淺談通信局(站)電源系統節能減排措施

牛 威,李儉兵,2

(1.重慶郵電大學通信新技術應用研究所,重慶400065;2.重慶信科設計有限公司,重慶400065)

根據能耗模型,電源系統占局站能耗的8%。對通信基站的節能減排工作最核心的部分雖然是通信主設備和機房空調的節電工作,但通信電源的節電同樣會進一步降低前級交流配電和機房空調的能耗,因此通信電源本身的節電也是基站降耗不可忽略的一個部分。下面將從幾個方面論述通信局(站)中電源系統節能減排的措施。碎、水淹、門磁開關、智能門禁、手動報警開關、空調以及各個局站的現場視頻等。

1 動力環境監控系統

動力環境監控系統針對各種通信局站(包括通信機房、基站、支局、模塊局等)的設備特點和工作環境,對局站內的通信電源、蓄電池組、UPS、發電機、空調等智能、非智能設備以及溫濕度、煙霧、地水、門禁等環境量實現“遙測、遙信、遙控、遙調”等功能。利用動力環境監控系統能有效地提高網絡的運行維護效率,減少維護成本。

動力監控的對象主要有兩種:

(1)動力設備 如高低壓配電、通信機房的電源、整流器、穩壓器、油機、逆變器、蓄電池組、UPS以及太陽能供電設備、風力發電設備等,如圖1所示。

(2)環境參量 如溫度、濕度、煙感、紅外、玻璃破

圖1 動力設備監控對象

通信局(站)采用動力環境集中監控,具有很多的優勢:應用監控系統的自動化管理手段,可大大減少設備維護人員;可實現動力各類告警信息的實時傳遞,正確的定位設備故障點,確定故障解決方案;可實現數據采集的連續性、真實性、可存儲性,改變了傳統的維護模式;可充分利用動力監控實時綜合信息的監控和分析,減少了動力工程投資規模;除動力安全保障手段外,還可實現基站節能的自動化突破。

2 通信電源的休眠節能技術

對開關電源的節能措施,除了通過技術改進提高不同負載率時整流模塊的整體效率特性、降低模塊自身功耗等措施,還可通過對開關電源的能效管理來實現節能。通過對電源模塊的休眠管理,提高運行模塊的負載率,可以更加合理地利用開關電源的功率曲線,實現很好的節能效果。

開關電源整流模塊智能休眠功能,是一種通信電源中通過整流模塊的冗余控制的節能技術。在通信電源系統多模塊并聯工作時,根據系統實際負載動態調整工作模塊數量,使其它并聯模塊進入休眠狀態,從而使系統總電能損耗減小到最小值。

休眠狀態的整流模塊數量可根據負載的變化而動態調整,當負載增大到一定值時,可自動喚醒休眠模塊,保證整體輸出容量。同時還可以通過軟件設置整流模塊的休眠時間和休眠次序,使各整流模塊輪換休眠,維持各整流模塊工作時長的平均,提高各模塊的使用壽命。

圖2 不同負載率時效率表

從圖2所示效率曲線可以看出,通信電源設備的效率隨著負載率的增加整體呈上升趨勢。整流模塊的負載率(模塊的輸出工作電流/模塊的額定電流)越高、其工作效率越高,能耗損失越小。同時,監控單元可對工作整流器、休眠整流器實行定期的開關轉換,保證各模塊的工作時間和待機時間基本一致,以保證所有模塊均勻老化,具有相同的工作壽命。

表1為在網運行的某型通信電源系統通過節能改造后,實際配置210 A系統,在不同負載率條件下節能前后的效率比較和節能效果測試數據。從測試結果可看出,采用休眠節能技術后,電源系統效率得到明顯提升,且在不同負載率下保持較平穩的狀態。因此休眠節能技術達到了控制系統在不同負載條件下工作在最佳效率點,實現能耗降低的目的。

表1 電源系統休眠節能測試結果

由圖3可見,模塊負載率越低在休眠節能模式工作時節能越明顯。10%負載率時節能后電源系統功耗可降低一半以上。休眠節能技術已經得到實際站點的運行驗證,通過比較站點的平均日耗電量,日均節電5.4～6.7 kWh,因此實際節能效果非常明顯。開關電源系統的節能會降低交流配電和空調耗電,從而帶來整個機房更大的節能。電源休眠節能對降低機房能耗是非常有效的。

