節(jié)能減排背景下的通信電源設(shè)備能效提升研究

郭芮冰，夏晨陽

（中國礦業(yè)大學，江蘇 徐州 221116）

0 引 言

我國提出可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，加大了對節(jié)能技術(shù)的研究，促進了我國生態(tài)環(huán)境良好發(fā)展。為落實節(jié)能減排要求，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，需要加強通信行業(yè)技術(shù)研究，不斷提升通信電源設(shè)備能效。通信電源設(shè)備運行中需根據(jù)不同設(shè)備種類的具體情況，制定合理的節(jié)能減排措施，降低相應(yīng)設(shè)備運行中的電能消耗量，提升設(shè)備運行效率。此外，需利用新能源技術(shù)應(yīng)用，加強通信電源設(shè)備監(jiān)督，保證相應(yīng)設(shè)備運行可靠性、穩(wěn)定性，才能實現(xiàn)通信電源設(shè)備節(jié)能減排目的。

1 通信電源設(shè)備節(jié)能減排的意義

1.1 降低能源損耗

加強節(jié)能減排技術(shù)研究，可以有效降低通信電源設(shè)備的能源損耗，落實節(jié)能減排目標，同時，能提升對通信電源設(shè)備的管控能力，充分保障設(shè)備的實際運行效果。在節(jié)能減排背景下，通信電源設(shè)備能效的提升中，還需合理運用相應(yīng)節(jié)能技術(shù)，保證通信電源設(shè)備相應(yīng)零部件的運行效率，確保電能傳輸?shù)姆€(wěn)定性，不斷優(yōu)化通信電源設(shè)備電能轉(zhuǎn)化效率，才能充分保障通信電源設(shè)備運行安全，降低能源損耗，落實節(jié)能減排目標。

1.2 提升設(shè)備效率

通信電源設(shè)備運行中，加強通信電源節(jié)能減排處理，可以有效增強不同設(shè)備之間的級聯(lián)響應(yīng)效果，強化對通信電源設(shè)備終端的管控力度，有效提升設(shè)備運行效率。在通信電源設(shè)備運行中，不同設(shè)備的運行模式不同，根據(jù)不同設(shè)備運行模式，采取不同的節(jié)能減排方式和力度，能夠有效提升通信電源設(shè)備的實際工作水平，實現(xiàn)節(jié)能減排目的，充分保障通信電源設(shè)備運行效率。

1.3 減少熱量散發(fā)

在節(jié)能減排背景下，采用先進的節(jié)能技術(shù)，可以有效提升通信電源設(shè)備能效，增強不同設(shè)備之間的聯(lián)動效果，確保通信電源設(shè)備低能耗運行，進而有效減少通信電源設(shè)備運行所產(chǎn)生的熱量，同時能帶動空調(diào)能耗的降低。強化節(jié)能減排處理，可以有效減少通信電源設(shè)備熱量散發(fā)，進一步保障通信電源整流模塊的良好運行，提升通信電源設(shè)備能效。

2 通信電源設(shè)備種類

2.1 開關(guān)電源

開關(guān)電源是常見的通信電源設(shè)備，實際使用中開關(guān)電源具有系統(tǒng)效率高和可靠性強的特點。開關(guān)電源不僅能夠保障通信設(shè)備中電能的正常供給，還能降低對電源結(jié)構(gòu)中其他設(shè)備及零部件運行的影響。通信電源技術(shù)發(fā)展中逐漸加強了模塊化設(shè)計應(yīng)用，提升了通信設(shè)備每個模塊區(qū)域電能的傳輸效果。

2.2 線性電源

隨著通信電源設(shè)備的發(fā)展，線性電源相關(guān)技術(shù)的成熟度不斷提升，且實際應(yīng)用中也有著很高的穩(wěn)定性，通過對線性電源的運用，能有效降低通信電源設(shè)備成本，降低通信電源設(shè)備運行中的噪聲干擾問題。但從實際應(yīng)用情況看，線性電源比開關(guān)電源的體積更大，電壓輸入也會受到相應(yīng)通信電源設(shè)備電能傳輸及范圍的影響，因此線性電源的發(fā)展存在一定的阻礙，具體應(yīng)用中也很難充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

2.3 相控電源

在通信電源設(shè)備中，整流器件是相控電源的重要部分，輸入交流電壓會根據(jù)相應(yīng)設(shè)備運行情況及連接的相控電源工頻變壓器對相應(yīng)交流電壓進行變壓處理，充分保障相控電源運行的穩(wěn)定性。但與開關(guān)電源、線性電源相比，相控電源的結(jié)構(gòu)更加復雜，如果通信電源設(shè)備中采用相控電源設(shè)計方案，那么具體的使用中容易受到多種因素的干擾，不利于通信電源設(shè)備的穩(wěn)定運行。

