通信電源系統節能技術發展研究

滕遠林

（中通服節能技術服務有限公司，江蘇 南京 210003）

0 引 言

5G時代的到來對通信事業的發展帶來了很大的影響，通信網絡規模的日漸拓展，在這樣的社會背景下，中國通信設備、通信基站等的數量大幅增加，甚至在很多地方出現了幾何倍數的增長，隨之而來的不僅僅是通信部門管理壓力的增大，還有能源損耗數量的上升。根據中國電力部門的數據，最近幾年中國通信耗電量突破400億度，權重為中國能耗的高位。因此，中國通信事業開展節能減排行動刻不容緩，高能消耗需要開源節流以降低能耗，從而保證可持續發展。本文主要通過資料查閱法、文獻研究法和數據分析法，對于我國通信行業的能源損耗背景現狀進行簡要分析介紹，同時重點分析研究了當前我國現有的通信電源系統節能技術應用發展現狀，以求更好地促進我國通信行業更好的實現節能減排，減重增效的目標實現。

1 中國通信行業能源消耗背景分析

如今，中國通信事業呈現出高質量發展狀態，綜合業態有了長足進步。黨的十九大以來，中共中央把節能減排作為國家戰略決策中的重要一環，并將其上升為基本國策進行嚴格落實。例如，央企必須滿足能耗下降率為20%的指標，且工廠排除的污染物不能超過原有上報污染物的90%。這說明，節能減排已經成為全社會共同關注的問題，還能夠有效提升企業的綜合運營能力。在5G通信技術如火如荼發展的今天，通信行業的能耗問題一度成為社會關注的問題。首先，需要展開中國通信行業能源消耗的背景分析，本文主要以某省的能耗狀態為例。

表1展示了樣本省份2015-2019年通信運營商的電耗總數據[1]。

圖1展示了樣本省份2015-2019年通信運營商的通信基站電耗增長趨勢。圖2為通信機房電源損耗占比。

表1 某省級通信運營商2015-2019年電耗情況

圖1 某省通信基站2015-2019年電耗增長趨勢

圖2 通信機房電源損耗占比

由圖1可知，近年來我國的通信基站耗電量呈現逐年攀升趨勢，耗電量大。由圖2可知，通信機房中的電源損耗集中在兩部分，分別是通信設備以及機房配套設備。前者占據了能耗的主要部分，后者包括機房燈光、制冷以及制熱用電。關于通信行業能耗的研究，很多研究人員都展開了深入探討[2-4]，但是沒有統一說法，有些描述也不夠精準。不同的地理條件以及配置情況都會對基站的實際能耗產生影響，從而影響能耗權重，應當具體問題具體分析。

2 中國通信電源系統現有節能技術

通信系統在社會生產生活中承擔信息傳輸媒介的作用。隨著節能環保理念的深入，通信系統能耗問題得到越來越多的關注。電源系統為通信系統的主要耗能元件，包括直流和交流兩種形式。通信系統對電能供應穩定性要求極高，因此其電源系統的節能優化需精細開展，不斷總結通信電源系統的常用節能技術。

2.1 開關電源休眠技術

開關電源整流模塊所引發的無效電能損耗占比通信電源系統能耗問題較大。開關電源整流模塊的能源損耗主要包括空載能源損耗、輸出功率損耗以及帶載能源損耗3個方面。其中，輸出功率損耗是根據電源負載電流的大小而決定的，無法減少其能源損耗。帶載能源損耗問題是取決于開關電源整流模塊的工作效率，倘若相應的整流模塊負載率維持在40%～70%（一般規定的正常整流模塊負載率范圍），此時可以通過提升開關電源整流模塊的工作效率達到降低帶載能源損耗的目的。空載能源損耗問題是由于相應負荷未能夠達到額定容量造成的。降低空載能源損耗則可以通過降低整流模塊的工作數量，提升整流模塊負載率的方式予以實現[5]。

目前，我國在對于降低通信電源開關電源的能源損耗實現節能方面，采取了相應的開關電源整流模塊休眠技術予以實現。開關電源整流模塊休眠技術就是根據電源負載電流的大小，通過與系統的支配整流模塊的數量和模塊的容量進行比較的方式，進而以智能“軟開關”技術實現對于開關電源工作整流模塊工作數量的自動調整，使得部分不進行工作的整流模塊處于休眠狀態，將開關電源整流模塊調整到最佳的負載率下進行工作，進而實現對于開關電源整流模塊帶載和空載能源損耗的降低，達到節能減排的目的。

