节能减排背景下的通信电源设备能效提升研究

郭芮冰，夏晨阳

（中国矿业大学，江苏 徐州 221116）

0 引 言

我国提出可持续发展战略，加大了对节能技术的研究，促进了我国生态环境良好发展。为落实节能减排要求，实现节能降耗的目的，需要加强通信行业技术研究，不断提升通信电源设备能效。通信电源设备运行中需根据不同设备种类的具体情况，制定合理的节能减排措施，降低相应设备运行中的电能消耗量，提升设备运行效率。此外，需利用新能源技术应用，加强通信电源设备监督，保证相应设备运行可靠性、稳定性，才能实现通信电源设备节能减排目的。

1 通信电源设备节能减排的意义

1.1 降低能源损耗

加强节能减排技术研究，可以有效降低通信电源设备的能源损耗，落实节能减排目标，同时，能提升对通信电源设备的管控能力，充分保障设备的实际运行效果。在节能减排背景下，通信电源设备能效的提升中，还需合理运用相应节能技术，保证通信电源设备相应零部件的运行效率，确保电能传输的稳定性，不断优化通信电源设备电能转化效率，才能充分保障通信电源设备运行安全，降低能源损耗，落实节能减排目标。

1.2 提升设备效率

通信电源设备运行中，加强通信电源节能减排处理，可以有效增强不同设备之间的级联响应效果，强化对通信电源设备终端的管控力度，有效提升设备运行效率。在通信电源设备运行中，不同设备的运行模式不同，根据不同设备运行模式，采取不同的节能减排方式和力度，能够有效提升通信电源设备的实际工作水平，实现节能减排目的，充分保障通信电源设备运行效率。

1.3 减少热量散发

在节能减排背景下，采用先进的节能技术，可以有效提升通信电源设备能效，增强不同设备之间的联动效果，确保通信电源设备低能耗运行，进而有效减少通信电源设备运行所产生的热量，同时能带动空调能耗的降低。强化节能减排处理，可以有效减少通信电源设备热量散发，进一步保障通信电源整流模块的良好运行，提升通信电源设备能效。

2 通信电源设备种类

2.1 开关电源

开关电源是常见的通信电源设备，实际使用中开关电源具有系统效率高和可靠性强的特点。开关电源不仅能够保障通信设备中电能的正常供给，还能降低对电源结构中其他设备及零部件运行的影响。通信电源技术发展中逐渐加强了模块化设计应用，提升了通信设备每个模块区域电能的传输效果。

2.2 线性电源

随着通信电源设备的发展，线性电源相关技术的成熟度不断提升，且实际应用中也有着很高的稳定性，通过对线性电源的运用，能有效降低通信电源设备成本，降低通信电源设备运行中的噪声干扰问题。但从实际应用情况看，线性电源比开关电源的体积更大，电压输入也会受到相应通信电源设备电能传输及范围的影响，因此线性电源的发展存在一定的阻碍，具体应用中也很难充分发挥其应有的作用。

2.3 相控电源

在通信电源设备中，整流器件是相控电源的重要部分，输入交流电压会根据相应设备运行情况及连接的相控电源工频变压器对相应交流电压进行变压处理，充分保障相控电源运行的稳定性。但与开关电源、线性电源相比，相控电源的结构更加复杂，如果通信电源设备中采用相控电源设计方案，那么具体的使用中容易受到多种因素的干扰，不利于通信电源设备的稳定运行。

2.4 UPS 电源

不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）属于恒压恒频电源，其主要组成部分是逆变器。在通信电源设备中，UPS 电源保证了单台计算机及计算机网络系统电能供应的稳定性和连贯性，确保其正常运行，有效提升了节能减排效果，彰显通信电源设备整体的环保性能。降低电源能源消耗量，不仅能够保障通信电源设备的稳定运行，还能有效促进通信行业的可持续发展。

2.5 高压直流电源

在通信电源设备中大规模运用高压直流电源，可以有效提升电能供给的稳定性与连贯性，减少传统通信电源设备长期运行中电能供给不稳定、不合理等问题[1]。在高压直流电源的实际应用中，应注意保证高压直流电源与相应通信电源设备之间的有效连接，还应加强通信电源设备整体管控力度，以进一步减少电能浪费问题，充分保障通信电源设备整体节能减排效果。

3 节能减排背景下的通信电源设备能效的提升措施

3.1 加强开关电源效能管理

在开关电源管理中，通过设置开关监控模块，对相应的电源、负载状态进行监测，然后根据监测情况，控制开关电源的关闭及轮流工作，可以让开关电源的负载处于最佳状态，并有效提升开关电源的整体能效，进而实现节能的目的。在开关电源模块中，不同负载情况下的单电源模块工作效率不同。根据相关数据显示，单电源模块的负载处于80%时，其运行效率达到92%。在开关电源设计中，会考虑负载量要求，相应电源模块数量一般采取冗余设计方案，而实际使用中，开关电源并不会满负载供电，正常情况下的负载量大多为40%，此时的电源模块效率只有70%，容易造成很大的能源消耗[2]。因此，提高单个电源模块低负载时的运行效率，才能有效提升开关电源模块整体能效，实现节能减排的目的。

在开关电源的效能管理中，需要加强单电源模块的监控管理，保证其负载率接近80%，确保其效率达到92%，即可实现节能地效果。如一台供容量为500 A 的开关电源，其中包括10 个50 A 电源模块，可以对相应开关电源应用情况进行测试，具体的测试数据如表1 所示。

