淺談通信局(站)電源系統(tǒng)節(jié)能減排措施

牛 威,李儉兵,2

(1.重慶郵電大學(xué)通信新技術(shù)應(yīng)用研究所,重慶400065;2.重慶信科設(shè)計(jì)有限公司,重慶400065)

根據(jù)能耗模型,電源系統(tǒng)占局站能耗的8%。對通信基站的節(jié)能減排工作最核心的部分雖然是通信主設(shè)備和機(jī)房空調(diào)的節(jié)電工作,但通信電源的節(jié)電同樣會進(jìn)一步降低前級交流配電和機(jī)房空調(diào)的能耗,因此通信電源本身的節(jié)電也是基站降耗不可忽略的一個(gè)部分。下面將從幾個(gè)方面論述通信局(站)中電源系統(tǒng)節(jié)能減排的措施。碎、水淹、門磁開關(guān)、智能門禁、手動(dòng)報(bào)警開關(guān)、空調(diào)以及各個(gè)局站的現(xiàn)場視頻等。

1 動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)針對各種通信局站(包括通信機(jī)房、基站、支局、模塊局等)的設(shè)備特點(diǎn)和工作環(huán)境,對局站內(nèi)的通信電源、蓄電池組、UPS、發(fā)電機(jī)、空調(diào)等智能、非智能設(shè)備以及溫濕度、煙霧、地水、門禁等環(huán)境量實(shí)現(xiàn)“遙測、遙信、遙控、遙調(diào)”等功能。利用動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)能有效地提高網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行維護(hù)效率,減少維護(hù)成本。

動(dòng)力監(jiān)控的對象主要有兩種:

(1)動(dòng)力設(shè)備 如高低壓配電、通信機(jī)房的電源、整流器、穩(wěn)壓器、油機(jī)、逆變器、蓄電池組、UPS以及太陽能供電設(shè)備、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備等,如圖1所示。

(2)環(huán)境參量 如溫度、濕度、煙感、紅外、玻璃破

圖1 動(dòng)力設(shè)備監(jiān)控對象

通信局(站)采用動(dòng)力環(huán)境集中監(jiān)控,具有很多的優(yōu)勢:應(yīng)用監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化管理手段,可大大減少設(shè)備維護(hù)人員;可實(shí)現(xiàn)動(dòng)力各類告警信息的實(shí)時(shí)傳遞,正確的定位設(shè)備故障點(diǎn),確定故障解決方案;可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性、真實(shí)性、可存儲性,改變了傳統(tǒng)的維護(hù)模式;可充分利用動(dòng)力監(jiān)控實(shí)時(shí)綜合信息的監(jiān)控和分析,減少了動(dòng)力工程投資規(guī)模;除動(dòng)力安全保障手段外,還可實(shí)現(xiàn)基站節(jié)能的自動(dòng)化突破。

2 通信電源的休眠節(jié)能技術(shù)

對開關(guān)電源的節(jié)能措施,除了通過技術(shù)改進(jìn)提高不同負(fù)載率時(shí)整流模塊的整體效率特性、降低模塊自身功耗等措施,還可通過對開關(guān)電源的能效管理來實(shí)現(xiàn)節(jié)能。通過對電源模塊的休眠管理,提高運(yùn)行模塊的負(fù)載率,可以更加合理地利用開關(guān)電源的功率曲線,實(shí)現(xiàn)很好的節(jié)能效果。

開關(guān)電源整流模塊智能休眠功能,是一種通信電源中通過整流模塊的冗余控制的節(jié)能技術(shù)。在通信電源系統(tǒng)多模塊并聯(lián)工作時(shí),根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際負(fù)載動(dòng)態(tài)調(diào)整工作模塊數(shù)量,使其它并聯(lián)模塊進(jìn)入休眠狀態(tài),從而使系統(tǒng)總電能損耗減小到最小值。

休眠狀態(tài)的整流模塊數(shù)量可根據(jù)負(fù)載的變化而動(dòng)態(tài)調(diào)整,當(dāng)負(fù)載增大到一定值時(shí),可自動(dòng)喚醒休眠模塊,保證整體輸出容量。同時(shí)還可以通過軟件設(shè)置整流模塊的休眠時(shí)間和休眠次序,使各整流模塊輪換休眠,維持各整流模塊工作時(shí)長的平均,提高各模塊的使用壽命。

