通信电源领域技术发展趋势与标准研究

熊兰英

（CCSA通信电源与通信局站工作环境技术委员会（TC4）主席）

1 技术发展趋势

信息业的迅猛发展以及通信网络的演进和新技术的不断应用，尤其是高功率密度设备的大量应用，使得如何“建设又节约又安全的通信供电系统和满足通信机房环境条件要求”的通信机房，成为各大通信运营企业关注的焦点，也给电源市场带来了巨大的机会和挑战，同时对电源专业提出了一些新的需求。例如：多种物理设备放在一起，有电磁兼容需求、机房面积与承重要求；网络设备种类变多，使电源负载变大，负载种类变多，对电源效率和种类提出要求；机房和基站数目增多，对电源的可靠性和易维护性提出了诸如无人值守等更高要求。此外，电源工作环境的差异对电源的应用环境也提出了新的需求，如更强的电网适应能力、环境适应能力等，户外电源就是这种需求的典型代表。电源是整个信息网络的动力心脏，新的网络需要更可靠的电源。

随着运营商的全球化趋势，电源设备也需要满足全球不同市场对产品的特殊要求。目前，全球通信电源技术发展大体呈现以下几大趋势：

1.1 高效率、高功率密度，松宽的使用环境温度

——运营商的设备不断增多、用电量加剧、机房面积紧张等因素客观存在，对电源产品提出了高效率、高功率密度、更宽松的使用环境温度要求。

——新型高性能器件的不断涌现，例如：绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、功率场效应晶体管（MOSFET）、智能IGBT功率模块（IPM）、MOS栅控晶闸管（MCT）、静电感应晶体管（SIT）、超快恢复二极管、无感电容器、无感电阻器、新型磁材料和变压器、EMI滤波器等，可以提高通信电源的开关频率，减少电源外形尺寸，提高电源的功率密度。

在通信电源中，开关技术是提高电源效率的一个重要技术。软开关技术、准谐振技术中具有代表性的是谐振变换、移相谐振、零开关PWM、零过渡PWM等电路拓扑。随着软开关拓扑理论研究的深入以及普及应用，大大减少了硬开关模式下功率器件在开通／关断过程中电压电流升降波形交叠产生的损耗和噪声，实现了零电压以及零电流开关，降低了损耗，提高了电源系统的效率。为了更好地适应环境，提高产品可靠性，220 Vac通信电源一般能够工作在120 Vac～290 Vac，环境适应能力也由传统的45℃提高到60℃，甚至75℃。

1.2 网络化智能化的监控管理

信息网络的日益发展，需要大量人力物力投入到设备管理维护方面。通信设施所处环境越来越复杂，人烟稀少、交通不便等因素都增大了维护难度，这对电源设备的监控管理提出了新的要求。集中分散式监控系统需要对系统中的状态量和控制量进行监控，还可以对电池进行全自动管理，也可以直接利用Internet上传控制数据，使维护人员通过Internet进行数据查询、控制等维护工作；利用友好的人机界面，使维护人员能够方便地得到需要的信息（如各种保护、告警和数据信息；维护计划、资产管理等）。

1.3 全数字化控制

数字化技术的发展逐步表现出了传统模拟技术无法实现的优势。比如采用全数字化控制技术，可以有效缩小电源体积，降低成本，大大提高设备的可靠性和对用户的适应性；整个电源的信号采样、处理、控制（包括电压电流环等）、通信等均采用DSP技术，可以获得优化的一致稳定的控制参数。还可以采用更加灵活的控制方式，在各种电压、温度下优化电源的输出，如降额保护、PFC数字控制谐波。利用DSP技术可以减少器件数量、提高模块指标与功率密度，消除模拟控制技术的期间离散性和温度漂移性，实现更简单稳定的通信和均流，同时也可以获得良好的EMC指标。采用数字化技术后，电源设备的智能化程度更高，也便于使用维护。

1.4 安全、防护、良好EMC指标

从设备运行的复杂环境考虑，电源设备须满足相关的安全、防护、防雷标准，才能保证电源的可靠运行。

——安全性是电源设备最重要的指标。通信用设备需要通过通信认证和检测部门依据行业标准进行的检测与认证，商用设备需要通过相关的安全认证，如：UL、CSA、VDE、CCC等。

