通信电源在电力系统中的应用

张勤虎

（62626部队，甘肃 兰州 732750）

0 引 言

随着我国经济的快速稳定发展，通信行业在不断地升级换代，通信网络的覆盖率获得了巨大提高，通信传递的各种功能也在不断提升和完善。2G到5G的网络升级换代已经成为了人们生活中的重要组成部分，而电力作为通信行业中的重要一环，其使用的意义非常重大。电力是通信电源设备顺畅运行的关键，如何保证其在通信各级设备中的顺畅运行是各级人员需要重视的重要内容。

电源通信主要使用的设备是搭载程控交换机、微波通信、光纤通信以及电力载波通信等搭载电力的直流电源。随着我国技术的不断升级换代，电源设备旧接口导致的事故问题已经大大减少，而新接口和新功能产生的问题更复杂且难度更大。这些问题不但存在人为的因素，也有新设备的的因素，甚至有些是运行兼容性的问题，因此在各种不同设备电源供电的方案上进行更灵活地调整与切换，确保电源的保障功能非常重要。本文就电力电源主要存在的问题进行一些探讨和分析。

1 通信网络电源的现状及其未来发展的趋势

通信电源作为通信系统的一个重要组成部分，虽然在整个行业所占的份额较小，但它却是整个通信系统的重要基础设施，也是通信网中一个不可或缺的专业组成部分[1]。近年来，我国的科技水平日益提高，通信电源的系统可靠性和安全稳定性都得到极大提高，使得在该应用方面取得的成就也越来越大[2]。

通信电源是为电力通信系统提供优质、高效、安全以及稳定的能源输出设备，因此在其今后的开发研究道路中将会将创造优质、安全、高性能的能源设备作为重要目标[3]。当今正处于互联网飞速发展的时代，计算机和网络通信等技术的普遍发展和运用也为通信行业的发展带来重大契机。电力系统作为通信行业的保障，也会随着时代的需求而不断升级换代。

2 通信网络电源中常见开关电源分析

通信网络中的电源采用多种方式进行供电工作，常见的电源供应由直流电供电系统、交流电供电系统、接地系统以及各种电源使用监控系统组成[4]。电力系统主要应用的通信电源根据应用场景的不同会采用不同的电源方式，如高频电源、变电一体转化电源、线性直流电源以及相位控制电源等。而由于在通信使用过程中电源使用较为频繁，因此采用一种能够具备反复使用、高频功能以及智能化等特性的电源模式能够让网络通信电力系统更好地运行。其中最常见的两种电源模式为高频开关电源和变电一体化电源，下文将着重介绍这两种电源的特性[5]。

2.1 高频开关电源

高频开关电源是一种使用高频化电能转换装置，主要是通过一个位准的电压将各种形状的架构转换为用户端需要的电压或者电流。其主要开关的频率为50～100 kHz，具有一定的高效性和稳定性[6]。

高频开关电源主要由主电路、控制电路、检测电路以及辅助电源灯4大部分组成。其中，主电路主要是通过滤波器、整流功能以及滤波功能等将高频电路转换成为较低频率的直流电路，其能够提供稳定可靠的电源。控制电路是保证稳定输出的重要设备，其通过逆变器改变整个高频的频率或者脉宽等，将经过的电流转换成为稳定的输出功率，并且在转换过程中提供各种保护性的功能。检测电路主要是通过保护参数进行数据和仪表灯信息的显示。而辅助电源是提供各种电源所需的辅助帮助设备[7]。

高频开关电源的稳压原理主要是通过主电路过滤电网中存在的各种杂波，并通过反复降滤波的方式将电网中的交流电直接整流为较为平稳、安全的直接电，以便后期进行更多的变换。通过整流后的直流电再次转变为高频交流电，如果连接的设备需要更多不同的频率或者带宽输出，则可以通过控制电路来进行逆变器的转换，最终根据整体网络负载实现稳定可靠的直流电源，实现对网络的保护和控制。高频开关整流模块主电路原理电路如图1所示。

图1 高频开关整流模块主电路原理电路图

高频开关电源一般使用通信网络的场景在于需要直流供应电路的设备。这类设备一般由国内外进口的精密仪器所组成，需要提供稳定和安全的直流电，加上需要附带着各种远控装置，遇到危险时具有预警和自动保护功能。该类设备采用直流电供应，节省了传统整流器不断调压和主变电器的损耗，能够直接节约能源在35%以上，从而大大提升了整个设备的使用成本和寿命[8]。

2.2 变电一体化电源

变电一体化电源是多种电源方案结合在一起而形成的，主要包括直流电源、交流电源以及逆变电源等。通过一定的规则实现了统一管理和控制、完整监控后集中输出的电力方案。

变电一体化主要原理是利用现有电力系统电源的方案，结合现场电源设备的需求进行组合分析，最终找到一种实现电源管理控制的方案。该方案包含了直流配电电源、通信电源以及交流不间断电源等多种供电方案。其中，直接配电电源主要是将各个内部电源进行相应协调，按照通信所需要的供电模式直接进行转换，这里包含了原先交流电源和直流电源等的转换。直流配电模块原理如图2所示。通信电源主要使用直流操作电源转换后的电流，如果在使用中通信系统发生故障，交流电无法直供给通信设备使用，那么此时交流不间断电源（Uninterruptible Power System，UPS）将直接补充电力需求[9]。

