电力通信电源新技术及应用研究

周泽昊

（国网湖南省电力有限公司株洲供电分公司，湖南 株洲 412000）

0 引 言

电力通信系统作为现代社会中不可或缺的基础设施，对于信息传输和通信起着至关重要的作用。然而，传统的电力通信电源技术存在一些限制，如能源消耗、环境影响以及经济效益等方面的挑战。为了解决这些问题并提升电力通信电源系统的性能，研究人员开始探索新的技术和方法。文章旨在研究电力通信电源的新技术及其应用，探讨了可再生能源利用、能量收集与管理技术、不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）系统的应用[1-2]。通过案例研究和性能比较分析，文章评估了电力通信电源新技术的影响和优势，并探讨了当前技术面临的挑战和未来发展方向，为电力通信电源领域的可持续发展提供理论依据和实践指导[3]。

1 电力通信电源概述

电力通信系统在电力系统中起到了至关重要的作用，承担着传输监控、保护和控制信息的任务。它将各种电力设备与子系统紧密相连，使电力系统能够高效运行和管理。电源在其中充当着不可或缺的角色，为电力通信设备供应必要的电能，保障系统的正常运行和可靠性。然而，电源的质量与可靠性对电力通信系统的稳定性与可用性有着直接的影响。

现如今，传统电源技术的局限性日益显现，无法满足能效提高和能耗降低的需求。尤其在能源资源日趋紧缺和环境保护意识提高的背景下，这一问题更加突出。另外，传统电源存在可靠性和维护问题，如电池寿命有限需要定期更换、发电机等设备需要经常性维护和检修，增添了系统维护成本和工作负担[4]。

新型电力通信电源技术正在不断创新，如高效节能的开关电源、可再生能源应用、蓄电池技术的改进等，都旨在提升电力通信系统的性能和可靠性。智能化电源管理系统也得到了广泛应用，通过对电源的监测和控制，实现对电力通信系统的优化管理。

2 电力通信电源新技术的应用案例介绍

2.1 新能源在电力通信中的应用

随着环保和持续性问题日益凸显，新能源的利用越来越引人关注。利用太阳能、风能等可再生能源为电力通信系统供电，是一种环保且经济的解决方案。有一些现代电源设备已经可以将智能电网与可再生能源技术相结合，将智能电网用作能源管理和优化系统的一部分，提高了系统的总体效率。

在偏远地区，由于电力供应不稳定，电力通信系统经常会遭受电源中断的问题，对此可采用太阳能电源解决方案。通过安装光伏面板和相关的能源管理设备，使得地方电力通信系统能取得稳定的电源供应，极大地增强了该地区的电力通信能力和稳定性。

2.2 能量收集与电能管理技术的应用

能量收集与电能管理技术是指通过对各类电能进行高效利用和管理，以满足电力通信系统的电源需求。该技术将通过高效转换器或充电器，对收集到的电能进行有效转换和储存，使电能可被电力通信系统所使用。除此之外，智能化的电能管理系统能够实时监测和控制电能的使用，以确保在满足通信系统需求的同时，达到最佳的电能利用效率。例如，当电力供应充足时，系统可以将多余的电能存储起来；而在电力供应不足时，系统则可以取出存储的电能以供使用[5]。此外，能量收集与电能管理技术还能改善传统电源的一些问题，如减少能源浪费、延长设备寿命、降低维护成本等。

2.3 UPS系统技术的应用

在电力通信系统中，UPS起着至关重要的作用，为电力通信系统内的设备提供稳定且连续不断的电力。UPS通过运用在线双转换技术和电池管理技术，能够在主电源出现故障或波动时立即切换到备用电源，保证通信系统的连续运行。

此外，UPS还利用了并行冗余技术，让多台UPS系统并联运行，从而提高系统的电源容量和可靠性，确保电力通信系统稳定运行。同时，借助智能监控管理技术，用户可以实时监控整个系统的运行状态，及时发现并处理可能出现的任何问题。UPS技术通过集合多项先进技术，有效提供了持续且可靠的电力供应，保障了电力通信系统的正常运行[6]。

3 基于UPS的电力通信新技术应用

电力通信属于应急通信工程的重要组成部分，UPS必须具有高可用性，确保其能够为电力通信设备提供电力，满足性能要求。文章建立了一个衡量电力通信UPS可用性的评估模型，该模型是衡量电力通信系统的可靠性和可维护性的综合指标，最后对该模型在某市政电力通信应急平台上进行测试实验。

