通信電源一體化及關鍵技術分析

摘要：通信電源一體化是將傳統(tǒng)通信電源設備和監(jiān)控系統(tǒng)集成為一個整體，并通過智能化的通信電源管理系統(tǒng)來實現電源的監(jiān)控、維護、管理和配置。隨著信息化技術的快速發(fā)展，傳統(tǒng)通信電源設備逐步向智能化、一體化、標準化方向發(fā)展。通信電源一體化的實施可以節(jié)省機房空間，降低建設成本，提高維護效率和信息系統(tǒng)的可靠性，是今后通信行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。基于此，本文分析和探討了通信電源一體化建設中需要解決的關鍵技術。

關鍵詞：通信電源；一體化；關鍵技術

一、一體化建設的意義

（一）降低建設成本

傳統(tǒng)的多個獨立電源設備通常安裝在機房內，需要占用機房內的大量空間，加之這些設備需要經過長期的運行，不僅設備內部存在很多灰塵和雜物，還容易因環(huán)境溫度和濕度的影響而出現故障。由于這些設備采用獨立設計、安裝、調試，所以在運行過程中會經常發(fā)生一些故障，例如通信電源設備的電源開關、整流器、蓄電池等出現問題。這些故障不僅會影響通信電源設備的正常運行，還會對其供電質量產生影響。為了保證供電質量和可靠性，維護人員必須對這些設備進行定期檢查和維護，不僅增加了機房建設的成本，還增加了維護人員的工作量。此外，由于這些設備采用了獨立設計、安裝和調試，因此維護工作非常繁瑣。

通信電源一體化建設通過整合不同類型、不同型號的設備，將傳統(tǒng)多個分散的獨立電源設備整合成一個完整、統(tǒng)一、集成化的系統(tǒng)，并采用集中監(jiān)控和集中管理模式，對整個機房內所有設備和環(huán)境進行統(tǒng)一地管理和監(jiān)控。這種方式可以有效降低機房建設所需空間以及設備采購、安裝和維護等成本，并提高通信電源系統(tǒng)運行質量[1]。

（二）提高供電質量和可靠性

在通信電源一體化建設中，一體化設備在系統(tǒng)結構中起到了支撐作用，其主要功能包括：控制設備、監(jiān)控設備和通信設備。

首先，采用一體化電源建設方式可以提高通信電源設備的供電質量和可靠性，實現對所有電源設備的集中管理和控制，從而確保整個電源系統(tǒng)運行的穩(wěn)定

可靠。

其次，在通信電源一體化建設中，監(jiān)控系統(tǒng)可以采集和顯示通信電源設備的各項參數信息，并對所有的通信電源設備進行統(tǒng)一監(jiān)控和管理，實時監(jiān)控整個通信電源系統(tǒng)的運行狀態(tài)，有效避免由于某一環(huán)節(jié)故障而導致整個供電系統(tǒng)出現問題。

（三）提高工作效率

通信電源一體化建設采用了智能化的管理系統(tǒng)，在管理系統(tǒng)中可以設置監(jiān)控模塊和告警模塊，實現對電源設備的集中控制、監(jiān)控和管理。通過智能化的軟件編程技術，該系統(tǒng)可以調整和控制各種參數，使得系統(tǒng)的配置更加靈活和方便，從而降低通信電源建設所需空間以及設備采購、安裝和維護等成本。同時，采用智能化的管理系統(tǒng)還可以提高通信電源系統(tǒng)的運行效率，有效降低故障發(fā)生率和維護成本。

（四）提升管理水平

在通信電源一體化建設中，通過對監(jiān)控系統(tǒng)和通信電源設備進行一體化設計，企業(yè)可以實時監(jiān)控整個系統(tǒng)的運行情況，確保維護人員在發(fā)生異常時能夠及時發(fā)現并處理故障。例如，在對某一通信電源系統(tǒng)進行維護時，如果維護人員發(fā)現該系統(tǒng)的輸出電壓和電流發(fā)生異常變化，就可以將相關數據傳輸到監(jiān)控系統(tǒng)中，并在第一時間掌握電源系統(tǒng)的運行情況，從而大幅提高管理效率和管理水平。

此外，通信電源一體化建設可以對各個子系統(tǒng)進行集中管理和統(tǒng)一調度。在安排工作時，企業(yè)可以根據不同設備的實際情況和相應的運行要求來制定相應的工作計劃并安排工作人員，從而避免因工作人員出現重復勞動而造成的人力資源浪費。這種建設方式可以節(jié)約機房建設所需空間和成本，并提高工作效率[2]。

