个柜体。适用于小功率系统。
模块负载指示
输出电流显示 精度 通信接口 电磁兼容 环境温度 环境湿度 海拔高度
外形尺寸(W×H× D)
模块重量
震动冲击
防护等级 包装形式
380 交流三相三线
45-55 120KW～160KW
0.99 ≤5 % 456±5V 303±5V 400+10V 0～30A ≤0.5% ≤0.5% ≤+0.2%
8 路负载（整流柜、其他交流设备）开关状态检测。通过 CAN 总线将交流配电柜的监测数 据发给总监控模块（在直流总输出配电柜内）。两路交流输入电流检测可选，用户自定。 机柜防护等级 IP20，上进、上出线方式。其原理图如下：
直流总配电柜：标准机柜：800*800*2000。直流总配电柜分为两个，一个接 4 个整流 柜的输出，一个接 3 个整流柜的输出。每个直流总配电柜接入一组电池组。这样相当于 将 7 个整流柜的输出分为 A、B 两组，每组根据容量配相应的电池组。两组可以独立带载 工作，也可以并联带载工作。根据试点技术要求，各整流柜的输出通过熔丝在总配电柜 内并联连接。再与电池组连接汇流。然后通过熔丝分配给各列头柜（直流配电开关柜）。 总直流配电柜内装配一个系统监控模块，一个配电监控模块。系统监控模块与电池组、 整流柜监控模块之间通过 CAN 总线通信。控制各整流柜调压、调流、遥控、遥测、遥信
R
CPHV-MS400A+13 个整流
冗余
模块 CPHV-400-25A
系
统柜采用 2000mm*800mm*800mm 服务器标准机柜
方案三：400V/300A 分屏系统 2：由一个交流配电柜、一个直流配电柜、一个整流柜组成。 适用于中功率应用。单独配置直流配电柜主要是为了增加直流输出支路数量（列头柜）。
雷
40A 空开+绝缘监测+开
关量+指示灯
配电部分电量检测
数量 1
6
1
备注
电流可 选
系统智能控制中心
1
8+1 冗余整流模块配置 9 最大配
置
三极交直流两用空开， 1 电压检
带开关量，绝缘监测，
测
电流检测，
系统柜采用 2000mm*800mm*800mm 服务器标准机柜.
方案二：400V/300A 分屏系统 1：由一个整流柜、一个配电柜组成。适合于中功率系统
CPHV-400-300A-F2 分屏系统Ⅱ标准配置：
名 称型
号
说
明
数量 备注
1 交 流 配 电 CPHV-400-300A 2 个四极交流空开+40KA 1 交流输
屏
S
防雷
入带电
+6 个二极交流空开+2～
压、电流
4 个三极交流空开+1 个
检测
配电监控模块 +开关量
等
2 直 流 配 电 CPHV-400-300D 2 组电池开关+18～36 个 1 可选增
屏
S
直流开关模块+2 个配电
加开关
监控模块+开关量、绝缘
模块数
监测等
3 整流屏
CPHV-400-300A 1 个系统监控模块+13 个 1 12+1
R
整流模块
冗余
系统柜采用 2000mm*800mm*800mm 服务器标准机柜
方案四：400V/600A 分屏系统 3：由一个交流配电柜，一个直流配电柜，两个整流柜组成。
整机指标
环境指 标 机械指标
线电压(V) 电压类型 频率(Hz) 功率(KW) 功率因素 电流 THD 值 输入过压（V） 输入欠压（V） 输出过压（V） 输出电流 (A) 稳压精度 稳流精度 纹波 RMS 系数 输出欠压（V）
短路电流(A)
满载效率 0Hz～20MHz 杂波 V
P-P 不均流度 绝缘强度（V） 绝缘电阻（MΩ） 开机浪涌
高压直流电源系统简介 CPHV-400-25A CPHV-240-40A 电源系统是志成冠军集团集多年开发和网上运行经 验，采用 DSP 技术、为满足核心网供电需求而设计的高可靠、高功率密度、高性能全数 字化分立式通信电源整流模块，适用于大中小型交换局、数据中心、移动交换局及移动 汇接局等场合。该系统由整流柜、交流配电柜及直流配电柜组成，单柜容量达 300A （400VDC），并可通过并机扩容方式实现 600A(400VDC)容量。系统特点：
屏
S
+40KA 防雷+6 个二极
电压检
交流空开+2～4 个三极
测，
交流空开+1 个配电监
控模块+若干开关量等
2 直 流 配 电 CPHV-400-300D 2 组电池开关+36 个直 1
屏
S
流开关模块+2 个配电
监控模块+开关量、绝
缘监测等
3 整流屏
CPHV-400-300A 1 个系统监控模块+13 2
12+1
R
个整流模块
冗余
系统柜采用 2000mm*800mm*800mm 服务器标准机柜。
方案说明 本文向客户提供了四种解决方案，客户根据自己的负载功率选择整流模块数量（整流 柜功率）；根据负载路数选择配电柜是一体化交直流配电柜还是独立的交流配电柜、直流 配电柜。包括直流配电柜中直流开关模块的数量（每个开关模块 1 路），电池组的组数等。 上述方案中柜体数量、模块数量、开关数量、市电输入路数，电池组数，负载支路数， 负载电流检测，母线连接方式等都可以选择。直流侧需要加防雷器时需要在订货时特别 注明。客户可以参考我司直流产品技术手册、高压直流系统操作手册等，做设计选择、 设备选型等。如有不明白的问题可以直接向公司研发人员咨询。