图2 直流配电模块原理框图

变电一体化的应用场景非常广泛，但由于通信网络的位置和管理方式非常复杂，因此要有针对性地进行使用，需要有专门人员设计并进行搭配处理。例如，针对山区、山地的通信网络需要考虑到输送电流不变的情况，UPS需要搭配较大存储容量的电力系统，以便在出现故障，发生断电等事故时，设备依然能够正常工作，也保证这些区域的手机信号和网络信号能够正常使用。

3 电力通信电源存在的问题分析

通信电源在实际的应用场景中经常会存在着不少的问题，且这些问题对通信网络的影响较大，甚至有可能导致整个网络或部分区域的通信网络中断、无法运行等。下文将根据常见的情况分别举出5个方面的问题进行分析。

3.1 蓄电池提供电力不足的问题

蓄电池在通信网络中是经常使用的网络电源设备之一，这不仅是因为其能够在断电时提供一定时间的电力，而且使用过程中还能够在电力系统发生波动时（电压、电流不稳定时）提供稳压的功能[10]。但是蓄电池的使用也存在着一些致命的情况，在高温、高压的环境下工作容易缩短其寿命，而且在一定高温下，电池溶液容易达到燃点而燃烧从而损坏设备和仪器。

3.2 电源系统参数不稳定

现实中，使用设备所设置的系统参数往往随着区域的不同也各有不同。在电力较为稳定的区域电源系统参数的设置就较简易，而电力不稳定区域电源系统参数的设置就较为复杂，预警机制也更精确。这导致了各个区域电源系统参数的不一致，使得电源的管理非常复杂，难以控制，也间接影响了通信网络供电系统的稳定和安全。

3.3 通信设备经常超负荷工作

由于城市的人口不断增加，一些重点时段和重点区域的人口聚集区域也很难控制具体的流量，导致了通信网络不得不经常在某些时间节点上超负荷、超时段工作。而通信网络的超负荷运行很容易让网络中的相关设备产生巨大的损耗，从而牺牲寿命。

3.4 维护不及时导致设备的问题

通信设备比不上其他的硬件设备，其需要维持长期的稳定、安全运行，这个过程中需要运维人员经常对设备进行检修和维护，否则一旦出现故障将会导致无法正常使用。

3.5 蓄电池的稳定性问题

长期以来，蓄电池作为一种电力的临时设备，长期的充放电很容易造成蓄电池的亏电，而维修不及时很容易造成设备的故障。

4 解决对策

在通信电源使用过程中，通信电源的控制和稳定性单纯使用人员进行管控的话很容易出现各种隐患问题，因此增加智能化的设备管理工具，并在电力系统中采用稳压、稳流设备，进一步提升控制系统的稳定性。

4.1 重视环境差异

常用的高频开关对于温度的需求并不大，一般在-5～40 ℃可以正常运行，但对于尘土有着严格的要求，运行设备的室内要求是干净整洁，无尘或者少尘状态，并保持干燥。主要是因为空气湿度和尘土很容易产生静电，从而造成主板受到静电伤害。蓄电池是常用的稳定设备，其对于环境中的温度有着严格的需求，正常使用的温度一般在15～30 ℃。温度太低会造成电池蓄电容量减低，影响电力供应，而温度太高则会影响电池寿命的长短。此外，由于蓄电池本身已经处于密封状态，因此几乎可以忽略由环境中灰尘和湿度造成的影响。

4.2 不能随意添加大功率设备

不少通信网络设备在进行变电一体化设计的过程中已经核算清楚整个网络能够支持的最大功率。因此在机房的管理和使用过程中，不能随意添加或者更换已经满负荷运行的设备，否则很容易使整个线路功率过高，从而导致整体设备运行出现故障，甚至有可能损坏机器设备。

4.3 电源的状态符合输入输出要求

设备整个使用过程中对于电源的要求都很严格，不能经常性出现高压或者低压的状态，否则会直接影响到设备的输出功率。特别是一些大功率的电力控制设备，一旦出现电压或者电流不稳定的情况，则直接会出现功率不稳定的情况，影响到接收信号的稳定性，为此会在设备电源处增加稳压、稳流设备。

4.4 加装断联电路和电池容量保护电路

变电一体化设备在设计过程中往往会存在局限性，设计人员经常会遗漏电池的深度放电问题，因此需要加装断联电路和电池容量保护电路，提升电池的使用率。

4.5 及时检修和维护蓄电池

蓄电池是通信网络中临时保障网络顺畅重要设备之一，其在电力供应系统中有着重要的意义。由于蓄电池在使用过程中一般都处于放电和充电的运行过程中，这很容易造成电池正负两极出现大量的热量，导致两极极板过热而膨胀变形。热量积蓄过大时，可能会导致电池故障甚至燃烧。因此在使用一定时间后要及时对蓄电池进行检修和维护，保证其稳定运行。

5 结 论

通信电源是整个电力系统的核心，既需要高强度的繁忙工作，又需要有很强的稳定性和安全性，以保证其能够顺畅高效地工作。但在现实生活中，通信电源经常由于各种事故的发生而被迫停止，这导致通信设备无法正常工作而中断连接，严重时甚至导致整个通信系统出现大面积的瘫痪和崩溃。因为这类事故的产生将会给企业和个人造成非常严重的经济利益损失，所以保护通信电源有着非常重要的意义。随着我国经济生活的飞速发展，人们对于通信质量的要求也越来越高，因此有必要加强对于通信电源的研发和升级换代。