基于多能源融合技術(shù)的通信電源能效優(yōu)化研究

婁占東

（唐山港科技發(fā)展有限公司，河北 唐山 063611）

0 引 言

隨著信息時代的飛速發(fā)展，通信技術(shù)作為支撐現(xiàn)代社會運轉(zhuǎn)的重要基礎(chǔ)，其穩(wěn)定性和高效性受到廣泛關(guān)注[1]。通信電源作為通信系統(tǒng)的心臟，其能效表現(xiàn)直接影響著整個通信網(wǎng)絡(luò)的運行成本和效率。尤其在全球能源緊缺和環(huán)境保護(hù)意識日益增強的背景下，如何優(yōu)化通信電源能效，降低能源消耗，成為科研人員迫切需要解決的問題。

1 通信電源能效應(yīng)用存在的技術(shù)缺陷

1.1 電源設(shè)備老化問題

通信電源設(shè)備在長時間運行過程中，由于環(huán)境因素、負(fù)載波動、溫度變化等影響，會出現(xiàn)老化現(xiàn)象，從而導(dǎo)致設(shè)備的性能下降、故障率增加?，F(xiàn)有的電源管理缺乏對設(shè)備老化的預(yù)警機制，無法實時監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)，難以提前發(fā)現(xiàn)并解決潛在的老化問題[2]。此外，對于已經(jīng)老化的設(shè)備，缺乏有效的替換和升級策略，導(dǎo)致設(shè)備過快地進(jìn)入報廢階段，增加了維護(hù)成本和能源消耗。

1.2 缺乏智能化管理

通信電源的能效不僅取決于設(shè)備的性能，還與運行環(huán)境和運行策略密切相關(guān)。例如，負(fù)載的分布、溫度的控制、供電策略的調(diào)整等，都會影響電源的能耗。目前許多通信電源系統(tǒng)仍采用傳統(tǒng)的手動管理模式，無法根據(jù)運行環(huán)境進(jìn)行智能化調(diào)整。由于缺乏智能化管理，電源的運行狀態(tài)與能耗情況的數(shù)據(jù)收集存在局限性，無法為能效優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。

1.3 未及時發(fā)現(xiàn)并解決電源能效問題

由于無法及時發(fā)現(xiàn)通信電源在運行過程中出現(xiàn)的能效問題，且獲取電源設(shè)備的真實工作負(fù)載情況、能耗統(tǒng)計數(shù)據(jù)或電源轉(zhuǎn)換效率等信息需要額外的傳感器、監(jiān)控設(shè)備或系統(tǒng)集成，缺乏有效的數(shù)據(jù)采集和處理手段，從而產(chǎn)生能效問題，對電網(wǎng)造成污染。此外，通信電源在運行過程中會產(chǎn)生諧波，諧波會導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波形畸變，增加電網(wǎng)損耗，降低電網(wǎng)質(zhì)量，從而對通信設(shè)備造成不良影響。

2 通信電源等效多能源融合優(yōu)化策略

2.1 多能源融合供電，自適應(yīng)能源管理

利用多能源融合技術(shù)，將不同類型的能源進(jìn)行組合供電[3]。當(dāng)主電源設(shè)備老化導(dǎo)致能效降低時，可以自動切換至其他備用能源，確保通信設(shè)備的穩(wěn)定供電。多能源融合技術(shù)組合供電使用情況如表1 所示。

表1 多能源融合技術(shù)組合供電使用情況

由于主電源設(shè)備老化，導(dǎo)致能效降低，無法滿足通信設(shè)備的穩(wěn)定供電需求。因此，系統(tǒng)自動切換至備用電源設(shè)備1，其供電能力為50 kW，能效比為0.85。同時，太陽能發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電作為輔助能源，分別提供20 kW 和15 kW 的供電能力。通過應(yīng)用多能源融合技術(shù)，系統(tǒng)可以根據(jù)不同能源的供電能力和能效比進(jìn)行智能調(diào)度，確保通信設(shè)備的穩(wěn)定供電。當(dāng)主電源設(shè)備恢復(fù)正常或備用電源設(shè)備發(fā)生老化時，系統(tǒng)會重新評估并調(diào)整能源組合，以維持最優(yōu)的能效。

文章利用智能化管理系統(tǒng)監(jiān)測電源設(shè)備的老化情況，并結(jié)合多能源融合技術(shù)，通過互享數(shù)據(jù)和分析算法，使中心側(cè)和現(xiàn)場側(cè)能夠更為緊密地協(xié)同工作。中心側(cè)可以及時獲取現(xiàn)場側(cè)的數(shù)據(jù)，并準(zhǔn)確評估設(shè)備狀態(tài)，為現(xiàn)場運維提供及時、有效的技術(shù)支持。而現(xiàn)場側(cè)可以借助中心側(cè)的算法和分析能力，提升自身的數(shù)據(jù)分析水平，更好地理解和應(yīng)對設(shè)備可能出現(xiàn)的問題。

