通信電源領域技術發展趨勢與標準研究

熊蘭英

（CCSA通信電源與通信局站工作環境技術委員會（TC4）主席）

1 技術發展趨勢

信息業的迅猛發展以及通信網絡的演進和新技術的不斷應用，尤其是高功率密度設備的大量應用，使得如何“建設又節約又安全的通信供電系統和滿足通信機房環境條件要求”的通信機房，成為各大通信運營企業關注的焦點，也給電源市場帶來了巨大的機會和挑戰，同時對電源專業提出了一些新的需求。例如：多種物理設備放在一起，有電磁兼容需求、機房面積與承重要求；網絡設備種類變多，使電源負載變大，負載種類變多，對電源效率和種類提出要求；機房和基站數目增多，對電源的可靠性和易維護性提出了諸如無人值守等更高要求。此外，電源工作環境的差異對電源的應用環境也提出了新的需求，如更強的電網適應能力、環境適應能力等，戶外電源就是這種需求的典型代表。電源是整個信息網絡的動力心臟，新的網絡需要更可靠的電源。

隨著運營商的全球化趨勢，電源設備也需要滿足全球不同市場對產品的特殊要求。目前，全球通信電源技術發展大體呈現以下幾大趨勢：

1.1 高效率、高功率密度，松寬的使用環境溫度

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

——新型高性能器件的不斷涌現，例如：絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）、功率場效應晶體管（MOSFET）、智能IGBT功率模塊（IPM）、MOS柵控晶閘管（MCT）、靜電感應晶體管（SIT）、超快恢復二極管、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，開關技術是提高電源效率的一個重要技術。軟開關技術、準諧振技術中具有代表性的是諧振變換、移相諧振、零開關PWM、零過渡PWM等電路拓撲。隨著軟開關拓撲理論研究的深入以及普及應用，大大減少了硬開關模式下功率器件在開通／關斷過程中電壓電流升降波形交疊產生的損耗和噪聲，實現了零電壓以及零電流開關，降低了損耗，提高了電源系統的效率。為了更好地適應環境，提高產品可靠性，220 Vac通信電源一般能夠工作在120 Vac～290 Vac，環境適應能力也由傳統的45℃提高到60℃，甚至75℃。

1.2 網絡化智能化的監控管理

信息網絡的日益發展，需要大量人力物力投入到設備管理維護方面。通信設施所處環境越來越復雜，人煙稀少、交通不便等因素都增大了維護難度，這對電源設備的監控管理提出了新的要求。集中分散式監控系統需要對系統中的狀態量和控制量進行監控，還可以對電池進行全自動管理，也可以直接利用Internet上傳控制數據，使維護人員通過Internet進行數據查詢、控制等維護工作；利用友好的人機界面，使維護人員能夠方便地得到需要的信息（如各種保護、告警和數據信息；維護計劃、資產管理等）。

1.3 全數字化控制

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

1.4 安全、防護、良好EMC指標

從設備運行的復雜環境考慮，電源設備須滿足相關的安全、防護、防雷標準，才能保證電源的可靠運行。

——安全性是電源設備最重要的指標。通信用設備需要通過通信認證和檢測部門依據行業標準進行的檢測與認證，商用設備需要通過相關的安全認證，如：UL、CSA、VDE、CCC等。

——防雷設計是保證通信電源系統可靠運行的不可或缺的環節。對于通信設備而言，雷電過電壓來源主要包括：感應過電壓、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防護、概率防護和多級防護的防雷原則（采用三級防雷體系）。

——防潮、防鹽霧和防霉菌設計為三防設計。工程上通常選用耐蝕材料，通過鍍、涂或化學處理方法對電子設備的表面覆蓋一層金屬或非金屬保護膜，使之與周圍介質隔離，從而達到防護的目的（電路印刷板涂三防漆，結構上采用密封或半密封形式隔絕外部環境）。

——良好的EMC指標使不同的電子設備能工作在一起，同時使使用者的電磁環境更加潔凈，避免電磁環境對使用者的傷害。一般滿足標準有：“GB17625.1～11電磁兼容……”系列相關國家標準和“YD／T983－2013通信電源設備電磁兼容性限值及測量方法”行業標準等。

1.5 綠色環保

環保一方面意味著：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的負載特性，減少給電網帶來的污染，也可以減少對其他網絡設備的諧波干擾。另一方面，電源設備、機房環境設備要采用新技術、新型環保材料并有效利用新能源。

2 標準研究

2.1 總體目標

通信電源與通信局站工作環境是通信網絡的關鍵基礎物理設施，對保障通信網絡的暢通以及通信系統設備的安全供電和正常運行起著至關重要的作用。根據中國通信標準化協會（CCSA）標準化工作的總體目標和工作原則，通信電源與通信局站工作環境技術委員會（TC4）的總體目標是：圍繞通信發展和通信網絡安全運行的需要，持久地開展通信電源與局站環境領域的行業標準化工作，以創新引領、推動專業標準化的發展，加強專業溝通和交流，提升通信電源在業界的影響力，使得標準化工作可持續地支撐業務和網絡發展，使標準成為科技創新轉化為生產力的橋梁。