——防雷设计是保证通信电源系统可靠运行的不可或缺的环节。对于通信设备而言，雷电过电压来源主要包括：感应过电压、雷电侵入波和反击过电压。在一般情况下，通信电源必须采取系统防护、概率防护和多级防护的防雷原则（采用三级防雷体系）。

——防潮、防盐雾和防霉菌设计为三防设计。工程上通常选用耐蚀材料，通过镀、涂或化学处理方法对电子设备的表面覆盖一层金属或非金属保护膜，使之与周围介质隔离，从而达到防护的目的（电路印刷板涂三防漆，结构上采用密封或半密封形式隔绝外部环境）。

——良好的EMC指标使不同的电子设备能工作在一起，同时使使用者的电磁环境更加洁净，避免电磁环境对使用者的伤害。一般满足标准有：“GB17625.1～11电磁兼容……”系列相关国家标准和“YD／T983－2013通信电源设备电磁兼容性限值及测量方法”行业标准等。

1.5 绿色环保

环保一方面意味着：电源的电流谐波要符合要求。降低电源的输入谐波，不但可以改善电源对电网的负载特性，减少给电网带来的污染，也可以减少对其他网络设备的谐波干扰。另一方面，电源设备、机房环境设备要采用新技术、新型环保材料并有效利用新能源。

2 标准研究

2.1 总体目标

通信电源与通信局站工作环境是通信网络的关键基础物理设施，对保障通信网络的畅通以及通信系统设备的安全供电和正常运行起着至关重要的作用。根据中国通信标准化协会（CCSA）标准化工作的总体目标和工作原则，通信电源与通信局站工作环境技术委员会（TC4）的总体目标是：围绕通信发展和通信网络安全运行的需要，持久地开展通信电源与局站环境领域的行业标准化工作，以创新引领、推动专业标准化的发展，加强专业沟通和交流，提升通信电源在业界的影响力，使得标准化工作可持续地支撑业务和网络发展，使标准成为科技创新转化为生产力的桥梁。

2.2 在研标准（工信部已下达计划项目）

——通信电源

2012B111直流ICT设备电源模块输入接口技术要求与试验方法；（CCSA研究课题）

2013－0965T－YD通信用48 V磷酸铁锂电池管理系统；

2013－0966T－YD通信用分布式电源系统－DPS

2013－0969T－YD通信用远供电源系统 第1部分：直流供电系统；

2013－2523T－YD 通信用240 V／336 V 直流供电系统性能及建设后评估方法；（工信部重点项目）

2013－2524T－YD通信用336 V开关型整流模块；（工信部重点项目）

2013－2525T－YD通信用336 V直流供电系统；

（工信部重点项目）

2013－2526T－YD通信用壁挂式电源系统；

2013－2527T－YD通信用低压并联型有源电力滤波器（修订 YD／T2323－2011）；

2013－2528T－YD通信用模块化不间断电源 （修订YD／T2165－2010）。

——机房环境

2012－1410T－YD通信机房用走线架及走线梯 ；

2012－2423T－YD通信机房动力与环境能效要求和评测方法；（工信部重点项目）

2012－2424T－YD模块化通信机房技术要求与试验方法；

2012－2426T－YD通信系统用室外机房 第1部分：固定独立式（修订 YD／T1624－2007）；

2012－2427T－YD第2部分：固定塔房一体式；

2012－2428T－YD第3部分：可拖运塔房一体式；2013－0968T－YD通信用热管—空调一体机；

2013－2519T－YD通信户外机房用安全门技术要求和检测方法；

2013－2520T－YD通信机房用接地铜排技术要求和检测方法；

2013－2521T－YD通信机房用馈线窗技术要求和检测方法；

2013－2522T－YD通信机房用蓄电池架技术要求和检测方法。

2.3 通过立项审查待下达计划的标准项目

——通信电源

通信用氢燃料电池供电系统（通过公示待国标委下达计划）；

通信供电系统及电源设备能效分级要求（国标项目）；

通信局（站）－48 V系统阀控式密封铅酸蓄电池在线测试方法；

通信用240 V／336 V直流配电单元；

通信用240 V直流供电系统应用及管理技术要求；通信用高频开关整流器（修订YD／T731－2008）；通信用不间断电源—UPS（修订 YD／T1095－2008）；

