上海移動通信電源系統節能減排方案簡介

上海移動通信有限公司 黃 赟

0 前言：

2010年，國務院國有資產監督管理委員會正式公布并實施了《中央企業節能減排監督管理暫行辦法》（國資委令23號），中國移動由節能減排“一般類”企業調整為“關注類”企業。通信電源系統作為電信企業能耗大戶，上海移動主管部門開拓創新，挖掘通信電源系統節能潛力，積極參與節能減排行動。

1 通信電源直流系統：

上海移動原有基站直流系統，其工作原理為：三相交流電輸入首先進行防雷處理和EMI濾波（Electro Magnetic Interference電磁干擾）,然后經整流轉換成高壓直流電-48V，再通過PMW（Pulse Width Modulation全橋脈寬調制）電路逆變為高頻交流電,經高頻變壓器隔離降壓后通過高頻整流濾波成為直流電，最后經電磁干擾電源濾波和防反接保護輸出。然而現有開關電源整流模塊平均工作效率為90%，電能損失在交直流轉換過程中，詳見圖1。

如果采用先進高效的直流模塊，將開關電源的整流效率從90%提高至96%；其采用先進的整流技術及電路控制系統主要體現在：1）高可靠 設 計 DSP（Digital Signal Processing數字信號處理）控制；2）高轉換效率拓樸電路，寬負載范圍內實現軟開關技術，在20%～100%負載率范圍模塊效率高達95%以上；3）采用智能數字化電路控制的 PFC（Power Factor Correction功率因數校正）技術，功率因數大于0.99，交流輸入電流諧波失真低小于5%。

采用先進高效的直流模塊的實質是將新型器件和新材料應用到通信電源硬件開發中，將先進的拓樸電路運用到通信電源整流模塊系統設計中。例如：碳化硅(SiC)器件和新型磁性材料(如非晶材料)等已逐步應用到整流模塊中；交流輸入側交流轉直流 （AC/DC）電路中的 PFC（Power Factor Correction功率因數校正）電路可以采用無整流橋的拓樸電路結構，與傳統采用全橋整流橋的電路相比，主電路回路中減少了通過功率器件的數量，從而減少了功率器件的損耗，提高了電路的工作效率；采用新的直流轉直流（DC/DC）拓樸電路，在輸出寬負載率范圍內直流轉直流（DC/DC）電路中的開關器件以及輸出側整流電路實現軟開關，開關損耗很小，效率提高，從而開關頻率也可以得到提高，體積減少，功率密度提高。上世紀90年代誕生了同步整流技術，之前主要應用在低電壓輸出的開關電源中，現在可以把這一技術應用到-48V通信用電源系統中，即在直流轉直流（DC/DC）電路中的二次側整流電路采用同步整流技術，則整流模塊的效率在現有的基礎上可以提高1%～2%。

通過采用新元件、新材料及新技術，使通信電源整流模塊的效率大大地提高，在20%至100%的負載率范圍內其效率達到95%以上，在寬負載率范圍內做到高效率，在50%負載率左右時其效率超過96%。

移動公司在上海市區建設規劃及預期效果：通過分步替換現有直流系統模塊，預計2015年基本在2500個基站實現高效能整流器全面推廣，總計可節約電能312.5萬kWh（見表1）。

2 UPS (Uninterruptible Power System不間斷電源)供電系統

上海移動原有UPS供電系統故障率高。UPS供電系統工作原理圖詳見圖2。 在空載或輕載時，系統效率低，電能浪費嚴重，主要表現在：

表1 5年預計建設進度和節能效果

1）機房樓配套建設制約大容量UPS建設，其投資大，工期長，直接影響到通信數據業務快速發展；

2）UPS冗余系統整體利用率低，影響了通信數據業務利潤。常見雙機冗余UPS供電系統負荷率＜35%；

3）UPS供電系統應急保障和可維護性差，在線擴容困難，割接難度大，同時安全性不高，兩級變換導致了故障率高；

4）UPS供電系統擴容難度大，UPS供電系統并機的基本條件是等幅、同頻、同相，UPS邏輯控制系統復雜，且UPS供電系統并機運行存在環流控制等問題，在投入、切出時間點上易出現系統故障。

如果采用先進高壓直流供電系統，其基于240V或350V高壓的開關電源系統代替UPS供電系統。其供電效率明顯提高，節電率約為20%-40%，同時可降低線路損耗，節約電纜等材料。其優點為：

1）電能的節省

（1）高壓直流供電系統相比UPS供電系統，減少了兩級變換（見圖3）；

（2）整流模塊休眠技術，使開關電源工作于最佳功率區間，而UPS的整流器、逆變器無法休眠，長期低荷載率運行。

2）經濟效益和社會效益

（1）經濟效益，高壓直流供電系統具有設備初期投資少、可靠性高、維護方便、可安全擴容、運行維護費用較低的特點。高壓直流供電系統對于通信精密電子設備干擾小，具有良好的電磁兼容性，有利于系統的穩定、安全運行。參照《高壓直流在數據機房的應用》一文，270V高壓直流供電較1+1冗余UPS供電，實現15.9%的節能率，同時，1+1冗余UPS供電系統單位功率投資成本是高壓直流供電系統的1.87倍。以新建500m2DC（Data Centre數據中心）機房配置2套4臺120kVA UPS供電系統為例，電源配套投資可節約140萬元/機房。

表2 5年預計建設進度和節能效果

（2）社會效益，直流系統全面的電池管理功能使蓄電池使用壽命相對UPS后備形式的電池延長（UPS約5年，直流系統約8年），助力企業綠色行動計劃，實現數據機房耗電大戶的運行節能降耗。

移動公司在上海市區建設規劃及預期效果：新建局房推薦采用高壓直流供電系統,計劃2011年、2013年、2015年各有一個局房采用高壓直流供電系統，預計2015年基本在4個局站實現高壓直流供電系統應用啟動，總共可節約電能277.2萬 kWh（見表 2）。

3 小結：

2011年節能減排的任務將更加艱巨。其中通信電源系統積極相應集團公司和上級部門差異化節能減排號召，在直流系統和UPS供電系統充分運行新技術、開拓新思路，切實通過“綠色行動計劃”，努力實現節能降耗目標。

[1]YDB037-2009通信用240V直流供電系統技術要求

[2]上海移動計劃部12-5發展規劃

[3]IDC機房供電體制的研究

[4]大型IDC機房UPS電源系統配置方法與安全性

[5]關于IDC機房交直流供電體制的分析

[6]組合開關電源技術規范