2.2 在研標準（工信部已下達計劃項目）

——通信電源

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

2013－0965T－YD通信用48 V磷酸鐵鋰電池管理系統；

2013－0966T－YD通信用分布式電源系統－DPS

2013－0969T－YD通信用遠供電源系統 第1部分：直流供電系統；

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

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

2013－2525T－YD通信用336 V直流供電系統；

（工信部重點項目）

2013－2526T－YD通信用壁掛式電源系統；

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

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

——機房環境

2012－1410T－YD通信機房用走線架及走線梯 ；

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

2012－2424T－YD模塊化通信機房技術要求與試驗方法；

2012－2426T－YD通信系統用室外機房 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—空調一體機；

2013－2519T－YD通信戶外機房用安全門技術要求和檢測方法；

2013－2520T－YD通信機房用接地銅排技術要求和檢測方法；

2013－2521T－YD通信機房用饋線窗技術要求和檢測方法；

2013－2522T－YD通信機房用蓄電池架技術要求和檢測方法。

2.3 通過立項審查待下達計劃的標準項目

——通信電源

通信用氫燃料電池供電系統（通過公示待國標委下達計劃）；

通信供電系統及電源設備能效分級要求（國標項目）；

通信局（站）－48 V系統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直流供電系統應用及管理技術要求；通信用高頻開關整流器（修訂YD／T731－2008）；通信用不間斷電源—UPS（修訂 YD／T1095－2008）；

數據通信用電源系統（修訂YD／T1818－2008）。

——機房環境

通信局站用溫控設備能效分級要求（國標項目）；通信局（站）用相變蓄能設備；

通信設備用綜合集裝架（修訂YD／T1819－2008）；

通信中心機房環境條件要求（修訂YD／T1821－2008）。

3 當前通信電源與機房環境標準研究重點

各通信運營商正在大規模建設超大型數據中心（如：云計算基地、IDC機房），迫切需要解決供電和機房環境等技術難題，TC4對此給予密切關注。新型基礎實施的建設需要“標準先行”，通過標準來指導基礎實施的建設。同時要按照工業和信息化部“十二五”規劃要求，在安全可靠用電基礎上，體現節能降耗理念，結合國內外新技術的發展與應用趨勢，以及國內外企業的研發、生產實際情況，并根據各大通信運營的需求開展標準化研究工作。

當前重點：通信機房動力和環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直流供電系統和開關型整流模塊、240 V／336 V直流供電系統運行后評估要求和應用及管理要求、通信用氫燃料電池供電系統、大容量鉛酸蓄電池管理系統和在線運營質量檢測方法等方面的標準化研究。

今后重點：將關注高壓直流技術的應用；各種清潔能源的混合供電系統、動態無功補償技術；各類新型儲能技術；在通信局站工作環境方面將重點關注機房氣流組織要求、機房內空氣質量控制等。

4 參與國際電信聯盟（ITU）標準化工作

近兩年來，TC4在推動國際標準化工作方面取得突破，打破了零狀態。比如：在國際電信聯盟ITU－T SG5課題19的“供電系統”和ITU－T SG5課題17的“能效”研究制訂中，中國標準化協會TC4通信機房環境工作組（WG2）副組長齊曙光擔任了課題副報告人，代表CCSA將通信電源和通信機房環境相關行業標準盡力轉化為國際標準，逐步提高了在國際同行的影響力。目前通信電源與機房環境方面參與編寫的國際標準／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直流供電系統特性）

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

（3）ICT equipments compatibility and IEC standards verification according to 240VDC power supply system（關于240V直流供電條件下ICT設備兼容性與IEC標準符合性）

（4）Insulation monitor of DC power supply system（直流供電系統絕緣監察）

——2012年向ITU－T SG5課題17和19共遞交6篇文稿：

（1）Handbook＿infrastructure best practices（基礎設施最佳實踐）

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

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

（4）Proposal on content of L.architecture（針對高壓直流供電系統結構標準的建議）

（5）Proposal on L.architecture developing form（針對高壓直流供電系統結構標準的編寫形式建議）

（6）Proposal on structure and contents of L.performance（針對高壓直流供電系統性能及環境影響評估標準的建議）

2012年，國際電信聯盟采納了中國提交的240V直流供電技術，并在發布的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電壓范圍為192 V－288V（標稱電壓：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《數據中心基礎設施能效評估方法》）

（2）The first draft of L.M＆M infra（通信基礎設施能效測量方法標準初稿）

（3）Proposal on L.DC＿assessment（針對《數據中心基礎設施能效評估方法》標準的建議）

（4）Proposal on L.M＆M infra（針對通信基礎設施能效測量方法標準的建議）

（5）Proposal on L.architecture contents（針對高壓直流供電系統結構標準的建議）

以上建議書共15篇，ITU已采納并發布4篇，在研2篇，其他在建議中。其中，《針對高壓直流接口標準的電壓范圍的建議》和《針對高壓直流供電系統結構標準的建議》文稿獲得了工業和信息化部科技司頒發的2012年度和2013年度優秀文稿獎。