数据通信用电源系统（修订YD／T1818－2008）。

——机房环境

通信局站用温控设备能效分级要求（国标项目）；通信局（站）用相变蓄能设备；

通信设备用综合集装架（修订YD／T1819－2008）；

通信中心机房环境条件要求（修订YD／T1821－2008）。

3 当前通信电源与机房环境标准研究重点

各通信运营商正在大规模建设超大型数据中心（如：云计算基地、IDC机房），迫切需要解决供电和机房环境等技术难题，TC4对此给予密切关注。新型基础实施的建设需要“标准先行”，通过标准来指导基础实施的建设。同时要按照工业和信息化部“十二五”规划要求，在安全可靠用电基础上，体现节能降耗理念，结合国内外新技术的发展与应用趋势，以及国内外企业的研发、生产实际情况，并根据各大通信运营的需求开展标准化研究工作。

当前重点：通信机房动力和环境能效要求和评测方法、通信用240 V／336 V直流配电单元、通信用336 V直流供电系统和开关型整流模块、240 V／336 V直流供电系统运行后评估要求和应用及管理要求、通信用氢燃料电池供电系统、大容量铅酸蓄电池管理系统和在线运营质量检测方法等方面的标准化研究。

今后重点：将关注高压直流技术的应用；各种清洁能源的混合供电系统、动态无功补偿技术；各类新型储能技术；在通信局站工作环境方面将重点关注机房气流组织要求、机房内空气质量控制等。

4 参与国际电信联盟（ITU）标准化工作

近两年来，TC4在推动国际标准化工作方面取得突破，打破了零状态。比如：在国际电信联盟ITU－T SG5课题19的“供电系统”和ITU－T SG5课题17的“能效”研究制订中，中国标准化协会TC4通信机房环境工作组（WG2）副组长齐曙光担任了课题副报告人，代表CCSA将通信电源和通信机房环境相关行业标准尽力转化为国际标准，逐步提高了在国际同行的影响力。目前通信电源与机房环境方面参与编写的国际标准／建议书有：

——2011年向ITU－TSG5课题19递交4篇文稿：

（1）The specifications of 240Vdirect current power supply system for telecommunications（通信用240V直流供电系统特性）

（2）The specification of DC power feeding system interface（通信用直流供电系统接口特性）

（3）ICT equipments compatibility and IEC standards verification according to 240VDC power supply system（关于240V直流供电条件下ICT设备兼容性与IEC标准符合性）

（4）Insulation monitor of DC power supply system（直流供电系统绝缘监察）

——2012年向ITU－T SG5课题17和19共递交6篇文稿：

（1）Handbook＿infrastructure best practices（基础设施最佳实践）

（2）Energy efficiency measures and measurement for telecommunication infrastucture（通信基础设施能效测量方法）

（3）Proposal on L.spec DC voltage range（针对高压直流接口标准的电压范围建议）

（4）Proposal on content of L.architecture（针对高压直流供电系统结构标准的建议）

（5）Proposal on L.architecture developing form（针对高压直流供电系统结构标准的编写形式建议）

（6）Proposal on structure and contents of L.performance（针对高压直流供电系统性能及环境影响评估标准的建议）

2012年，国际电信联盟采纳了中国提交的240V直流供电技术，并在发布的ITU－T L.1200“Direct current power feeding interface up to 400Vat the input to telecommunication and ICT equipment”中明确：过渡期用更高电压直流供电系统电压范围为192 V－288V（标称电压：240V）。

——2013年向ITU－T SG5课题17和19共递交5篇文稿：

（1）New work item proposal on assessment of energy efficiency on infrastructure in data center（立项研究《数据中心基础设施能效评估方法》）

（2）The first draft of L.M＆M infra（通信基础设施能效测量方法标准初稿）

（3）Proposal on L.DC＿assessment（针对《数据中心基础设施能效评估方法》标准的建议）

（4）Proposal on L.M＆M infra（针对通信基础设施能效测量方法标准的建议）

（5）Proposal on L.architecture contents（针对高压直流供电系统结构标准的建议）

以上建议书共15篇，ITU已采纳并发布4篇，在研2篇，其他在建议中。其中，《针对高压直流接口标准的电压范围的建议》和《针对高压直流供电系统结构标准的建议》文稿获得了工业和信息化部科技司颁发的2012年度和2013年度优秀文稿奖。