2.4 UPS 電源

不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）屬于恒壓恒頻電源，其主要組成部分是逆變器。在通信電源設(shè)備中，UPS 電源保證了單臺計算機及計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)電能供應(yīng)的穩(wěn)定性和連貫性，確保其正常運行，有效提升了節(jié)能減排效果，彰顯通信電源設(shè)備整體的環(huán)保性能。降低電源能源消耗量，不僅能夠保障通信電源設(shè)備的穩(wěn)定運行，還能有效促進通信行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2.5 高壓直流電源

在通信電源設(shè)備中大規(guī)模運用高壓直流電源，可以有效提升電能供給的穩(wěn)定性與連貫性，減少傳統(tǒng)通信電源設(shè)備長期運行中電能供給不穩(wěn)定、不合理等問題[1]。在高壓直流電源的實際應(yīng)用中，應(yīng)注意保證高壓直流電源與相應(yīng)通信電源設(shè)備之間的有效連接，還應(yīng)加強通信電源設(shè)備整體管控力度，以進一步減少電能浪費問題，充分保障通信電源設(shè)備整體節(jié)能減排效果。

3 節(jié)能減排背景下的通信電源設(shè)備能效的提升措施

3.1 加強開關(guān)電源效能管理

在開關(guān)電源管理中，通過設(shè)置開關(guān)監(jiān)控模塊，對相應(yīng)的電源、負載狀態(tài)進行監(jiān)測，然后根據(jù)監(jiān)測情況，控制開關(guān)電源的關(guān)閉及輪流工作，可以讓開關(guān)電源的負載處于最佳狀態(tài)，并有效提升開關(guān)電源的整體能效，進而實現(xiàn)節(jié)能的目的。在開關(guān)電源模塊中，不同負載情況下的單電源模塊工作效率不同。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，單電源模塊的負載處于80%時，其運行效率達到92%。在開關(guān)電源設(shè)計中，會考慮負載量要求，相應(yīng)電源模塊數(shù)量一般采取冗余設(shè)計方案，而實際使用中，開關(guān)電源并不會滿負載供電，正常情況下的負載量大多為40%，此時的電源模塊效率只有70%，容易造成很大的能源消耗[2]。因此，提高單個電源模塊低負載時的運行效率，才能有效提升開關(guān)電源模塊整體能效，實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。

在開關(guān)電源的效能管理中，需要加強單電源模塊的監(jiān)控管理，保證其負載率接近80%，確保其效率達到92%，即可實現(xiàn)節(jié)能地效果。如一臺供容量為500 A 的開關(guān)電源，其中包括10 個50 A 電源模塊，可以對相應(yīng)開關(guān)電源應(yīng)用情況進行測試，具體的測試數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 開關(guān)電源效能管理測試數(shù)據(jù)

從測試情況看，在對電源模塊開啟數(shù)進行控制時，開關(guān)電源模塊中單個模塊負載率處于80%時，其輸入功率最小，且整體工作效率最高，有著顯著的節(jié)能效果。加強開關(guān)電源效能管理，可以達到3%～5%的節(jié)能效果，如果某通信基站的單個電源模塊負載被控制70 A 左右，對2 000 個基站一年節(jié)省的電能進行計算，具體的計算方式是：70 A×48 V×365×24 h×3%×2 000/1 000=176 kW·h。因此，節(jié)能減排背景下，通信電源設(shè)備新建或改造中，應(yīng)加強開關(guān)電源效能管理，才能有效提升設(shè)備能效，節(jié)省電能消耗。

3.2 高效UPS 設(shè)備節(jié)能技術(shù)

在通信電源設(shè)備中，可以采用高效UPS 設(shè)備節(jié)能技術(shù)，通過與電力網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)運行，能夠讓系統(tǒng)運行效率達到95%，且不借助濾波裝置就能夠讓輸入電流諧波失真處于3%以下，能夠有效避免UPS 對電網(wǎng)的回饋諧波污染，并顯著降低電纜發(fā)熱，有利于降低系統(tǒng)整體的運行成本[3]。一般高效UPS 設(shè)備節(jié)能技術(shù)中主要采用的是絕緣柵雙極型晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）整流型UPS，這一設(shè)備可以讓整流技術(shù)與濾波技術(shù)無縫結(jié)合，能夠讓系統(tǒng)整體的運行效率達到95%。在具體的應(yīng)用中，可以采用節(jié)能系統(tǒng)（Energy Saving System，ESS）節(jié)能模式，這一模式可以應(yīng)用于并機系統(tǒng)，能夠讓系統(tǒng)效率進一步提升至99%還可以運用并機休眠功能，在UPS 負載率較低時可以提升其負載率，進而保證UPS 運行處于高效率數(shù)據(jù)范圍內(nèi)。同時，可以采用模塊化UPS 系統(tǒng)，但這一系統(tǒng)的控制方式比較復雜，因此容量大、負載要求高的場所還需慎重選擇這一系統(tǒng)。

3.3 構(gòu)建高壓直流電源系統(tǒng)

