節能減排背景下的通信電源設備能效提升研究

郭芮冰，夏晨陽

（中國礦業大學，江蘇 徐州 221116）

0 引 言

我國提出可持續發展戰略，加大了對節能技術的研究，促進了我國生態環境良好發展。為落實節能減排要求，實現節能降耗的目的，需要加強通信行業技術研究，不斷提升通信電源設備能效。通信電源設備運行中需根據不同設備種類的具體情況，制定合理的節能減排措施，降低相應設備運行中的電能消耗量，提升設備運行效率。此外，需利用新能源技術應用，加強通信電源設備監督，保證相應設備運行可靠性、穩定性，才能實現通信電源設備節能減排目的。

1 通信電源設備節能減排的意義

1.1 降低能源損耗

加強節能減排技術研究，可以有效降低通信電源設備的能源損耗，落實節能減排目標，同時，能提升對通信電源設備的管控能力，充分保障設備的實際運行效果。在節能減排背景下，通信電源設備能效的提升中，還需合理運用相應節能技術，保證通信電源設備相應零部件的運行效率，確保電能傳輸的穩定性，不斷優化通信電源設備電能轉化效率，才能充分保障通信電源設備運行安全，降低能源損耗，落實節能減排目標。

1.2 提升設備效率

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

1.3 減少熱量散發

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

2 通信電源設備種類

2.1 開關電源

開關電源是常見的通信電源設備，實際使用中開關電源具有系統效率高和可靠性強的特點。開關電源不僅能夠保障通信設備中電能的正常供給，還能降低對電源結構中其他設備及零部件運行的影響。通信電源技術發展中逐漸加強了模塊化設計應用，提升了通信設備每個模塊區域電能的傳輸效果。

2.2 線性電源

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

2.3 相控電源

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

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。在通信電源設備中，UPS 電源保證了單臺計算機及計算機網絡系統電能供應的穩定性和連貫性，確保其正常運行，有效提升了節能減排效果，彰顯通信電源設備整體的環保性能。降低電源能源消耗量，不僅能夠保障通信電源設備的穩定運行，還能有效促進通信行業的可持續發展。

2.5 高壓直流電源

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

3 節能減排背景下的通信電源設備能效的提升措施

3.1 加強開關電源效能管理

在開關電源管理中，通過設置開關監控模塊，對相應的電源、負載狀態進行監測，然后根據監測情況，控制開關電源的關閉及輪流工作，可以讓開關電源的負載處于最佳狀態，并有效提升開關電源的整體能效，進而實現節能的目的。在開關電源模塊中，不同負載情況下的單電源模塊工作效率不同。根據相關數據顯示，單電源模塊的負載處于80%時，其運行效率達到92%。在開關電源設計中，會考慮負載量要求，相應電源模塊數量一般采取冗余設計方案，而實際使用中，開關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，才能有效提升開關電源模塊整體能效，實現節能減排的目的。

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

表1 開關電源效能管理測試數據

從測試情況看，在對電源模塊開啟數進行控制時，開關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，有著顯著的節能效果。加強開關電源效能管理，可以達到3%～5%的節能效果，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，節能減排背景下，通信電源設備新建或改造中，應加強開關電源效能管理，才能有效提升設備能效，節省電能消耗。

3.2 高效UPS 設備節能技術

在通信電源設備中，可以采用高效UPS 設備節能技術，通過與電力網絡并聯運行，能夠讓系統運行效率達到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 對電網的回饋諧波污染，并顯著降低電纜發熱，有利于降低系統整體的運行成本[3]。一般高效UPS 設備節能技術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，這一設備可以讓整流技術與濾波技術無縫結合，能夠讓系統整體的運行效率達到95%。在具體的應用中，可以采用節能系統（Energy Saving System，ESS）節能模式，這一模式可以應用于并機系統，能夠讓系統效率進一步提升至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 運行處于高效率數據范圍內。同時，可以采用模塊化UPS 系統，但這一系統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。

3.3 構建高壓直流電源系統

隨著通信電源設備的發展，相應設備功率不斷變大，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可以充分保障供電的可靠性，并降低線路損耗，有效節約能源[4]。采用高壓直流供電方式，需要先采用市電交流電中相應不穩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）變換器將相應電能轉換為穩定高壓直流電，最后將其供應到通信設備中相關DC/DC變換器，如圖1所示。構建高壓直流電源系統，將相應的電壓設置在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，有效節約相關材料與資源，節能效果顯著。

圖1 高壓直流供電系統

3.4 強化通信電源智能監督

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

圖2 通信電源最佳效率段

3.5 重視新能源的利用

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

4 結 論

隨著我國可持續發展戰略的提出，人們對節能減排的重視程度不斷提升，通信行業也加大了節能技術的研究力度，以進一步提升通信電源設備能效。在通信電源設備運行中加強開關電源效能管理，采用高效的UPS 設備節能技術，構建高壓直流電源系統，對通信電源設備運行進行動態化、智能化監督，不僅能夠提升通信電源設備運行效率，還能有效降低能源消耗量，有利于通信行業的可持續發展。