二、通信電源一體化發(fā)展現狀

目前，我國通信電源一體化建設發(fā)展迅猛，已經進入快速發(fā)展期。2008年，中國電信、中國移動和中國聯(lián)通三大運營商都推出了通信電源一體化產品，將傳統(tǒng)的UPS、蓄電池、配電柜等電源設備集成到一個設備內，通過智能管理系統(tǒng)對其進行集中監(jiān)控和管理，在一定程度上提高了設備的可靠性。但是，由于通信電源一體化產品仍然屬于新生事物，目前尚無統(tǒng)一標準，并且相關技術發(fā)展緩慢，因此其推廣應用仍然面臨較大困難。

首先，通信電源一體化產品的研發(fā)難度較大。目前，通信電源一體化產品大多采用集成方案，需要在模塊化的基礎上進行升級、優(yōu)化、擴展。

其次，通信電源一體化產品的可靠性有待進一步提高。由于通信電源一體化產品集成度較高，在其生產過程中需要考慮到各種潛在風險和問題，如器件的穩(wěn)定性和可靠性、安全防護、電磁兼容等。

最后，通信電源一體化產品在實際應用中還存在一些技術難題有待解決，例如如何提高模塊的可靠性、如何降低UPS的輸入功率和輸入頻率、如何提高電池管理系統(tǒng)的運行效率、如何實現智能化電源管理系統(tǒng)等。

（一）通信電源一體化產品的可靠性有待進一步提高

通信電源一體化產品是將UPS、蓄電池、配電柜等電源設備集成到一個設備內，其結構更為復雜，并且可靠性要求更高。通信電源一體化產品的主要元器件（如MOSFET、開關管、二極管、電容等）多數為進口產品，而國產元器件在性能和質量方面與進口元器件還有一定差距，因此通信電源一體化產品的可靠性有待進一步提高。

通信電源一體化產品的可靠性除了受元器件質量影響之外，還與生產工藝和環(huán)境等因素有關。雖然通信電源一體化產品的主要元器件均為進口產品，但國產元器件也存在一定問題，如大功率開關管等關鍵元器件仍有使用國外廠家生產的現象。因此，為了確保通信電源一體化產品能夠可靠運行，在設計和生產過程中，研究人員需要進行大量的試驗[3]。

（二）通信電源一體化產品標準化和模塊化有待加強

通信電源一體化產品主要包括兩類：一是集成化UPS，二是模塊化UPS。其中，集成化UPS是將整流模塊、蓄電池模塊、配電模塊、監(jiān)控模塊等集成到一個設備內，實現一機多用，但這種一體化產品主要采用的是集成方案。而模塊化UPS是將整流模塊、蓄電池模塊、配電模塊等按一定的標準組合起來，實現一個設備內的電源系統(tǒng)由多個獨立的模塊組成，每一個獨立的模塊均可單獨更換或重新配置。

通信電源一體化產品在設計時應該注重優(yōu)化和改進產品性能，即實現從單一設備向一體化產品轉變、由單一電源系統(tǒng)向一體化系統(tǒng)轉變。目前，三大運營商都在大力推進通信電源一體化建設，但是在實際應用中，通信電源一體化產品仍存在一些問題。

（三）智能化管理系統(tǒng)的發(fā)展還需進一步完善

通信電源智能化管理系統(tǒng)的功能主要包括：

1.數據的采集、處理、存儲和傳輸；數據的實時顯示、報表生成和查詢等；

2.在通信電源設備出現故障時，系統(tǒng)能夠自動識別故障設備，并發(fā)出報警信號；

3.對通信電源設備進行遠程控制和管理，實現遠程維護，確保通信電源設備的安全可靠運行；

4.通過多種方式，實現對電池的均衡管理、對蓄電池進行在線監(jiān)測和容量管理等功能。

目前，國內通信電源智能化管理系統(tǒng)的發(fā)展還比較滯后，其主要原因是通信電源智能化管理系統(tǒng)在設計過程中還存在很多不足之處。例如，系統(tǒng)的功能還不夠完善，在實際應用中僅能實現一些基本功能，如數據采集、報表生成等；缺乏統(tǒng)一的標準來規(guī)范通信電源智能化管理系統(tǒng)的設計和開發(fā)；檢測電池管理系統(tǒng)的手段有限，不能很好地實現電池管理系統(tǒng)與智能化管理系統(tǒng)之間的相互協(xié)調。此外，通信電源智能化管理系統(tǒng)還缺乏統(tǒng)一標準，部分廠家開發(fā)的智能化管理系統(tǒng)僅能滿足自身的需求，沒有考慮到其他廠家、設備和用戶的需求[4]。

隨著信息技術在通信電源領域的廣泛應用，通信電源智能化管理系統(tǒng)必將得到快速發(fā)展。因此，研究通信電源智能化管理系統(tǒng)應從以下幾個方面著手：

