通信电源系统节能技术

刘海玲

（河南省通信建设监理有限公司，河南 郑州 450008）

0 引 言

通信系统在社会生产生活中承担信息传输媒介的作用。随着节能环保理念的深入，通信系统能耗问题得到越来越多的关注。电源系统为通信系统的主要耗能元件，包括直流和交流两种形式。通信系统对电能供应稳定性要求极高，因此其电源系统的节能优化需精细开展，不断总结通信电源系统的常用节能技术。

1 通信电源系统耗能特点

1.1 电源系统耗能

通信机房中的电源系统需安装电源转换装置，若装置本身转换效率低，必然会出现发热过多、能耗增加的问题。近年来，转换装置在通信电源系统中得到普遍应用，现有转换设备型号非常复杂。有数据显示，不同型号电源转换装置的电能转换效率多集中在80%～95%，各厂家、品牌转换设备的转换效率差异明显。若通信机房设计过程中选用的转换装置性能不佳且被大量应用，则会导致机房运行过程中电源系统能耗显著上升，进而给空调系统带来更大的运行压力，进一步导致能耗上升。

1.2 通信设备耗能

通信设备高耗现象主要是由于设备与电源转换器间匹配性不够导致的，会使电路电阻上升，导致通信设备运行产生无用消耗。通信设备的主要耗能单元为信息转化芯片，其耗能表现为明显的连锁特点[1]。例如，当转换芯片能耗水平降低时，对应的电源转换装置、UPS电源、配电系统、空调系统及变压设备能耗均会发生不同程度的降低。

2 通信电源系统节能技术

2.1 通信电源系统设计中的节能技术

2.1.1 开关电源

开关电源高效模块休眠技术可对负载电流与系统模块间做对比分析，利用智能软开关技术调节运行中整流模块的数量，使负载以外的整流模块进入休眠状态，以降低通信电源系统无效电能损耗。直流电源设备安装对空间位置要求严格，一般将其设计在靠近负荷中心的位置。因此，在使用开关电源时，可将其安装在通信机房内，使其更加接近系统负荷中心，缩短线缆长度。开关电源在浮充状态下运行，产生的电流幅值非常有限，因此设备与直流配电屏间的线损也可被有效控制，达到降低系统耗能的目的。由于开关电源的整流模块使用热插拔方式，因此可降低后期维护难度。

例如，某局点通信电源系统由400 A/380 V的交流配电屏1架、整流架（2 000 A）2架、直流配电屏（2 500 A）2架、阀控铅酸蓄电池1500 Ah和整流模块（100 A）组成，其中蓄电池组数为2，整流模块数量为20。计算发现，该通信电源系统整流模块负载率在48.5%，电源系统理论效率在94%。电源系统稳定运行后，整流模块的负载率降低至14.3%，电源系统效率变为86%，降幅明显，说明该局点通信电源系统的运行效果存在较大的提升空间。因此，决定引入高效整流模块，利用智能整流模块休眠技术降低系统运行能耗损失，提高整个通信电源系统的运行效率。改造后，系统运行中整流模块的负载率提高到39.7%，相应的系统效率变为90%。方案执行后，记录该通信电源系统1年内的电能消耗情况，发现使用高效模块休眠技术后，每小时可较普效模块阶段节约电能89 W，日节电量2.136 kW·h。按系统年运行天数为350 d、电费为1元/kW·h计算，每年可节约电费747.6元，节能效果显著。

2.1.2 阀控铅酸蓄电池

现阶段，通信电源系统中的阀控铅酸蓄电池常被安装在电池架上。安装过程需考虑楼板的荷载能力，通常情况下不应低于16 kN/m2。安装位置的选择应为蓄电池后期维修、更换提供足够的空间，且应与墙体保持800 mm的间距，避免影响各设备单元散热而引发能耗上升的问题。

2.1.3 高压直流供电

常规通信系统多安装UPS电源，以保证系统供电持续、稳定。相较于高压直流供电系统，UPS电源在运行中涉及直流、交流转换过程，因此在电源系统运行效率方面略逊于高压直流供电。使用高压直流供电取代传统UPS电源，可降低通信电源系统能耗。

2.1.4 优化布线方式

通信机房规划设计中，应综合考虑机房所在位置的电源、水源、冷源等是否能满足机房正常运行的需求，通过合理选址，借助自然条件，改善机房内的能量流通，进而降低能源消耗。因此，设计过程中一般选用高温隔热性能优良的材料制作机房墙板，并选用节能型门窗。机房系统建设中使用大量导线材料，导线距离与其线损等级密切相关。因此，通信电源系统节能设计还应重点关注机房内导线的优化布置，合理规划各类设备的安装位置，尽量缩短导线距离。若电源系统导线距离调整空间有限，可适当提高导线截面面积，降低系统耗能水平。

