通信電源系統節能技術

劉海玲

（河南省通信建設監理有限公司，河南 鄭州 450008）

0 引 言

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。

1 通信電源系統耗能特點

1.1 電源系統耗能

通信機房中的電源系統需安裝電源轉換裝置，若裝置本身轉換效率低，必然會出現發熱過多、能耗增加的問題。近年來，轉換裝置在通信電源系統中得到普遍應用，現有轉換設備型號非常復雜。有數據顯示，不同型號電源轉換裝置的電能轉換效率多集中在80%～95%，各廠家、品牌轉換設備的轉換效率差異明顯。若通信機房設計過程中選用的轉換裝置性能不佳且被大量應用，則會導致機房運行過程中電源系統能耗顯著上升，進而給空調系統帶來更大的運行壓力，進一步導致能耗上升。

1.2 通信設備耗能

通信設備高耗現象主要是由于設備與電源轉換器間匹配性不夠導致的，會使電路電阻上升，導致通信設備運行產生無用消耗。通信設備的主要耗能單元為信息轉化芯片，其耗能表現為明顯的連鎖特點[1]。例如，當轉換芯片能耗水平降低時，對應的電源轉換裝置、UPS電源、配電系統、空調系統及變壓設備能耗均會發生不同程度的降低。

2 通信電源系統節能技術

2.1 通信電源系統設計中的節能技術

2.1.1 開關電源

開關電源高效模塊休眠技術可對負載電流與系統模塊間做對比分析，利用智能軟開關技術調節運行中整流模塊的數量，使負載以外的整流模塊進入休眠狀態，以降低通信電源系統無效電能損耗。直流電源設備安裝對空間位置要求嚴格，一般將其設計在靠近負荷中心的位置。因此，在使用開關電源時，可將其安裝在通信機房內，使其更加接近系統負荷中心，縮短線纜長度。開關電源在浮充狀態下運行，產生的電流幅值非常有限，因此設備與直流配電屏間的線損也可被有效控制，達到降低系統耗能的目的。由于開關電源的整流模塊使用熱插拔方式，因此可降低后期維護難度。

例如，某局點通信電源系統由400 A/380 V的交流配電屏1架、整流架（2 000 A）2架、直流配電屏（2 500 A）2架、閥控鉛酸蓄電池1500 Ah和整流模塊（100 A）組成，其中蓄電池組數為2，整流模塊數量為20。計算發現，該通信電源系統整流模塊負載率在48.5%，電源系統理論效率在94%。電源系統穩定運行后，整流模塊的負載率降低至14.3%，電源系統效率變為86%，降幅明顯，說明該局點通信電源系統的運行效果存在較大的提升空間。因此，決定引入高效整流模塊，利用智能整流模塊休眠技術降低系統運行能耗損失，提高整個通信電源系統的運行效率。改造后，系統運行中整流模塊的負載率提高到39.7%，相應的系統效率變為90%。方案執行后，記錄該通信電源系統1年內的電能消耗情況，發現使用高效模塊休眠技術后，每小時可較普效模塊階段節約電能89 W，日節電量2.136 kW·h。按系統年運行天數為350 d、電費為1元/kW·h計算，每年可節約電費747.6元，節能效果顯著。

2.1.2 閥控鉛酸蓄電池

現階段，通信電源系統中的閥控鉛酸蓄電池常被安裝在電池架上。安裝過程需考慮樓板的荷載能力，通常情況下不應低于16 kN/m2。安裝位置的選擇應為蓄電池后期維修、更換提供足夠的空間，且應與墻體保持800 mm的間距，避免影響各設備單元散熱而引發能耗上升的問題。

2.1.3 高壓直流供電

常規通信系統多安裝UPS電源，以保證系統供電持續、穩定。相較于高壓直流供電系統，UPS電源在運行中涉及直流、交流轉換過程，因此在電源系統運行效率方面略遜于高壓直流供電。使用高壓直流供電取代傳統UPS電源，可降低通信電源系統能耗。

2.1.4 優化布線方式

通信機房規劃設計中，應綜合考慮機房所在位置的電源、水源、冷源等是否能滿足機房正常運行的需求，通過合理選址，借助自然條件，改善機房內的能量流通，進而降低能源消耗。因此，設計過程中一般選用高溫隔熱性能優良的材料制作機房墻板，并選用節能型門窗。機房系統建設中使用大量導線材料，導線距離與其線損等級密切相關。因此，通信電源系統節能設計還應重點關注機房內導線的優化布置，合理規劃各類設備的安裝位置，盡量縮短導線距離。若電源系統導線距離調整空間有限，可適當提高導線截面面積，降低系統耗能水平。

