上海移动通信电源系统节能减排方案简介

上海移动通信有限公司 黄 赟

0 前言：

2010年，国务院国有资产监督管理委员会正式公布并实施了《中央企业节能减排监督管理暂行办法》（国资委令23号），中国移动由节能减排“一般类”企业调整为“关注类”企业。通信电源系统作为电信企业能耗大户，上海移动主管部门开拓创新，挖掘通信电源系统节能潜力，积极参与节能减排行动。

1 通信电源直流系统：

上海移动原有基站直流系统，其工作原理为：三相交流电输入首先进行防雷处理和EMI滤波（Electro Magnetic Interference电磁干扰）,然后经整流转换成高压直流电-48V，再通过PMW（Pulse Width Modulation全桥脉宽调制）电路逆变为高频交流电,经高频变压器隔离降压后通过高频整流滤波成为直流电，最后经电磁干扰电源滤波和防反接保护输出。然而现有开关电源整流模块平均工作效率为90%，电能损失在交直流转换过程中，详见图1。

如果采用先进高效的直流模块，将开关电源的整流效率从90%提高至96%；其采用先进的整流技术及电路控制系统主要体现在：1）高可靠 设 计 DSP（Digital Signal Processing数字信号处理）控制；2）高转换效率拓朴电路，宽负载范围内实现软开关技术，在20%～100%负载率范围模块效率高达95%以上；3）采用智能数字化电路控制的 PFC（Power Factor Correction功率因数校正）技术，功率因数大于0.99，交流输入电流谐波失真低小于5%。

采用先进高效的直流模块的实质是将新型器件和新材料应用到通信电源硬件开发中，将先进的拓朴电路运用到通信电源整流模块系统设计中。例如：碳化硅(SiC)器件和新型磁性材料(如非晶材料)等已逐步应用到整流模块中；交流输入侧交流转直流 （AC/DC）电路中的 PFC（Power Factor Correction功率因数校正）电路可以采用无整流桥的拓朴电路结构，与传统采用全桥整流桥的电路相比，主电路回路中减少了通过功率器件的数量，从而减少了功率器件的损耗，提高了电路的工作效率；采用新的直流转直流（DC/DC）拓朴电路，在输出宽负载率范围内直流转直流（DC/DC）电路中的开关器件以及输出侧整流电路实现软开关，开关损耗很小，效率提高，从而开关频率也可以得到提高，体积减少，功率密度提高。上世纪90年代诞生了同步整流技术，之前主要应用在低电压输出的开关电源中，现在可以把这一技术应用到-48V通信用电源系统中，即在直流转直流（DC/DC）电路中的二次侧整流电路采用同步整流技术，则整流模块的效率在现有的基础上可以提高1%～2%。

通过采用新元件、新材料及新技术，使通信电源整流模块的效率大大地提高，在20%至100%的负载率范围内其效率达到95%以上，在宽负载率范围内做到高效率，在50%负载率左右时其效率超过96%。

移动公司在上海市区建设规划及预期效果：通过分步替换现有直流系统模块，预计2015年基本在2500个基站实现高效能整流器全面推广，总计可节约电能312.5万kWh（见表1）。

2 UPS (Uninterruptible Power System不间断电源)供电系统

上海移动原有UPS供电系统故障率高。UPS供电系统工作原理图详见图2。 在空载或轻载时，系统效率低，电能浪费严重，主要表现在：

表1 5年预计建设进度和节能效果

1）机房楼配套建设制约大容量UPS建设，其投资大，工期长，直接影响到通信数据业务快速发展；

2）UPS冗余系统整体利用率低，影响了通信数据业务利润。常见双机冗余UPS供电系统负荷率＜35%；

3）UPS供电系统应急保障和可维护性差，在线扩容困难，割接难度大，同时安全性不高，两级变换导致了故障率高；

4）UPS供电系统扩容难度大，UPS供电系统并机的基本条件是等幅、同频、同相，UPS逻辑控制系统复杂，且UPS供电系统并机运行存在环流控制等问题，在投入、切出时间点上易出现系统故障。

如果采用先进高压直流供电系统，其基于240V或350V高压的开关电源系统代替UPS供电系统。其供电效率明显提高，节电率约为20%-40%，同时可降低线路损耗，节约电缆等材料。其优点为：

1）电能的节省

（1）高压直流供电系统相比UPS供电系统，减少了两级变换（见图3）；

（2）整流模块休眠技术，使开关电源工作于最佳功率区间，而UPS的整流器、逆变器无法休眠，长期低荷载率运行。

2）经济效益和社会效益

（1）经济效益，高压直流供电系统具有设备初期投资少、可靠性高、维护方便、可安全扩容、运行维护费用较低的特点。高压直流供电系统对于通信精密电子设备干扰小，具有良好的电磁兼容性，有利于系统的稳定、安全运行。参照《高压直流在数据机房的应用》一文，270V高压直流供电较1+1冗余UPS供电，实现15.9%的节能率，同时，1+1冗余UPS供电系统单位功率投资成本是高压直流供电系统的1.87倍。以新建500m2DC（Data Centre数据中心）机房配置2套4台120kVA UPS供电系统为例，电源配套投资可节约140万元/机房。

表2 5年预计建设进度和节能效果

（2）社会效益，直流系统全面的电池管理功能使蓄电池使用寿命相对UPS后备形式的电池延长（UPS约5年，直流系统约8年），助力企业绿色行动计划，实现数据机房耗电大户的运行节能降耗。

移动公司在上海市区建设规划及预期效果：新建局房推荐采用高压直流供电系统,计划2011年、2013年、2015年各有一个局房采用高压直流供电系统，预计2015年基本在4个局站实现高压直流供电系统应用启动，总共可节约电能277.2万 kWh（见表 2）。

3 小结：

2011年节能减排的任务将更加艰巨。其中通信电源系统积极相应集团公司和上级部门差异化节能减排号召，在直流系统和UPS供电系统充分运行新技术、开拓新思路，切实通过“绿色行动计划”，努力实现节能降耗目标。

[1]YDB037-2009通信用240V直流供电系统技术要求

[2]上海移动计划部12-5发展规划

[3]IDC机房供电体制的研究

[4]大型IDC机房UPS电源系统配置方法与安全性

[5]关于IDC机房交直流供电体制的分析

[6]组合开关电源技术规范