圖3 不同負載率時系統功耗降低率

3 蓄電池修復技術

蓄電池修復技術只能夠修復部分蓄電池:

(1)并非所有落后蓄電池均可修復;

(2)極板膨脹、極板腐蝕、極板鈍化、有效物質脫落(不可修復)、電解液干涸、極板短路、極板硫化(可修復);

(3)對于容量為額定容量40%～80%的落后電池修復成功率比較高。經試驗表明,可修復率高達95%;

(4)對于容量為額定容量40%以下的落后電池基本無法修復;

(5)對嚴重極板硫化、電解液干涸或極間短路、開路的電池(內阻嚴重偏大、電壓很高或為零)應立即更換。

蓄電池活化修復并不能節省電能,但可以產生很可觀的經濟效益。

4 高壓直流供電技術

通信行業中仍以使用直流電源為主,約占97%,交流(UPS)供電系統只占3%,但是交流(UPS)供電系統的安全性,令人十分擔憂。

高壓直流供電技術是目前IDC和大型數據機房供電方式的研究熱點。該技術與傳統48 V供電系統類似,是由多個并聯冗余整流器和蓄電池組成。在正常情況下,整流器將市電交流電源變換為大約240 V、336 V或420 V的直流電源(標準還待進一步統一),供給服務器等電信設備,同時給蓄電池充電;停電時,由蓄電池放電為電信設備供電。與傳統UPS相比,由于省掉了逆變部分,且電池直接并在輸出端,電源效率和系統可靠性大大提高。

對于高壓直流可能帶來的建設、維護等安全問題,可以通過采用中性點不接地、配置直流開關等技術,以及編制行業標準、建設運維管理制度等措施加以預防和解決。

圖4是傳統 UPS與直流IDC供電的比較,可以看到采用高壓直供電方式取代傳統的UPS供電方式,能改善系統安全性能、減少電能消耗、節約建設成本。

目前國內高壓直流供電尚處于小范圍試驗應用階段,尚未出現安全問題,需要進一步實驗后推廣。和傳統的UPS供電技術相比,高壓直流技術具有很多的優勢:

圖4 傳統UPS與直流IDC供電的比較

(1)供電可靠性大大提高

蓄電池可以作為電源直接并聯負載端,確保供電的不間斷。直流供電只有電壓振幅一個參數,不存在的相位、相序、頻率需同步的問題。

不存在并機板的單點故障問題。即使脫離控制模塊,也能并聯輸出電能。

(2)工作效率提高

省掉了逆變環節(逆變環節的損耗在5%左右)。

不存在功率因數及諧波的問題,降低了線損。

可以通過多模塊并聯使模塊使用率達到70%～80%。

根據江蘇等地實測情況,相比傳統 UPS,高壓直流供電的工作效率可提高30%。

(3)系統可維護性增強、擴容便捷

直流供電系統由模塊組成,與-48 V系統類似,維護人員可以自己進行維護、更換。由于采用模塊化結構,擴容時非常方便。

(4)技術比較成熟,基本原理與傳統-48 V相同。

目前在使用的高壓直流電壓有兩種標準:中國電信主要采用直流240 V,已在江蘇試驗了近2年,正在全省推廣。全國多省開始試點。中國移動主要采用直流336 V,正在廣東移動試點。根據試行的情況來看兩中電壓的優缺點如下:240 V電壓標準:服務器及各類IT配套設備不需做任何改動;與交流220 V電壓接近,絕緣標準等一致;其不足之處是節能效果較336 V稍低、增加了電纜的消耗。

336 V電壓標準:電壓高、損耗小、更節能、電纜線徑可更小,節約銅材;但是部分IT設備需要改造、IT設備能否長期運行是個未知數。

所以目前對于高壓直流供電技術來說電壓究竟采用多少還在試行階段,還需要進一步的研究以找到一種合適的電壓。

5 小 結

從目前的情況來看“節能減排”是勢在必行的,在通信基站的節能減排中對通信電源系統的節電也是不容忽略,前面談到的一些措施如果能夠很好地推行,那么通信電源系統的節能減排工作將有很大的成效。

[1]宋福峰.通信電源系統節能方案研究[D].北京:郵電大學,2009.

[2]杜旭升.通信電源節能探討[J].通信電源技術,2009,26(3):20-21.

[3]朱雄世.國外數據通信設備高壓直流供電新系統[J].郵電設計技術,2009,(5):66-70.