圖2 不同負(fù)載率時(shí)效率表

從圖2所示效率曲線可以看出,通信電源設(shè)備的效率隨著負(fù)載率的增加整體呈上升趨勢。整流模塊的負(fù)載率(模塊的輸出工作電流/模塊的額定電流)越高、其工作效率越高,能耗損失越小。同時(shí),監(jiān)控單元可對工作整流器、休眠整流器實(shí)行定期的開關(guān)轉(zhuǎn)換,保證各模塊的工作時(shí)間和待機(jī)時(shí)間基本一致,以保證所有模塊均勻老化,具有相同的工作壽命。

表1為在網(wǎng)運(yùn)行的某型通信電源系統(tǒng)通過節(jié)能改造后,實(shí)際配置210 A系統(tǒng),在不同負(fù)載率條件下節(jié)能前后的效率比較和節(jié)能效果測試數(shù)據(jù)。從測試結(jié)果可看出,采用休眠節(jié)能技術(shù)后,電源系統(tǒng)效率得到明顯提升,且在不同負(fù)載率下保持較平穩(wěn)的狀態(tài)。因此休眠節(jié)能技術(shù)達(dá)到了控制系統(tǒng)在不同負(fù)載條件下工作在最佳效率點(diǎn),實(shí)現(xiàn)能耗降低的目的。

表1 電源系統(tǒng)休眠節(jié)能測試結(jié)果

由圖3可見,模塊負(fù)載率越低在休眠節(jié)能模式工作時(shí)節(jié)能越明顯。10%負(fù)載率時(shí)節(jié)能后電源系統(tǒng)功耗可降低一半以上。休眠節(jié)能技術(shù)已經(jīng)得到實(shí)際站點(diǎn)的運(yùn)行驗(yàn)證,通過比較站點(diǎn)的平均日耗電量,日均節(jié)電5.4～6.7 kWh,因此實(shí)際節(jié)能效果非常明顯。開關(guān)電源系統(tǒng)的節(jié)能會降低交流配電和空調(diào)耗電,從而帶來整個(gè)機(jī)房更大的節(jié)能。電源休眠節(jié)能對降低機(jī)房能耗是非常有效的。

圖3 不同負(fù)載率時(shí)系統(tǒng)功耗降低率

3 蓄電池修復(fù)技術(shù)

蓄電池修復(fù)技術(shù)只能夠修復(fù)部分蓄電池:

(1)并非所有落后蓄電池均可修復(fù);

(2)極板膨脹、極板腐蝕、極板鈍化、有效物質(zhì)脫落(不可修復(fù))、電解液干涸、極板短路、極板硫化(可修復(fù));

(3)對于容量為額定容量40%～80%的落后電池修復(fù)成功率比較高。經(jīng)試驗(yàn)表明,可修復(fù)率高達(dá)95%;

(4)對于容量為額定容量40%以下的落后電池基本無法修復(fù);

(5)對嚴(yán)重極板硫化、電解液干涸或極間短路、開路的電池(內(nèi)阻嚴(yán)重偏大、電壓很高或?yàn)榱?應(yīng)立即更換。

蓄電池活化修復(fù)并不能節(jié)省電能,但可以產(chǎn)生很可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

4 高壓直流供電技術(shù)

通信行業(yè)中仍以使用直流電源為主,約占97%,交流(UPS)供電系統(tǒng)只占3%,但是交流(UPS)供電系統(tǒng)的安全性,令人十分擔(dān)憂。

高壓直流供電技術(shù)是目前IDC和大型數(shù)據(jù)機(jī)房供電方式的研究熱點(diǎn)。該技術(shù)與傳統(tǒng)48 V供電系統(tǒng)類似,是由多個(gè)并聯(lián)冗余整流器和蓄電池組成。在正常情況下,整流器將市電交流電源變換為大約240 V、336 V或420 V的直流電源(標(biāo)準(zhǔn)還待進(jìn)一步統(tǒng)一),供給服務(wù)器等電信設(shè)備,同時(shí)給蓄電池充電;停電時(shí),由蓄電池放電為電信設(shè)備供電。與傳統(tǒng)UPS相比,由于省掉了逆變部分,且電池直接并在輸出端,電源效率和系統(tǒng)可靠性大大提高。