2.1.5 其他节能技术

除以上常见电源系统节能技术外，风扇智能调速技术和蓄电池恒温技术也能发挥一定的节能作用，可结合通信电源系统特点及机房节能需求，将不同节能技术结合应用。

风扇智能调速技术。风扇智能调速在系统中安装温度传感器，采集运行环境温度信息，对比机房最佳环境温度的要求，对风扇系统运行方案做适当调整。例如，改变风扇供电电压，调节其转速，降低系统耗能。风扇智能调速技术的节能效果在50%～70%，且目前在通信电源系统中的应用度不高，发展空间较大。

蓄电池恒温技术。该技术将蓄电池独立安装，配备单独的温控系统，通过电源运行温度的提升来降低通信机房能耗[3]。一般而言，蓄电池的最佳运行温度在15～25 ℃。

2.2 通信电源系统空调中的节能技术

2.2.1 机房新风系统

空调为通信电源系统的主要耗能单元之一。为提高空调运行效率，可在机房内引入新风节能技术。该技术结合通信机房环境特点和电源系统运行特点，将通风、控制、气流组织等系统相整合形成机房新风系统，充分利用自然冷源降低空调系统运行能耗。新风系统包括自然通风新风系统和热交换新风系统两类。其中，自然通风新风系统在室外环境温度较低时，直接将外部冷空气引入机房内部进行降温，以减少对常规空调系统的制冷需求。当室外温度较高时，再启动空调系统。自然通风新风系统由新风机组、排风机组、控制器以及加湿器等结构组成。由于直接引入外部冷源，机房内环境易受到外部因素的影响。热交换新风系统使用隔绝换热的方式，可有效解决自然通风新风系统的不足，其引入室外空气并进行显热交换处理，以满足机房对温湿度的要求。在该新风系统内，外部冷源与机房内部空间被阻隔，可避免机房环境受不稳定环境因素的影响，同时又能充分利用自然冷源，降低通信电源系统能耗。因此，建议选用隔绝换热新风系统。

2.2.2 双循环节能空调

除以上技术方案，还可安装先进的空调设备。例如，某通信机房引进双循环节能空调设备，以找到一种效果更稳定、能耗水平更低的制冷方式。该机房选用SDC2型号双循环节能空调。在72 d的试运行统计中，该空调系统的总制冷量达到35 kW。若采用混合制冷模式，可较之前的空调系统节能35.6%；若采用完全节能泵模式，节能率高达45.4%。与市面上常见精密空调相对比，以上两种模式下的节能效果分别达到49.3%和55.2%，节能优势明显[4]。相关企业可根据实际需求，选择引进双循环节能空调设备。

2.3 通信电源节能评估中的节能技术

强化通信电源系统节能效果评估，能够及时了解通信机房的能源消耗状态，分析当前节能技术的应用是否存在问题和不足，并通过电源系统运行能耗数据的动态化分析，找出更具潜力的节能环节，以给出更加高效、适用的节能技术方案。部分通信企业的用电过程使用总电表进行监控，确保对通信机房用电情况的单独统计，导致通信电源系统的运行能耗水平并不被有效掌握，并引发节能优化工作无从下手的问题。鉴于以上问题，建议相关企业为通信机房设置单独的能耗监控设备，配合信息化监管手段，实时采集机房内各用电单元的能耗情况。通过能耗趋势变化，了解存在较大节能空间的设备或环节。同时，通过对比分析，评估现行节能技术的应用成效，结合评价结果做适当调整。

在节能评估方式的选择上，各通信机房运行内外部环境差异明显，因此应差异化进行节能评估方案设计。目前，较常用的节能评估方法为IPMEP。该评估模型将通信电源系统相关参数带入计算公式，依照统一的评价标准，可准确核算通信机房用电情况。总之，通信电源系统能耗除适当使用前文介绍的节能技术外，还应同时做好节能效果评估工作，以形成完善的通信电源系统节能设计反馈回路，最大限度提高各项节能技术的节能效果。

3 结 论

通信电源系统耗能主要发生在电源系统、通信设备及空调系统。在对系统进行节能改造时，节能技术的应用应覆盖通信电源系统的设计及运维管理阶段，灵活选用电源开关、前置端子蓄电池、高压直流供电技术，优化系统布线方式，配合电源系统谐波治理、变压器节能运行、变压器负载分配、空调系统节能设计等措施，降低通信电源系统运行能耗，提高通信机房综合效益。