通信電源領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展趨勢與標(biāo)準(zhǔn)研究

熊蘭英

（CCSA通信電源與通信局站工作環(huán)境技術(shù)委員會（TC4）主席）

1 技術(shù)發(fā)展趨勢

信息業(yè)的迅猛發(fā)展以及通信網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)和新技術(shù)的不斷應(yīng)用，尤其是高功率密度設(shè)備的大量應(yīng)用，使得如何“建設(shè)又節(jié)約又安全的通信供電系統(tǒng)和滿足通信機(jī)房環(huán)境條件要求”的通信機(jī)房，成為各大通信運營企業(yè)關(guān)注的焦點，也給電源市場帶來了巨大的機(jī)會和挑戰(zhàn)，同時對電源專業(yè)提出了一些新的需求。例如：多種物理設(shè)備放在一起，有電磁兼容需求、機(jī)房面積與承重要求；網(wǎng)絡(luò)設(shè)備種類變多，使電源負(fù)載變大，負(fù)載種類變多，對電源效率和種類提出要求；機(jī)房和基站數(shù)目增多，對電源的可靠性和易維護(hù)性提出了諸如無人值守等更高要求。此外，電源工作環(huán)境的差異對電源的應(yīng)用環(huán)境也提出了新的需求，如更強(qiáng)的電網(wǎng)適應(yīng)能力、環(huán)境適應(yīng)能力等，戶外電源就是這種需求的典型代表。電源是整個信息網(wǎng)絡(luò)的動力心臟，新的網(wǎng)絡(luò)需要更可靠的電源。

隨著運營商的全球化趨勢，電源設(shè)備也需要滿足全球不同市場對產(chǎn)品的特殊要求。目前，全球通信電源技術(shù)發(fā)展大體呈現(xiàn)以下幾大趨勢：

1.1 高效率、高功率密度，松寬的使用環(huán)境溫度

——運營商的設(shè)備不斷增多、用電量加劇、機(jī)房面積緊張等因素客觀存在，對電源產(chǎn)品提出了高效率、高功率密度、更寬松的使用環(huán)境溫度要求。

——新型高性能器件的不斷涌現(xiàn)，例如：絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）、功率場效應(yīng)晶體管（MOSFET）、智能IGBT功率模塊（IPM）、MOS柵控晶閘管（MCT）、靜電感應(yīng)晶體管（SIT）、超快恢復(fù)二極管、無感電容器、無感電阻器、新型磁材料和變壓器、EMI濾波器等，可以提高通信電源的開關(guān)頻率，減少電源外形尺寸，提高電源的功率密度。

在通信電源中，開關(guān)技術(shù)是提高電源效率的一個重要技術(shù)。軟開關(guān)技術(shù)、準(zhǔn)諧振技術(shù)中具有代表性的是諧振變換、移相諧振、零開關(guān)PWM、零過渡PWM等電路拓?fù)?。隨著軟開關(guān)拓?fù)淅碚撗芯康纳钊胍约捌占皯?yīng)用，大大減少了硬開關(guān)模式下功率器件在開通／關(guān)斷過程中電壓電流升降波形交疊產(chǎn)生的損耗和噪聲，實現(xiàn)了零電壓以及零電流開關(guān)，降低了損耗，提高了電源系統(tǒng)的效率。為了更好地適應(yīng)環(huán)境，提高產(chǎn)品可靠性，220 Vac通信電源一般能夠工作在120 Vac～290 Vac，環(huán)境適應(yīng)能力也由傳統(tǒng)的45℃提高到60℃，甚至75℃。

1.2 網(wǎng)絡(luò)化智能化的監(jiān)控管理

信息網(wǎng)絡(luò)的日益發(fā)展，需要大量人力物力投入到設(shè)備管理維護(hù)方面。通信設(shè)施所處環(huán)境越來越復(fù)雜，人煙稀少、交通不便等因素都增大了維護(hù)難度，這對電源設(shè)備的監(jiān)控管理提出了新的要求。集中分散式監(jiān)控系統(tǒng)需要對系統(tǒng)中的狀態(tài)量和控制量進(jìn)行監(jiān)控，還可以對電池進(jìn)行全自動管理，也可以直接利用Internet上傳控制數(shù)據(jù)，使維護(hù)人員通過Internet進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢、控制等維護(hù)工作；利用友好的人機(jī)界面，使維護(hù)人員能夠方便地得到需要的信息（如各種保護(hù)、告警和數(shù)據(jù)信息；維護(hù)計劃、資產(chǎn)管理等）。