對于高壓直流可能帶來的建設(shè)、維護(hù)等安全問題,可以通過采用中性點(diǎn)不接地、配置直流開關(guān)等技術(shù),以及編制行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)運(yùn)維管理制度等措施加以預(yù)防和解決。

圖4是傳統(tǒng) UPS與直流IDC供電的比較,可以看到采用高壓直供電方式取代傳統(tǒng)的UPS供電方式,能改善系統(tǒng)安全性能、減少電能消耗、節(jié)約建設(shè)成本。

目前國內(nèi)高壓直流供電尚處于小范圍試驗(yàn)應(yīng)用階段,尚未出現(xiàn)安全問題,需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)后推廣。和傳統(tǒng)的UPS供電技術(shù)相比,高壓直流技術(shù)具有很多的優(yōu)勢:

圖4 傳統(tǒng)UPS與直流IDC供電的比較

(1)供電可靠性大大提高

蓄電池可以作為電源直接并聯(lián)負(fù)載端,確保供電的不間斷。直流供電只有電壓振幅一個(gè)參數(shù),不存在的相位、相序、頻率需同步的問題。

不存在并機(jī)板的單點(diǎn)故障問題。即使脫離控制模塊,也能并聯(lián)輸出電能。

(2)工作效率提高

省掉了逆變環(huán)節(jié)(逆變環(huán)節(jié)的損耗在5%左右)。

不存在功率因數(shù)及諧波的問題,降低了線損。

可以通過多模塊并聯(lián)使模塊使用率達(dá)到70%～80%。

根據(jù)江蘇等地實(shí)測情況,相比傳統(tǒng) UPS,高壓直流供電的工作效率可提高30%。

(3)系統(tǒng)可維護(hù)性增強(qiáng)、擴(kuò)容便捷

直流供電系統(tǒng)由模塊組成,與-48 V系統(tǒng)類似,維護(hù)人員可以自己進(jìn)行維護(hù)、更換。由于采用模塊化結(jié)構(gòu),擴(kuò)容時(shí)非常方便。

(4)技術(shù)比較成熟,基本原理與傳統(tǒng)-48 V相同。

目前在使用的高壓直流電壓有兩種標(biāo)準(zhǔn):中國電信主要采用直流240 V,已在江蘇試驗(yàn)了近2年,正在全省推廣。全國多省開始試點(diǎn)。中國移動(dòng)主要采用直流336 V,正在廣東移動(dòng)試點(diǎn)。根據(jù)試行的情況來看兩中電壓的優(yōu)缺點(diǎn)如下:240 V電壓標(biāo)準(zhǔn):服務(wù)器及各類IT配套設(shè)備不需做任何改動(dòng);與交流220 V電壓接近,絕緣標(biāo)準(zhǔn)等一致;其不足之處是節(jié)能效果較336 V稍低、增加了電纜的消耗。

336 V電壓標(biāo)準(zhǔn):電壓高、損耗小、更節(jié)能、電纜線徑可更小,節(jié)約銅材;但是部分IT設(shè)備需要改造、IT設(shè)備能否長期運(yùn)行是個(gè)未知數(shù)。

所以目前對于高壓直流供電技術(shù)來說電壓究竟采用多少還在試行階段,還需要進(jìn)一步的研究以找到一種合適的電壓。

5 小 結(jié)

從目前的情況來看“節(jié)能減排”是勢在必行的,在通信基站的節(jié)能減排中對通信電源系統(tǒng)的節(jié)電也是不容忽略,前面談到的一些措施如果能夠很好地推行,那么通信電源系統(tǒng)的節(jié)能減排工作將有很大的成效。

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[3]朱雄世.國外數(shù)據(jù)通信設(shè)備高壓直流供電新系統(tǒng)[J].郵電設(shè)計(jì)技術(shù),2009,(5):66-70.