隨著通信電源設(shè)備的發(fā)展，相應(yīng)設(shè)備功率不斷變大，直流供電方式運用也越來越廣泛。這種供電方式存在線路損耗大的缺點，如果是長距離供電，還需要采用多根電纜多拼使用，容易增加資源消耗量。而高壓直流電源系統(tǒng)可以充分保障供電的可靠性，并降低線路損耗，有效節(jié)約能源[4]。采用高壓直流供電方式，需要先采用市電交流電中相應(yīng)不穩(wěn)壓的二極管整流橋進行整流，然后借助大功率直流/直流（Direct Current/Direct Current，DC/DC）變換器將相應(yīng)電能轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定高壓直流電，最后將其供應(yīng)到通信設(shè)備中相關(guān)DC/DC變換器，如圖1所示。構(gòu)建高壓直流電源系統(tǒng)，將相應(yīng)的電壓設(shè)置在270 V 左右，能夠有效解決線路壓降問題，避免使用多根電纜多拼使用問題，有效節(jié)約相關(guān)材料與資源，節(jié)能效果顯著。

圖1 高壓直流供電系統(tǒng)

3.4 強化通信電源智能監(jiān)督

在通信電源設(shè)備使用中，還需強化設(shè)備運行的動態(tài)智能監(jiān)督，做好其運行中各類信息的收集工作，并要保證相應(yīng)信息的準確性，然后根據(jù)收集的信息對通信電源設(shè)備運行進行調(diào)度，適時對相應(yīng)設(shè)備進行開啟和休眠，確保通信電源設(shè)備運行處于最佳效率區(qū)域。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)研究，通信電源設(shè)備運行的最佳效率段在0.5 ～0.8 負載段，通信電源設(shè)備運行負載處于這一區(qū)域時，能夠有效減少設(shè)備運行能源消耗，實現(xiàn)節(jié)能減排的目的，如圖2 所示。在通信電源設(shè)備運行的動態(tài)監(jiān)督中，一定要保證監(jiān)督的有效性，充分利用信息化系統(tǒng)與通信電源技術(shù)，增強通信電源設(shè)備運行中的信息收集能力，為節(jié)能減排處理提供有效的數(shù)據(jù)參考[5]。在節(jié)能減排背景下，通過對通信電源設(shè)備進行動態(tài)智能監(jiān)督，可以及時發(fā)現(xiàn)和解決通信電源中相應(yīng)的節(jié)能減排問題，有利于對通信電源的節(jié)能改造，并充分保障節(jié)能改造效果，同時有效提升對通信電源的管控力度和通信電源設(shè)備的整體能效[6]。此外，加強通信電源設(shè)備運行的動態(tài)智能監(jiān)督，保障通信電源與通信設(shè)備之間的有效契合，不僅能夠保障通信電源設(shè)備電能供應(yīng)的穩(wěn)定性、連貫性，還能實現(xiàn)節(jié)能減排的效果，有效提升通信電源設(shè)備能效。

圖2 通信電源最佳效率段

3.5 重視新能源的利用

在節(jié)能減排背景下，通信電源設(shè)備還應(yīng)重視新能源的利用，如太陽能和風能，具體的應(yīng)用中需充分考慮新能源利用的區(qū)域性特點，一般應(yīng)用于光照時數(shù)較大、風能資源豐富的區(qū)域。在通信電源設(shè)備中利用太陽能，需要構(gòu)建太陽能供電系統(tǒng)，具體的應(yīng)用過程中，如果太陽光照不足，相應(yīng)系統(tǒng)會由蓄電池對負載放電，如果太陽光照充足，相應(yīng)的太陽能電池可以將吸收的光能轉(zhuǎn)化為電能，然后對負載設(shè)備進行供電，這一過程還能對蓄電池進行充電。如果在供電過程中出現(xiàn)因特殊情況而發(fā)生斷電問題，就可以啟用備用發(fā)電機，然后利用整流器進行供電。目前，風力發(fā)電技術(shù)基本成熟，但發(fā)電機的可靠性相對較低，因此要盡量避免單獨使用這一發(fā)電方式，綜合運用太陽能和風能，構(gòu)建風光互補系統(tǒng)，以保證系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性和可靠性，同時每年能節(jié)約大量的電能，是節(jié)能減排的有效方法。

4 結(jié) 論

隨著我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，人們對節(jié)能減排的重視程度不斷提升，通信行業(yè)也加大了節(jié)能技術(shù)的研究力度，以進一步提升通信電源設(shè)備能效。在通信電源設(shè)備運行中加強開關(guān)電源效能管理，采用高效的UPS 設(shè)備節(jié)能技術(shù)，構(gòu)建高壓直流電源系統(tǒng)，對通信電源設(shè)備運行進行動態(tài)化、智能化監(jiān)督，不僅能夠提升通信電源設(shè)備運行效率，還能有效降低能源消耗量，有利于通信行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。