1.3 全數(shù)字化控制

數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展逐步表現(xiàn)出了傳統(tǒng)模擬技術(shù)無法實現(xiàn)的優(yōu)勢。比如采用全數(shù)字化控制技術(shù)，可以有效縮小電源體積，降低成本，大大提高設(shè)備的可靠性和對用戶的適應(yīng)性；整個電源的信號采樣、處理、控制（包括電壓電流環(huán)等）、通信等均采用DSP技術(shù)，可以獲得優(yōu)化的一致穩(wěn)定的控制參數(shù)。還可以采用更加靈活的控制方式，在各種電壓、溫度下優(yōu)化電源的輸出，如降額保護(hù)、PFC數(shù)字控制諧波。利用DSP技術(shù)可以減少器件數(shù)量、提高模塊指標(biāo)與功率密度，消除模擬控制技術(shù)的期間離散性和溫度漂移性，實現(xiàn)更簡單穩(wěn)定的通信和均流，同時也可以獲得良好的EMC指標(biāo)。采用數(shù)字化技術(shù)后，電源設(shè)備的智能化程度更高，也便于使用維護(hù)。

1.4 安全、防護(hù)、良好EMC指標(biāo)

從設(shè)備運行的復(fù)雜環(huán)境考慮，電源設(shè)備須滿足相關(guān)的安全、防護(hù)、防雷標(biāo)準(zhǔn)，才能保證電源的可靠運行。

——安全性是電源設(shè)備最重要的指標(biāo)。通信用設(shè)備需要通過通信認(rèn)證和檢測部門依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的檢測與認(rèn)證，商用設(shè)備需要通過相關(guān)的安全認(rèn)證，如：UL、CSA、VDE、CCC等。

——防雷設(shè)計是保證通信電源系統(tǒng)可靠運行的不可或缺的環(huán)節(jié)。對于通信設(shè)備而言，雷電過電壓來源主要包括：感應(yīng)過電壓、雷電侵入波和反擊過電壓。在一般情況下，通信電源必須采取系統(tǒng)防護(hù)、概率防護(hù)和多級防護(hù)的防雷原則（采用三級防雷體系）。

——防潮、防鹽霧和防霉菌設(shè)計為三防設(shè)計。工程上通常選用耐蝕材料，通過鍍、涂或化學(xué)處理方法對電子設(shè)備的表面覆蓋一層金屬或非金屬保護(hù)膜，使之與周圍介質(zhì)隔離，從而達(dá)到防護(hù)的目的（電路印刷板涂三防漆，結(jié)構(gòu)上采用密封或半密封形式隔絕外部環(huán)境）。

——良好的EMC指標(biāo)使不同的電子設(shè)備能工作在一起，同時使使用者的電磁環(huán)境更加潔凈，避免電磁環(huán)境對使用者的傷害。一般滿足標(biāo)準(zhǔn)有：“GB17625.1～11電磁兼容……”系列相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和“YD／T983－2013通信電源設(shè)備電磁兼容性限值及測量方法”行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等。

1.5 綠色環(huán)保

環(huán)保一方面意味著：電源的電流諧波要符合要求。降低電源的輸入諧波，不但可以改善電源對電網(wǎng)的負(fù)載特性，減少給電網(wǎng)帶來的污染，也可以減少對其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的諧波干擾。另一方面，電源設(shè)備、機(jī)房環(huán)境設(shè)備要采用新技術(shù)、新型環(huán)保材料并有效利用新能源。

2 標(biāo)準(zhǔn)研究

2.1 總體目標(biāo)

通信電源與通信局站工作環(huán)境是通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵基礎(chǔ)物理設(shè)施，對保障通信網(wǎng)絡(luò)的暢通以及通信系統(tǒng)設(shè)備的安全供電和正常運行起著至關(guān)重要的作用。根據(jù)中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會（CCSA）標(biāo)準(zhǔn)化工作的總體目標(biāo)和工作原則，通信電源與通信局站工作環(huán)境技術(shù)委員會（TC4）的總體目標(biāo)是：圍繞通信發(fā)展和通信網(wǎng)絡(luò)安全運行的需要，持久地開展通信電源與局站環(huán)境領(lǐng)域的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化工作，以創(chuàng)新引領(lǐng)、推動專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展，加強(qiáng)專業(yè)溝通和交流，提升通信電源在業(yè)界的影響力，使得標(biāo)準(zhǔn)化工作可持續(xù)地支撐業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，使標(biāo)準(zhǔn)成為科技創(chuàng)新轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的橋梁。

