基于多能源融合技术的通信电源能效优化研究

2024-04-07娄占东

通信电源技术 2024年2期

娄占东

（唐山港科技发展有限公司，河北唐山 063611）

0 引言

随着信息时代的飞速发展，通信技术作为支撑现代社会运转的重要基础，其稳定性和高效性受到广泛关注[1]。通信电源作为通信系统的心脏，其能效表现直接影响着整个通信网络的运行成本和效率。尤其在全球能源紧缺和环境保护意识日益增强的背景下，如何优化通信电源能效，降低能源消耗，成为科研人员迫切需要解决的问题。

1 通信电源能效应用存在的技术缺陷

1.1 电源设备老化问题

通信电源设备在长时间运行过程中，由于环境因素、负载波动、温度变化等影响，会出现老化现象，从而导致设备的性能下降、故障率增加。现有的电源管理缺乏对设备老化的预警机制，无法实时监测设备的运行状态，难以提前发现并解决潜在的老化问题[2]。此外，对于已经老化的设备，缺乏有效的替换和升级策略，导致设备过快地进入报废阶段，增加了维护成本和能源消耗。

1.2 缺乏智能化管理

通信电源的能效不仅取决于设备的性能，还与运行环境和运行策略密切相关。例如，负载的分布、温度的控制、供电策略的调整等，都会影响电源的能耗。目前许多通信电源系统仍采用传统的手动管理模式，无法根据运行环境进行智能化调整。由于缺乏智能化管理，电源的运行状态与能耗情况的数据收集存在局限性，无法为能效优化提供数据支持。

1.3 未及时发现并解决电源能效问题

由于无法及时发现通信电源在运行过程中出现的能效问题，且获取电源设备的真实工作负载情况、能耗统计数据或电源转换效率等信息需要额外的传感器、监控设备或系统集成，缺乏有效的数据采集和处理手段，从而产生能效问题，对电网造成污染。此外，通信电源在运行过程中会产生谐波，谐波会导致电网电压波形畸变，增加电网损耗，降低电网质量，从而对通信设备造成不良影响。

2 通信电源等效多能源融合优化策略

2.1 多能源融合供电，自适应能源管理

利用多能源融合技术，将不同类型的能源进行组合供电[3]。当主电源设备老化导致能效降低时，可以自动切换至其他备用能源，确保通信设备的稳定供电。多能源融合技术组合供电使用情况如表1 所示。

表1 多能源融合技术组合供电使用情况

由于主电源设备老化，导致能效降低，无法满足通信设备的稳定供电需求。因此，系统自动切换至备用电源设备1，其供电能力为50 kW，能效比为0.85。同时，太阳能发电和风能发电作为辅助能源，分别提供20 kW 和15 kW 的供电能力。通过应用多能源融合技术，系统可以根据不同能源的供电能力和能效比进行智能调度，确保通信设备的稳定供电。当主电源设备恢复正常或备用电源设备发生老化时，系统会重新评估并调整能源组合，以维持最优的能效。

文章利用智能化管理系统监测电源设备的老化情况，并结合多能源融合技术，通过互享数据和分析算法，使中心侧和现场侧能够更为紧密地协同工作。中心侧可以及时获取现场侧的数据，并准确评估设备状态，为现场运维提供及时、有效的技术支持。而现场侧可以借助中心侧的算法和分析能力，提升自身的数据分析水平，更好地理解和应对设备可能出现的问题。

2.2 智能化监控与调度，集成化管理平台

为实现对通信电源的实时监控与调度，需要深入分析收集的数据，识别电源的运行模式、能耗趋势和潜在问题。智能化管理系统采用了多能源融合技术，将太阳能、风能等可再生能源与传统的市电能源相结合，实现对通信电源设备的远程监控、故障诊断和能效评估[4]。当发现系统供电异常时，多能源融合技术会将不同类型的能源（如市电、太阳能、风能等）进行整合，实现能源的互补和优化利用，利用可再生能源降低系统对市电的依赖度。多能源融合技术还可以提供更加灵活的供电方式和备份能源，确保通信设备的正常运行。该技术通过实时监测设备的运行状态和能耗情况，使系统能够及时发现潜在的故障和能效问题，并提供相应的解决方案。智能化管理系统远程监控情况如表2 所示。

表2 智能化管理系统远程监控情况

多能源融合技术通过融合多种可再生能源与市电，实现能源之间的互补与优化利用，提供更为灵活的供电方式与备份能力，确保通信电源设备的正常运行。例如，当市电出现故障时，可再生能源可作为备用能源提供电力。此外，多能源融合技术可降低系统对市电的依赖度，从而减少电费支出。由于可再生能源具有波动性和不稳定性，如果单独使用可再生能源，可能会对通信电源设备的正常运行造成影响。而利用多能源融合技术将可再生能源与市电进行融合，可以实现对可再生能源的平滑处理，降低其对通信电源设备的影响，从而提高设备运行的可靠性和安全性。

2.3 多能源协同治理，谐波抑制技术优化

文章利用多能源融合技术，将清洁能源（如太阳能、风能等）与传统电源进行协同供电。清洁能源具有较低的谐波含量，可以有效减少谐波对电网的污染[5]。在多能源融合系统中引入谐波抑制技术，如谐波滤波器、有源滤波器等，可以对谐波进行实时监测和治理，从而降低谐波对电网和通信设备的不良影响。抑制谐波的多能源融合系统综合评价指标的计算公式为

式中：HPI为综合评价指标，用于衡量多能源融合系统抑制谐波效果；α为权重系数；T为技术进步率；β为环境友好性；P为可再生能源占比；Y为经济效益。在设计和优化多能源融合系统的过程中，研究人员可以通过调整权重系数的大小，根据实际需求和优先级来平衡对谐波抑制效果、功率损耗率、谐波抑制程度的关注程度。应用综合评价指标有助于在多个目标之间取得平衡，最大限度地减少谐波对电网和通信设备造成的不良影响。在微电网中，多能源融合技术的主要作用是储存由新能源产生的电能，并根据微电网的运行情况对新能源进行削峰、抑制波动。多能源融合技术在谐波抑制和通信电源能效优化方面的效果如表3 所示。

表3 多能源融合技术在谐波抑制和通信电源能效优化方面的效果

由表3 可知：多能源融合技术与有源滤波器结合使用时综合评价指标最高，达到了0.977；多能源融合技术与谐波滤波器结合使用时综合评价指标为0.834；单独使用谐波滤波器的综合评价指标为0.686；单独使用有源滤波器的综合评价指标为0.466。在总谐波失真率方面，多能源融合技术与有源滤波器的组合最低，为39.7%，远低于其他配置。在功率损耗率方面，多能源融合技术与有源滤波器的结合也达到了最低值，为2.15%，表明该方法的能效优化效果最好。在谐波抑制度方面，多能源融合技术与有源滤波器的谐波抑制度达到6.99%，多能源融合技术与谐波滤波器的谐波抑制度为5.52%，有源滤波器的谐波抑制度为2.16%，而谐波滤波器的谐波抑制度为1.34%。

因此，多能源融合技术在谐波抑制和通信电源能效优化方面展现出显著优势，特别是在结合有源滤波器的情况下，该技术能够实现更高的谐波抑制度和更低的功率损耗率。这为通信电源系统的优化提供了新的思路。同时，基于多能源融合技术的通信电源能效优化策略在降低谐波失真、减少功率损耗和提高谐波抑制度方面有显著效果，能够进一步提高通信能源系统的稳定性。