1.提高對數據采集和處理技術的認識；

2.加強對智能控制技術的研究；

3.加強對電池檢測技術和監(jiān)測方法的研究；

4.加強對電池均衡技術和容量監(jiān)測技術等方面的研究。

三、通信電源關鍵技術分析

（一）UPS設備

在通信電源一體化建設中，研發(fā)人員需要充分考慮UPS設備的可靠性和性能，根據不同的應用場景選擇不同的UPS設備，以滿足不同應用場景下的需求。為了提高可靠性和性能，研發(fā)人員可以選擇模塊化UPS設備。該設備可以實現一體化設計，將所有的UPS設備集中在一起，從而提高電源系統(tǒng)的整體可靠性。

此外，在通信電源一體化建設中，研發(fā)人員還需要選擇具有高可靠性、高性能和高可用性的UPS設備。在性能方面，研發(fā)人員需要選擇具備高效、穩(wěn)定和可靠等特性的UPS設備；在可靠性方面，研發(fā)人員需要選擇具有容錯、冗余和自動切換等特性的UPS設備。

（二）閥控式鉛酸蓄電池

閥控式鉛酸蓄電池具有體積小、質量輕、性能穩(wěn)定、免維護等優(yōu)點，是UPS系統(tǒng)中應用最廣泛的后備電源。閥控式鉛酸蓄電池一般采用鉛酸蓄電池生產企業(yè)提供的專用鉛酸蓄電池作為后備電源，其額定容量和電池電壓一般在2～10V之間。在通信電源一體化建設中，研發(fā)人員需要根據通信電源系統(tǒng)的不同使用場景和需求，選擇合適規(guī)格的閥控式鉛酸蓄電池，并進行相應管理和維護工作。對于通信電源系統(tǒng)中的備用電池，研發(fā)人員通常采用閥控式密封鉛酸蓄電池。因此，在通信電源一體化建設中，研發(fā)人員需要綜合考慮電池成本以及管理和維護成本等因素，合理選擇閥控式密封鉛酸蓄電池。

（三）直流電源模塊的保護技術

通信電源模塊通常是通過兩路電源分別輸出220V的交流電，為了保障設備的安全和穩(wěn)定運行，該模塊需要在直流輸出端設置交流旁路開關。當交流旁路開關斷開時，交流輸出端的交流電不會流入直流，直流輸出端仍然可以提供負載所需要的電能；當交流旁路開關閉合時，直流輸出端就會有充足的電能供給負載使用[5]。

當直流電源模塊發(fā)生故障時，負載電路中的無功功率將會大幅增加，使得浪涌電壓或沖擊電流增大，嚴重影響負載的正常工作。為了解決這一問題，直流電源模塊應具備過壓保護、過流保護、短路保護等功能。

（四）通信電源監(jiān)控技術

在通信電源一體化建設中，企業(yè)需要通過智能化的監(jiān)控系統(tǒng)來實現對通信電源的監(jiān)控、維護和管理。為了提高監(jiān)控系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性，研發(fā)人員需要選擇高可靠性、高穩(wěn)定性和高可用性的通信電源設備，并制定科學合理的監(jiān)控策略。

四、通信電源一體化及關鍵技術發(fā)展前景

通信電源一體化的核心技術是高頻開關電源技術和高頻開關電源數字化技術。隨著電力電子技術的快速發(fā)展，高頻開關電源性得到了極大地提高，并且在通信電源領域已經得到了廣泛應用。在通信電源一體化建設中，采用高頻開關電源具有很多優(yōu)勢，例如提高系統(tǒng)的功率密度和轉換效率、降低系統(tǒng)成本等。此外，通信電源一體化建設中采用高頻開關電源還可以減少蓄電池容量的投入，從而降低建設成本[6]。

隨著通信電源一體化建設的不斷推進，通信電源一體化關鍵技術也將得到進一步完善和發(fā)展。高頻開關電源技術將會更加成熟，并且將在通信電源設備中得到廣泛應用；高頻開關電池技術將會進一步提高，并逐步實現與智能化監(jiān)控系統(tǒng)相融合；通信電源數字化技術將會更加成熟，通信供電容量更大、效率更高、安全性更強。

五、結束語

總之，通信電源一體化在現代通信系統(tǒng)中具有巨大的潛力和市場前景。通過不斷研究和創(chuàng)新關鍵技術以及解決實際應用中的問題，通信電源一體化將更好地服務于通信行業(yè)，提升我國通信技術水平。在未來，通信電源一體化將繼續(xù)成為通信領域關注的焦點，為推動我國通信事業(yè)的發(fā)展貢獻力量。

作者單位：劉斌 山西信息規(guī)劃設計院有限公司

參考文獻

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