3.1 电力通信UPS系统设计

电力通信UPS系统如图1所示。当市政电力中断时，由发电机组代替市政电力，维持电力通信系统正常运行工作。如果市政电力和发电机组都出现故障，则由电池组直接向电力通信设备供电。此外，UPS系统中所有的工作过程都由计算机监控中心进行监控和管理。整个系统之间的关系如下：市政电力、发电机组、切换开关组成主要电源系统，与整流设备串联，再与电池组并联，最后与电力通信系统串联。

图1 电力通信UPS系统

3.2 电力通信UPS系统的可用性建模

为了简化计算，将电力通信UPS系统（包括其子系统）的状态假定为仅有正常和故障2种。在系统正常运行期间，每个子系统都由一组专职人员进行维护。此外，假定子系统出现故障、需要维护以及由其他因素导致的时间浪费是互相独立的。

为了进一步简化模型，假设子系统的故障和维护状态符合指数分布，在任何给定的时间点，子系统出现故障或需要维护的概率是恒定的，与过去的情况无关。同时，切换开关的工作过程是瞬时完成的，不会消耗额外的时间。

基于以上假设，对电力通信UPS系统内各组件的可用性建模，用公式表示为

式中：Pj(t)为子系统正常状态的概率；k为正常状态的子系统数目。根据可用性的计算步骤，可以得出其可靠性和可维护性均服从指数分布的情况下，系统可用性表示为

式中：λ、μ为子系统中的故障率和维护率；e-(λ+μ)t为可靠度函数，呈指数分布。

根据电力通信UPS系统的假设，市政电力、发电机组和切换开关可组成一个冷备用系统Q，进而与整流设备串联。冷备份系统Q和系统整流设备的稳态可用性及其概率为

因此，通信UPS系统的可用性评估模型A1～3为

3.3 模型验证与应用

为了验证该模型的适用性和真实性，对一个试验性质的市政电力通信UPS系统进行了统计分析与应用。通过运用状态空间法来分析系统性能，以反映对象的实际情况。使用MATLAB工具箱函数直接进行计算，以下是求解模型的主要步骤。

步骤1：从可靠性系统的角度出发，分析了通信UPS系统的各个组成单元，并收集了每个单元的故障和维护数据。步骤2：利用MATLAB工具箱对各单元的可靠性和维修密度函数进行仿真，并在一定的置信区间内估计参数。步骤3：将仿真得到的参数代入测试的电力通信不间断供电系统的可用性模型，计算出系统的可用性。步骤4：基于系统的可用性，对整个系统进行了分析和评估，从而对模型进行修改。步骤5：重复步骤1～4，并将其应用于实际应用。

根据模型假设，这些设备的可靠性和维修程度呈指数分布，测试项目数据如表1所示。根据表1中的数据，计算得出正常条件下该市政电力通信UPS系统的可用性为0.998。与实际工作中的长期供电情况相吻合，验证了模型的适用性。

表1 用于实验测试的电力通信UPS系统组件故障数据

4 电力通信电源技术的未来发展

随着科技的进步和数字化转型的持续推进，电力通信电源技术也将朝着更先进、更自动化以及更环保的方向发展。第一，更高效率的能源转换和管理。随着功率电子技术的成熟，通过新型半导体材料和拓扑结构，可以实现更高效的能源转换和管理。第二，更智能的能源管理。随着人工智能（Artificial Intelligence，AI）和大数据的发展，电源管理将趋于智能化，能基于数据分析自动优化能源分配，提高能源利用效率。第三，混合能源系统的发展。随着可再生能源技术的发展，未来电力通信电源可能会更多地采用混合能源系统，集成太阳能、风能等多种能源，以提高能源供应的稳定性和可靠性。第四，更持久的储能技术。储能技术将持续发展，未来可能会有更高容量、更低自放电率以及更长寿命的电池技术出现，如固态电池、石墨烯电池等。第五，向环保和可持续性方向发展。随着全球环保意识的提高，电力通信电源技术将更加注重环保和可持续性，例如提高设备的能效、降低碳排放、采用可循环利用的材料等。

5 结 论

电力通信电源技术随着时间的推移已经发展和进步到了一个新的阶段。文章主要讨论其新的技术，如可再生能源的利用、能量收集和电源管理技术。尤其是在通信电源中的UPS系统，特别探究了在市政电力通信系统中UPS系统的应用验证，构建UPS的有效可用性模型，并通过故障数据验证了UPS设计的有效性。在未来，这些创新技术将进一步推动电力通信电源领域的发展，为打造更高效、更可靠且更环保的电力通信系统提供有利支持。