表1 开关电源效能管理测试数据

从测试情况看，在对电源模块开启数进行控制时，开关电源模块中单个模块负载率处于80%时，其输入功率最小，且整体工作效率最高，有着显著的节能效果。加强开关电源效能管理，可以达到3%～5%的节能效果，如果某通信基站的单个电源模块负载被控制70 A 左右，对2 000 个基站一年节省的电能进行计算，具体的计算方式是：70 A×48 V×365×24 h×3%×2 000/1 000=176 kW·h。因此，节能减排背景下，通信电源设备新建或改造中，应加强开关电源效能管理，才能有效提升设备能效，节省电能消耗。

3.2 高效UPS 设备节能技术

在通信电源设备中，可以采用高效UPS 设备节能技术，通过与电力网络并联运行，能够让系统运行效率达到95%，且不借助滤波装置就能够让输入电流谐波失真处于3%以下，能够有效避免UPS 对电网的回馈谐波污染，并显著降低电缆发热，有利于降低系统整体的运行成本[3]。一般高效UPS 设备节能技术中主要采用的是绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）整流型UPS，这一设备可以让整流技术与滤波技术无缝结合，能够让系统整体的运行效率达到95%。在具体的应用中，可以采用节能系统（Energy Saving System，ESS）节能模式，这一模式可以应用于并机系统，能够让系统效率进一步提升至99%还可以运用并机休眠功能，在UPS 负载率较低时可以提升其负载率，进而保证UPS 运行处于高效率数据范围内。同时，可以采用模块化UPS 系统，但这一系统的控制方式比较复杂，因此容量大、负载要求高的场所还需慎重选择这一系统。

3.3 构建高压直流电源系统

随着通信电源设备的发展，相应设备功率不断变大，直流供电方式运用也越来越广泛。这种供电方式存在线路损耗大的缺点，如果是长距离供电，还需要采用多根电缆多拼使用，容易增加资源消耗量。而高压直流电源系统可以充分保障供电的可靠性，并降低线路损耗，有效节约能源[4]。采用高压直流供电方式，需要先采用市电交流电中相应不稳压的二极管整流桥进行整流，然后借助大功率直流/直流（Direct Current/Direct Current，DC/DC）变换器将相应电能转换为稳定高压直流电，最后将其供应到通信设备中相关DC/DC变换器，如图1所示。构建高压直流电源系统，将相应的电压设置在270 V 左右，能够有效解决线路压降问题，避免使用多根电缆多拼使用问题，有效节约相关材料与资源，节能效果显著。

图1 高压直流供电系统

3.4 强化通信电源智能监督

在通信电源设备使用中，还需强化设备运行的动态智能监督，做好其运行中各类信息的收集工作，并要保证相应信息的准确性，然后根据收集的信息对通信电源设备运行进行调度，适时对相应设备进行开启和休眠，确保通信电源设备运行处于最佳效率区域。根据相关数据研究，通信电源设备运行的最佳效率段在0.5 ～0.8 负载段，通信电源设备运行负载处于这一区域时，能够有效减少设备运行能源消耗，实现节能减排的目的，如图2 所示。在通信电源设备运行的动态监督中，一定要保证监督的有效性，充分利用信息化系统与通信电源技术，增强通信电源设备运行中的信息收集能力，为节能减排处理提供有效的数据参考[5]。在节能减排背景下，通过对通信电源设备进行动态智能监督，可以及时发现和解决通信电源中相应的节能减排问题，有利于对通信电源的节能改造，并充分保障节能改造效果，同时有效提升对通信电源的管控力度和通信电源设备的整体能效[6]。此外，加强通信电源设备运行的动态智能监督，保障通信电源与通信设备之间的有效契合，不仅能够保障通信电源设备电能供应的稳定性、连贯性，还能实现节能减排的效果，有效提升通信电源设备能效。

图2 通信电源最佳效率段

3.5 重视新能源的利用

在节能减排背景下，通信电源设备还应重视新能源的利用，如太阳能和风能，具体的应用中需充分考虑新能源利用的区域性特点，一般应用于光照时数较大、风能资源丰富的区域。在通信电源设备中利用太阳能，需要构建太阳能供电系统，具体的应用过程中，如果太阳光照不足，相应系统会由蓄电池对负载放电，如果太阳光照充足，相应的太阳能电池可以将吸收的光能转化为电能，然后对负载设备进行供电，这一过程还能对蓄电池进行充电。如果在供电过程中出现因特殊情况而发生断电问题，就可以启用备用发电机，然后利用整流器进行供电。目前，风力发电技术基本成熟，但发电机的可靠性相对较低，因此要尽量避免单独使用这一发电方式，综合运用太阳能和风能，构建风光互补系统，以保证系统供电的稳定性和可靠性，同时每年能节约大量的电能，是节能减排的有效方法。

4 结 论

随着我国可持续发展战略的提出，人们对节能减排的重视程度不断提升，通信行业也加大了节能技术的研究力度，以进一步提升通信电源设备能效。在通信电源设备运行中加强开关电源效能管理，采用高效的UPS 设备节能技术，构建高压直流电源系统，对通信电源设备运行进行动态化、智能化监督，不仅能够提升通信电源设备运行效率，还能有效降低能源消耗量，有利于通信行业的可持续发展。