開關電源整流模塊休眠技術包括整流模塊的休眠和監控模塊的冗余及循環開關機控制兩部分。為了更好地提升通信電源系統的工作運行效率，休眠技術依據實際的電源系統負載使用情況和系統的工作情況，對于整流模塊的工作狀態進行實時調整，當負載工作量小時，將一些整流模塊置于休眠狀態，達到降低能源損耗的目的；而一旦當負載工作量增加，便根據增加情況由監控模塊選擇喚醒部分或全部整流模塊進行工作狀態。同時，為了能夠更好地促使整流模塊的壽命同步老化，休眠監控模塊還會統計每個開關電源整流模塊的工作時長和運行情況，然后按照統計情況將一些運行時間短的模塊喚醒為工作狀態，同時讓一些運行時間長的模塊置于休眠狀態，進而促使各整流模塊同步老化，延長開關電源整流模塊的使用壽命。

2.2 電源系統諧波治理技術

一般通信電源供電系統都有著復雜的電源系統結構，并且相應的設備數量、種類多，如大量安裝的UPS電源、變頻空調以及整流電源模塊。這些電源設備均具有非線性的用電特點，也就導致了通信電源供電系統中會產生大量的諧波。大量諧波的存在不僅僅會嚴重影響通信電源供電系統的電能質量，導致通信電源用電系統的用電環境不斷惡化，而且對于通信電源系統的各類用電設備的穩定性和可靠運行性造成極大的影響。更為突出的是，大量諧波的存在會造成通信電源系統內的設備和相應的連接線纜發熱，熱量損失也導致系統的性能下降且運行的能源損耗不斷增加，產生大量的能耗。

關于諧波造成的通信電源系統能源損耗問題，目前我國開始不斷利用通信電源系統的諧波治理技術予以解決。電源系統諧波治理技術的技術原理就是采用相應的無源或者有源的濾波技術將電網中因非線性的負荷或者逆變所產生的電壓諧波以及相應的有害高次電流進行濾除，進而更好地提升用電質量和通信電源系統相關設備的運行效率，提升設備利用率，達到降低能耗損失的目的[6]。

2.3 磷酸鐵鋰電池節能技術

一般通信電源機房以及室外的大量基站都會需要到空調等制冷制熱設備以保證通信電源系統的運行環境溫度。尤其是對于通信電源系統的電池運行溫度需進行不間斷的制冷制熱調控，保證其正常的運行，否則周圍環境溫度較高會使得本身一些工作適應溫度范圍窄的電池熱失控加劇，造成能源損耗。再者這些空調制冷制熱設備的不間斷運行也導致了通信電源系統的整體能源損耗問題極大地增加。我國通信行業曾選用電壓穩定，無污染且維護量小的閥控式鉛酸蓄電池作為通信電源系統首選電池，用來盡可能地降低通信電源系統及通信基站的能源損耗。但是，隨著通信行業不斷發展加之我國節能減排的進一步要求，閥控式鉛酸蓄電池所表現出的短板問題愈加突出。一方面，一般通信基站機房都是設置在辦公樓或者居民樓，而由于閥控式鉛酸蓄電池體積和重量較大，在布置時對于樓板的承重和機房基站的面積要求苛刻，所以致使通信機房和基站的選址受限。另一方面，閥控式鉛酸蓄電池的正常工作溫度范圍較窄，若放置在室內，則必須有空調相關的制冷制熱設備進行環境溫度調節，以保證其正常工作；而放置在室外的一體化基站時，就會由于室外環境溫度變化范圍大，導致閥控式鉛酸蓄電池的壽命不斷降低，功耗損失不斷增加，既對相應的通信電源系統設備的安全運行性產生極大影響，又會增加維修費用[7]。

針對閥控式鉛酸蓄電池的不足，目前我國開始逐步推進以磷酸鐵鋰電池替代閥控式鉛酸蓄電池。

相較于閥控酸蓄電池，磷酸鐵鋰電池具有諸多優點。第一，磷酸鐵鋰電池體積和重量較之閥控酸蓄電池小很多，約為閥控酸蓄電池的1/3，故能夠不受安裝場所和房間面積限制。第二，磷酸鐵鋰電池的工作范圍溫度較寬，一般在-20～60 ℃都可以正常且不損耗的工作，且放電特性好。這也就使得其可以不受到外界環境溫度變化的影響，尤其可以極大地減少空調制冷制熱的能源損耗。磷酸鐵鋰電池節能技術對于通信電源系統降低能耗發揮著重要作用，但目前該項節能技術尚且處于起步階段，很多應用實踐效果還有待進一步的嘗試研究。

3 結 論

中國擁有世界上最先進的5G技術，是全世界規模最大的通信網絡國家，在通信行業中投入的能源和資源數量十分巨大。隨著中國經濟和社會的不斷縱深發展，再加上5G通信技術在各個行業的應用，通信行業也面臨著資源短缺的問題，因此提升運行效率、開展節能減排刻不容緩。節能也因此成為了通信運營工作中的重要一項內容。要想實現佳能減排治理，技術支持不可忽或缺。本文就當前我國通信行業能源損耗現狀及現有的通信電源系統節能技術應用發展現狀進行了相應的分析闡述，研究分析節能技術在通信電源系統中的具體發展應用，以期能夠為通信電源節能減排降耗的工作提供一定的參考性建議。