2.2 在研標(biāo)準(zhǔn)（工信部已下達(dá)計劃項目）

——通信電源

2012B111直流ICT設(shè)備電源模塊輸入接口技術(shù)要求與試驗方法；（CCSA研究課題）

2013－0965T－YD通信用48 V磷酸鐵鋰電池管理系統(tǒng)；

2013－0966T－YD通信用分布式電源系統(tǒng)－DPS

2013－0969T－YD通信用遠(yuǎn)供電源系統(tǒng) 第1部分：直流供電系統(tǒng)；

2013－2523T－YD 通信用240 V／336 V 直流供電系統(tǒng)性能及建設(shè)后評估方法；（工信部重點項目）

2013－2524T－YD通信用336 V開關(guān)型整流模塊；（工信部重點項目）

2013－2525T－YD通信用336 V直流供電系統(tǒng)；

（工信部重點項目）

2013－2526T－YD通信用壁掛式電源系統(tǒng)；

2013－2527T－YD通信用低壓并聯(lián)型有源電力濾波器（修訂 YD／T2323－2011）；

2013－2528T－YD通信用模塊化不間斷電源 （修訂YD／T2165－2010）。

——機(jī)房環(huán)境

2012－1410T－YD通信機(jī)房用走線架及走線梯 ；

2012－2423T－YD通信機(jī)房動力與環(huán)境能效要求和評測方法；（工信部重點項目）

2012－2424T－YD模塊化通信機(jī)房技術(shù)要求與試驗方法；

2012－2426T－YD通信系統(tǒng)用室外機(jī)房 第1部分：固定獨立式（修訂 YD／T1624－2007）；

2012－2427T－YD第2部分：固定塔房一體式；

2012－2428T－YD第3部分：可拖運塔房一體式；2013－0968T－YD通信用熱管—空調(diào)一體機(jī)；

2013－2519T－YD通信戶外機(jī)房用安全門技術(shù)要求和檢測方法；

2013－2520T－YD通信機(jī)房用接地銅排技術(shù)要求和檢測方法；

2013－2521T－YD通信機(jī)房用饋線窗技術(shù)要求和檢測方法；

2013－2522T－YD通信機(jī)房用蓄電池架技術(shù)要求和檢測方法。

2.3 通過立項審查待下達(dá)計劃的標(biāo)準(zhǔn)項目

——通信電源

通信用氫燃料電池供電系統(tǒng)（通過公示待國標(biāo)委下達(dá)計劃）；

通信供電系統(tǒng)及電源設(shè)備能效分級要求（國標(biāo)項目）；

通信局（站）－48 V系統(tǒng)閥控式密封鉛酸蓄電池在線測試方法；

通信用240 V／336 V直流配電單元；

通信用240 V直流供電系統(tǒng)應(yīng)用及管理技術(shù)要求；通信用高頻開關(guān)整流器（修訂YD／T731－2008）；通信用不間斷電源—UPS（修訂 YD／T1095－2008）；

數(shù)據(jù)通信用電源系統(tǒng)（修訂YD／T1818－2008）。

——機(jī)房環(huán)境

通信局站用溫控設(shè)備能效分級要求（國標(biāo)項目）；通信局（站）用相變蓄能設(shè)備；

通信設(shè)備用綜合集裝架（修訂YD／T1819－2008）；

通信中心機(jī)房環(huán)境條件要求（修訂YD／T1821－2008）。

3 當(dāng)前通信電源與機(jī)房環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)研究重點

各通信運營商正在大規(guī)模建設(shè)超大型數(shù)據(jù)中心（如：云計算基地、IDC機(jī)房），迫切需要解決供電和機(jī)房環(huán)境等技術(shù)難題，TC4對此給予密切關(guān)注。新型基礎(chǔ)實施的建設(shè)需要“標(biāo)準(zhǔn)先行”，通過標(biāo)準(zhǔn)來指導(dǎo)基礎(chǔ)實施的建設(shè)。同時要按照工業(yè)和信息化部“十二五”規(guī)劃要求，在安全可靠用電基礎(chǔ)上，體現(xiàn)節(jié)能降耗理念，結(jié)合國內(nèi)外新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用趨勢，以及國內(nèi)外企業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)實際情況，并根據(jù)各大通信運營的需求開展標(biāo)準(zhǔn)化研究工作。