2.2 智能化監(jiān)控與調(diào)度，集成化管理平臺

為實現(xiàn)對通信電源的實時監(jiān)控與調(diào)度，需要深入分析收集的數(shù)據(jù)，識別電源的運行模式、能耗趨勢和潛在問題。智能化管理系統(tǒng)采用了多能源融合技術(shù)，將太陽能、風(fēng)能等可再生能源與傳統(tǒng)的市電能源相結(jié)合，實現(xiàn)對通信電源設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷和能效評估[4]。當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)供電異常時，多能源融合技術(shù)會將不同類型的能源（如市電、太陽能、風(fēng)能等）進(jìn)行整合，實現(xiàn)能源的互補和優(yōu)化利用，利用可再生能源降低系統(tǒng)對市電的依賴度。多能源融合技術(shù)還可以提供更加靈活的供電方式和備份能源，確保通信設(shè)備的正常運行。該技術(shù)通過實時監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)和能耗情況，使系統(tǒng)能夠及時發(fā)現(xiàn)潛在的故障和能效問題，并提供相應(yīng)的解決方案。智能化管理系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控情況如表2 所示。

表2 智能化管理系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控情況

多能源融合技術(shù)通過融合多種可再生能源與市電，實現(xiàn)能源之間的互補與優(yōu)化利用，提供更為靈活的供電方式與備份能力，確保通信電源設(shè)備的正常運行。例如，當(dāng)市電出現(xiàn)故障時，可再生能源可作為備用能源提供電力。此外，多能源融合技術(shù)可降低系統(tǒng)對市電的依賴度，從而減少電費支出。由于可再生能源具有波動性和不穩(wěn)定性，如果單獨使用可再生能源，可能會對通信電源設(shè)備的正常運行造成影響。而利用多能源融合技術(shù)將可再生能源與市電進(jìn)行融合，可以實現(xiàn)對可再生能源的平滑處理，降低其對通信電源設(shè)備的影響，從而提高設(shè)備運行的可靠性和安全性。

2.3 多能源協(xié)同治理，諧波抑制技術(shù)優(yōu)化

文章利用多能源融合技術(shù)，將清潔能源（如太陽能、風(fēng)能等）與傳統(tǒng)電源進(jìn)行協(xié)同供電。清潔能源具有較低的諧波含量，可以有效減少諧波對電網(wǎng)的污染[5]。在多能源融合系統(tǒng)中引入諧波抑制技術(shù)，如諧波濾波器、有源濾波器等，可以對諧波進(jìn)行實時監(jiān)測和治理，從而降低諧波對電網(wǎng)和通信設(shè)備的不良影響。抑制諧波的多能源融合系統(tǒng)綜合評價指標(biāo)的計算公式為

式中：HPI為綜合評價指標(biāo)，用于衡量多能源融合系統(tǒng)抑制諧波效果；α為權(quán)重系數(shù)；T為技術(shù)進(jìn)步率；β為環(huán)境友好性；P為可再生能源占比；Y為經(jīng)濟效益。在設(shè)計和優(yōu)化多能源融合系統(tǒng)的過程中，研究人員可以通過調(diào)整權(quán)重系數(shù)的大小，根據(jù)實際需求和優(yōu)先級來平衡對諧波抑制效果、功率損耗率、諧波抑制程度的關(guān)注程度。應(yīng)用綜合評價指標(biāo)有助于在多個目標(biāo)之間取得平衡，最大限度地減少諧波對電網(wǎng)和通信設(shè)備造成的不良影響。在微電網(wǎng)中，多能源融合技術(shù)的主要作用是儲存由新能源產(chǎn)生的電能，并根據(jù)微電網(wǎng)的運行情況對新能源進(jìn)行削峰、抑制波動。多能源融合技術(shù)在諧波抑制和通信電源能效優(yōu)化方面的效果如表3 所示。

表3 多能源融合技術(shù)在諧波抑制和通信電源能效優(yōu)化方面的效果

由表3 可知：多能源融合技術(shù)與有源濾波器結(jié)合使用時綜合評價指標(biāo)最高，達(dá)到了0.977；多能源融合技術(shù)與諧波濾波器結(jié)合使用時綜合評價指標(biāo)為0.834；單獨使用諧波濾波器的綜合評價指標(biāo)為0.686；單獨使用有源濾波器的綜合評價指標(biāo)為0.466。在總諧波失真率方面，多能源融合技術(shù)與有源濾波器的組合最低，為39.7%，遠(yuǎn)低于其他配置。在功率損耗率方面，多能源融合技術(shù)與有源濾波器的結(jié)合也達(dá)到了最低值，為2.15%，表明該方法的能效優(yōu)化效果最好。在諧波抑制度方面，多能源融合技術(shù)與有源濾波器的諧波抑制度達(dá)到6.99%，多能源融合技術(shù)與諧波濾波器的諧波抑制度為5.52%，有源濾波器的諧波抑制度為2.16%，而諧波濾波器的諧波抑制度為1.34%。

因此，多能源融合技術(shù)在諧波抑制和通信電源能效優(yōu)化方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，特別是在結(jié)合有源濾波器的情況下，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)更高的諧波抑制度和更低的功率損耗率。這為通信電源系統(tǒng)的優(yōu)化提供了新的思路。同時，基于多能源融合技術(shù)的通信電源能效優(yōu)化策略在降低諧波失真、減少功率損耗和提高諧波抑制度方面有顯著效果，能夠進(jìn)一步提高通信能源系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3 結(jié) 論

文章主要研究基于多能源融合技術(shù)的通信電源能效優(yōu)化方案，經(jīng)過實驗驗證，所提策略能顯著提升電源系統(tǒng)的整體能效，有效降低能源消耗，抑制諧波污染，可以進(jìn)一步推廣應(yīng)用。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，該策略將在通信領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，為推動通信網(wǎng)絡(luò)的綠色、高效、安全運行做出更大貢獻(xiàn)。