通信電源系統(tǒng)節(jié)能問題研究

曹知林 何亞國

【摘 要】當前，節(jié)能降耗己不僅僅是哪一個企業(yè)、哪一個國家的問題，而是全世界的、全球性的、關(guān)系到人類生存質(zhì)量的問題，“節(jié)能降耗”己經(jīng)上升到我國國家發(fā)展的戰(zhàn)略高度，成為整個“十二五”規(guī)劃中的重要內(nèi)容。本文就通信電源系統(tǒng)節(jié)能降耗的一些經(jīng)驗和體會進行總結(jié)，以期進行共同探討和研究。

【關(guān)鍵詞】通信電源；節(jié)能降耗；移動通信

1.開關(guān)電源和UPS節(jié)能技術(shù)

高頻開關(guān)電源技術(shù)經(jīng)過多年的經(jīng)驗積累，高能源效率的產(chǎn)品不斷創(chuàng)新，新一代通信用高效整流模塊具有高效率、高可靠性及綠色節(jié)能等顯著特性。高效開關(guān)電源系統(tǒng)的功率因數(shù)校正采用無整流橋技術(shù)，交流輸入電流諧波失真小于5%；DC/DC轉(zhuǎn)換電路采用先進的拓撲電路，寬負載范圍內(nèi)實現(xiàn)軟開關(guān)技術(shù)，轉(zhuǎn)換效率高；直流輸出整流采用同步整流技術(shù)，降低損耗的同時提高了效率；負載率在20%-80%時模塊效率高達%%。

IGBT整流型UPS融入了“節(jié)能環(huán)保”的綠色設(shè)計理念，其主要特點有：實現(xiàn)整流技術(shù)與濾波技術(shù)的無縫結(jié)合，系統(tǒng)效率達到95%；可采用節(jié)能模式運行，應(yīng)用于并機系統(tǒng)，效率提升到99%；在UPS并聯(lián)系統(tǒng)或雙總線系統(tǒng)中，當UPS負載率較低時，UPS系統(tǒng)可以采用休眠技術(shù)提高負載率，使UPS運行在高效率區(qū)間。UPS技術(shù)無需額外濾波裝置便能使輸入電流諧波失真在5%以下，完全消除UPS對電網(wǎng)的回饋諧波污染，在提高電網(wǎng)效率的同時，減少電纜發(fā)熱，降低系統(tǒng)的運行成本。

開關(guān)電源整流模塊休眠技術(shù)是指根據(jù)負載電流大小，與系統(tǒng)的實配模塊數(shù)量和容量相比較，通過智能軟開關(guān)技術(shù)，自動調(diào)整工作整流模塊的數(shù)量，使部分模塊處于休眠狀態(tài)，把整流模塊調(diào)整到最佳負載率下工作，從而降低系統(tǒng)的帶載損耗和空載損耗，實現(xiàn)節(jié)能目的?，F(xiàn)網(wǎng)運行的大部分開關(guān)電源設(shè)備可通過軟件升級、更換控制芯片或更換監(jiān)控模塊的方式完成節(jié)能改造。

2.電源系統(tǒng)諧波治理技術(shù)

諧波治理技術(shù)降低了電源系統(tǒng)的電流與電壓畸變，提升了系統(tǒng)功率因素，降低了系統(tǒng)功率損耗達2.4%；提升了變壓器、電纜及主要開關(guān)的可用容量，杜絕了柴油發(fā)電機組可能出現(xiàn)的震蕩現(xiàn)象，降低了電源系統(tǒng)設(shè)備投資，消除了電源系統(tǒng)的隱患。

分析諧波對配電系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備的影響，建議對諧波危害嚴重的局房進行諧波治理。通過定量計算分析，對局房系統(tǒng)內(nèi)部分較大諧波源進行諧波治理后，變壓器出線處及油機出線處電壓總諧波畸變率小于3%，電流總諧波畸變率小于5%。由于濾波器本身為耗能設(shè)備，考慮節(jié)省投資及電能損耗，當系統(tǒng)諧波含量達到上述目標后，剩下的部分諧波源則無需進行治理。建議采用并聯(lián)有源濾波器的方法分散治理各個較大諧波源（如UPS諧波源、開關(guān)電源諧波源），從而有效減小諧波對通信電源系統(tǒng)的污染。對于部分局房也可采用并聯(lián)無源濾波器或集中治理的方法。

開關(guān)電源休眠技術(shù)。

3.端子蓄電池節(jié)能技術(shù)

前置端子蓄電池的基本原理和結(jié)構(gòu)與2V蓄電池相似，不同之處是前置端子蓄電池把6個相同容量的2V蓄電池單體串接后安放在具有6個電池槽的電池外殼內(nèi)。由12V/200A·h組成的48V系統(tǒng)，不管是生產(chǎn)用料，還是包裝、安裝用料等方面都比由2V/200A·h組成的48 V系統(tǒng)大大降低，同時電池的回收成本也會相應(yīng)降低。

蓄電池分區(qū)溫控系統(tǒng)是將蓄電池安裝在獨立的空間內(nèi)，并進行單獨的溫度控制，可提高機房主設(shè)備和電源設(shè)備的工作溫度，從而降低站點能耗。系統(tǒng)建成后可為蓄電池提供15℃-25℃的工作環(huán)境，基站設(shè)備的工作溫度從25℃提高至40℃。目前，蓄電池局部溫度調(diào)節(jié)的措施主要有地埋保溫箱、壓縮機恒溫箱和半導(dǎo)體恒溫箱。