當(dāng)前重點：通信機(jī)房動力和環(huán)境能效要求和評測方法、通信用240 V／336 V直流配電單元、通信用336 V直流供電系統(tǒng)和開關(guān)型整流模塊、240 V／336 V直流供電系統(tǒng)運行后評估要求和應(yīng)用及管理要求、通信用氫燃料電池供電系統(tǒng)、大容量鉛酸蓄電池管理系統(tǒng)和在線運營質(zhì)量檢測方法等方面的標(biāo)準(zhǔn)化研究。

今后重點：將關(guān)注高壓直流技術(shù)的應(yīng)用；各種清潔能源的混合供電系統(tǒng)、動態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)；各類新型儲能技術(shù)；在通信局站工作環(huán)境方面將重點關(guān)注機(jī)房氣流組織要求、機(jī)房內(nèi)空氣質(zhì)量控制等。

4 參與國際電信聯(lián)盟（ITU）標(biāo)準(zhǔn)化工作

近兩年來，TC4在推動國際標(biāo)準(zhǔn)化工作方面取得突破，打破了零狀態(tài)。比如：在國際電信聯(lián)盟ITU－T SG5課題19的“供電系統(tǒng)”和ITU－T SG5課題17的“能效”研究制訂中，中國標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會TC4通信機(jī)房環(huán)境工作組（WG2）副組長齊曙光擔(dān)任了課題副報告人，代表CCSA將通信電源和通信機(jī)房環(huán)境相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)盡力轉(zhuǎn)化為國際標(biāo)準(zhǔn)，逐步提高了在國際同行的影響力。目前通信電源與機(jī)房環(huán)境方面參與編寫的國際標(biāo)準(zhǔn)／建議書有：

——2011年向ITU－TSG5課題19遞交4篇文稿：

（1）The specifications of 240Vdirect current power supply system for telecommunications（通信用240V直流供電系統(tǒng)特性）

（2）The specification of DC power feeding system interface（通信用直流供電系統(tǒng)接口特性）

（3）ICT equipments compatibility and IEC standards verification according to 240VDC power supply system（關(guān)于240V直流供電條件下ICT設(shè)備兼容性與IEC標(biāo)準(zhǔn)符合性）

（4）Insulation monitor of DC power supply system（直流供電系統(tǒng)絕緣監(jiān)察）

——2012年向ITU－T SG5課題17和19共遞交6篇文稿：

（1）Handbook＿infrastructure best practices（基礎(chǔ)設(shè)施最佳實踐）

（2）Energy efficiency measures and measurement for telecommunication infrastucture（通信基礎(chǔ)設(shè)施能效測量方法）

（3）Proposal on L.spec DC voltage range（針對高壓直流接口標(biāo)準(zhǔn)的電壓范圍建議）

（4）Proposal on content of L.architecture（針對高壓直流供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)的建議）

（5）Proposal on L.architecture developing form（針對高壓直流供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)的編寫形式建議）

（6）Proposal on structure and contents of L.performance（針對高壓直流供電系統(tǒng)性能及環(huán)境影響評估標(biāo)準(zhǔn)的建議）

2012年，國際電信聯(lián)盟采納了中國提交的240V直流供電技術(shù)，并在發(fā)布的ITU－T L.1200“Direct current power feeding interface up to 400Vat the input to telecommunication and ICT equipment”中明確：過渡期用更高電壓直流供電系統(tǒng)電壓范圍為192 V－288V（標(biāo)稱電壓：240V）。

——2013年向ITU－T SG5課題17和19共遞交5篇文稿：

（1）New work item proposal on assessment of energy efficiency on infrastructure in data center（立項研究《數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施能效評估方法》）

（2）The first draft of L.M＆M infra（通信基礎(chǔ)設(shè)施能效測量方法標(biāo)準(zhǔn)初稿）

（3）Proposal on L.DC＿assessment（針對《數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施能效評估方法》標(biāo)準(zhǔn)的建議）

（4）Proposal on L.M＆M infra（針對通信基礎(chǔ)設(shè)施能效測量方法標(biāo)準(zhǔn)的建議）

（5）Proposal on L.architecture contents（針對高壓直流供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)的建議）

以上建議書共15篇，ITU已采納并發(fā)布4篇，在研2篇，其他在建議中。其中，《針對高壓直流接口標(biāo)準(zhǔn)的電壓范圍的建議》和《針對高壓直流供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)的建議》文稿獲得了工業(yè)和信息化部科技司頒發(fā)的2012年度和2013年度優(yōu)秀文稿獎。