2.1.5 其他節能技術

除以上常見電源系統節能技術外，風扇智能調速技術和蓄電池恒溫技術也能發揮一定的節能作用，可結合通信電源系統特點及機房節能需求，將不同節能技術結合應用。

風扇智能調速技術。風扇智能調速在系統中安裝溫度傳感器，采集運行環境溫度信息，對比機房最佳環境溫度的要求，對風扇系統運行方案做適當調整。例如，改變風扇供電電壓，調節其轉速，降低系統耗能。風扇智能調速技術的節能效果在50%～70%，且目前在通信電源系統中的應用度不高，發展空間較大。

蓄電池恒溫技術。該技術將蓄電池獨立安裝，配備單獨的溫控系統，通過電源運行溫度的提升來降低通信機房能耗[3]。一般而言，蓄電池的最佳運行溫度在15～25 ℃。

2.2 通信電源系統空調中的節能技術

2.2.1 機房新風系統

空調為通信電源系統的主要耗能單元之一。為提高空調運行效率，可在機房內引入新風節能技術。該技術結合通信機房環境特點和電源系統運行特點，將通風、控制、氣流組織等系統相整合形成機房新風系統，充分利用自然冷源降低空調系統運行能耗。新風系統包括自然通風新風系統和熱交換新風系統兩類。其中，自然通風新風系統在室外環境溫度較低時，直接將外部冷空氣引入機房內部進行降溫，以減少對常規空調系統的制冷需求。當室外溫度較高時，再啟動空調系統。自然通風新風系統由新風機組、排風機組、控制器以及加濕器等結構組成。由于直接引入外部冷源，機房內環境易受到外部因素的影響。熱交換新風系統使用隔絕換熱的方式，可有效解決自然通風新風系統的不足，其引入室外空氣并進行顯熱交換處理，以滿足機房對溫濕度的要求。在該新風系統內，外部冷源與機房內部空間被阻隔，可避免機房環境受不穩定環境因素的影響，同時又能充分利用自然冷源，降低通信電源系統能耗。因此，建議選用隔絕換熱新風系統。

2.2.2 雙循環節能空調

除以上技術方案，還可安裝先進的空調設備。例如，某通信機房引進雙循環節能空調設備，以找到一種效果更穩定、能耗水平更低的制冷方式。該機房選用SDC2型號雙循環節能空調。在72 d的試運行統計中，該空調系統的總制冷量達到35 kW。若采用混合制冷模式，可較之前的空調系統節能35.6%；若采用完全節能泵模式，節能率高達45.4%。與市面上常見精密空調相對比，以上兩種模式下的節能效果分別達到49.3%和55.2%，節能優勢明顯[4]。相關企業可根據實際需求，選擇引進雙循環節能空調設備。

2.3 通信電源節能評估中的節能技術

強化通信電源系統節能效果評估，能夠及時了解通信機房的能源消耗狀態，分析當前節能技術的應用是否存在問題和不足，并通過電源系統運行能耗數據的動態化分析，找出更具潛力的節能環節，以給出更加高效、適用的節能技術方案。部分通信企業的用電過程使用總電表進行監控，確保對通信機房用電情況的單獨統計，導致通信電源系統的運行能耗水平并不被有效掌握，并引發節能優化工作無從下手的問題。鑒于以上問題，建議相關企業為通信機房設置單獨的能耗監控設備，配合信息化監管手段，實時采集機房內各用電單元的能耗情況。通過能耗趨勢變化，了解存在較大節能空間的設備或環節。同時，通過對比分析，評估現行節能技術的應用成效，結合評價結果做適當調整。

在節能評估方式的選擇上，各通信機房運行內外部環境差異明顯，因此應差異化進行節能評估方案設計。目前，較常用的節能評估方法為IPMEP。該評估模型將通信電源系統相關參數帶入計算公式，依照統一的評價標準，可準確核算通信機房用電情況。總之，通信電源系統能耗除適當使用前文介紹的節能技術外，還應同時做好節能效果評估工作，以形成完善的通信電源系統節能設計反饋回路，最大限度提高各項節能技術的節能效果。

3 結 論

通信電源系統耗能主要發生在電源系統、通信設備及空調系統。在對系統進行節能改造時，節能技術的應用應覆蓋通信電源系統的設計及運維管理階段，靈活選用電源開關、前置端子蓄電池、高壓直流供電技術，優化系統布線方式，配合電源系統諧波治理、變壓器節能運行、變壓器負載分配、空調系統節能設計等措施，降低通信電源系統運行能耗，提高通信機房綜合效益。