防止負極不可逆硫酸鹽化最簡單的方法是及時充電和不要過放電。蓄電池一旦發(fā)生了不可逆硫酸鹽化，如能及時處理尚能挽救。一般的處理方法是將電解液的濃度調(diào)低，用比正常充電電流小一半或更低的電流進行充電，然后放電再充電，如此反復(fù)數(shù)次達到應(yīng)有的容量以后，重新調(diào)整電解液濃度及液面高度。

脈沖修復(fù)也可恢復(fù)電磁容量，主要有在線式修復(fù)和離線式修復(fù)兩種方式。在線式修復(fù)所需要的能源很少，修復(fù)周期較長（產(chǎn)生修復(fù)效果一般要一兩個月以上），但是由于除硫器常年并聯(lián)在電池極柱兩端，可以漸進地達到除硫的效果。對于沒有硫化的電池，除硫器可以抑制電池的硫化。離線式修復(fù)可以產(chǎn)生快速的脈沖，脈沖電流相對比較大，產(chǎn)生脈沖的頻率比較高，脈沖占空比比較大。這種修復(fù)儀主要是用來修復(fù)硫化比較嚴重的蓄電池。

4.高壓直流供電技術(shù)

經(jīng)過多次交直流轉(zhuǎn)化，UPS的電源轉(zhuǎn)換效率很低。如果考慮到UPS可靠性較低，需要采用冗余并機系統(tǒng)備份，系統(tǒng)本身的復(fù)雜性致使能源效率不斷降低。UPS供電系統(tǒng)工作在低負載狀態(tài)（低于40%）下時，其轉(zhuǎn)換效率在UPS單系統(tǒng)效率的80%以下。如果改為高壓直流系統(tǒng)供電，開關(guān)電源系統(tǒng)側(cè)減少一次DC/AC變換，IT設(shè)備側(cè)減少一次AC/DC變換，可以大大提高系統(tǒng)的可靠性。

單系統(tǒng)高壓直流供電的電源轉(zhuǎn)換效率可提高到76%，而且由于高壓直流供電系統(tǒng)的可靠性大大提高，不需要采用冗余并機系統(tǒng)，因此，比起冗余并機的UPS系統(tǒng)，高壓直流供電系統(tǒng)的實際轉(zhuǎn)換效率要提高18%以上。

5.風扇智能調(diào)速技術(shù)

智能調(diào)速主要是系統(tǒng)監(jiān)控模塊利用溫度傳感，收集工作中的環(huán)境、板卡和主要電路的實時溫度，并根據(jù)既定的策略，調(diào)整風扇模塊的供電電壓，使之運行在合理的轉(zhuǎn)速。

統(tǒng)計表明，現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備80%以上的時間工作在風扇低速運行的狀態(tài)，通過風扇智能調(diào)速能夠節(jié)省50%-70%散熱功耗?，F(xiàn)網(wǎng)不支持風扇智能調(diào)速的設(shè)備可通過升級軟件并同時更換新風扇盒來實現(xiàn)此功能。

6.冷熱電三聯(lián)供技術(shù)

燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)是指以天然氣為主要燃料帶動燃氣發(fā)電設(shè)備（燃氣輪機、燃氣內(nèi)燃機等）運行，產(chǎn)生的電力滿足用戶的電力需求，同時系統(tǒng)排出的廢熱通過余熱回收利用設(shè)備（余熱鍋爐、吸收式制冷機組等）向用戶供熱、供冷。

通常大型發(fā)電廠的發(fā)電效率為35%-55%，如果扣除廠用電和線損率，終端的利用效率最高能達到47%。作為一種分布式能源形式，燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可以避免上述損失，其終端用戶的能源利用效率最高可達到90%。發(fā)展該系統(tǒng)以及其他分布式能源系統(tǒng)可以大幅度提高社會能源利用效率，大量節(jié)省了一次能源（市電）。通過發(fā)電機配套余熱嗅化銼吸收式制冷機產(chǎn)生7℃的冷水供機房專用空調(diào)，減少機房空調(diào)電耗，這也是三聯(lián)供給系統(tǒng)與其他發(fā)電機組最大的不同。

移動機房樓全年具有比較穩(wěn)定的發(fā)熱量和耗電量，且用電負荷相對穩(wěn)定，適宜采用冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)。

7.基站太陽能利用技術(shù)

太陽能光伏發(fā)電是通過太陽能電池吸收光能后變成電能輸出。一個完整的光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池方陣（也稱光伏方陣）、充放電控制器、蓄電池組、支架、功能電路單元等組成，其中不同電壓等級、電流大小、功率輸出的太陽能電池方陣由若干塊光伏組件經(jīng)串并聯(lián)后組成。

太陽能電池組件是由多個晶體硅電池單體串并聯(lián)并嚴格封裝而成，其中電池單體在太陽的照射下可發(fā)生光電效應(yīng)而產(chǎn)生一定的電壓和電流，經(jīng)電纜傳導(dǎo)至充電控制器。