錢(qián)小超

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0 引 言

信息化時(shí)代，通信是人們生活中必不可少的組成部分。面對(duì)多元化的發(fā)展和市場(chǎng)需求，通信系統(tǒng)面臨巨大挑戰(zhàn)。近年5G技術(shù)的革新將通信技術(shù)帶到了一個(gè)全新領(lǐng)域，也對(duì)通信系統(tǒng)的供電架構(gòu)提出了新要求。這些要求具體包括更高的電源功率、更高的電源效率、更低的能量損耗、更加低廉的建設(shè)成本、更高的電源系統(tǒng)安全性以及更高的電源系統(tǒng)穩(wěn)定性等。在通信機(jī)房電源系統(tǒng)已經(jīng)完備的情況下，如何繼承原有的供電模式優(yōu)點(diǎn)，開(kāi)發(fā)新的供電架構(gòu)，用最小的代價(jià)去實(shí)現(xiàn)通信電源系統(tǒng)的升級(jí)，是各大通信運(yùn)營(yíng)商的重要戰(zhàn)略規(guī)劃。

1 通信系統(tǒng)傳統(tǒng)供電模式

通信系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的兩種供電系統(tǒng)分別為-48 V直流供電系統(tǒng)和UPS交流供電系統(tǒng)兩種[1]。

1.1 -48 V直流供電系統(tǒng)

-48 V直流供電系統(tǒng)是最早應(yīng)用于通信設(shè)備的供電模式?？紤]到電極的腐蝕問(wèn)題，通信設(shè)備通常是正極接地、負(fù)極供電，再結(jié)合安全電壓的考慮，慢慢發(fā)展并統(tǒng)一為-48 V直流供電。目前，國(guó)內(nèi)和海外的很多通信設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)供電模式均為-48 V，所以-48 V直流供電系統(tǒng)的應(yīng)用最直接。這個(gè)系統(tǒng)主要是對(duì)市電進(jìn)行整流和DC/DC變換，輸出-48 V對(duì)通信設(shè)備供電，同時(shí)對(duì)蓄電池組充電。當(dāng)市電出現(xiàn)異常時(shí)，則切換為蓄電池組進(jìn)行供電。因?yàn)榭紤]到蓄電池組的充電電壓，所以直流變換輸出的電壓通常會(huì)高于-48 V，大概為-53 V。-48 V直流供電系統(tǒng)還有一大特色，就是會(huì)有備選線(xiàn)路接到油機(jī)發(fā)電機(jī)上。這個(gè)設(shè)計(jì)是為了解決長(zhǎng)時(shí)間市電斷電情況下蓄電池能量不足的問(wèn)題。若市電長(zhǎng)時(shí)間斷電，整流器會(huì)切換到油機(jī)發(fā)電機(jī)進(jìn)行供電，代替市電作為主要電能來(lái)源。在這種組合設(shè)計(jì)下，-48 V直流供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性很高，基本不會(huì)出現(xiàn)通信系統(tǒng)斷電的情況。

1.2 UPS交流供電系統(tǒng)

UPS的英文全稱(chēng)是Uninterruptible Power System，中文名為不間斷電源。UPS是為了滿(mǎn)足通信設(shè)備對(duì)供電更高穩(wěn)定性要求使用的一種供電系統(tǒng)，核心是不間斷和穩(wěn)定。UPS在通信系統(tǒng)中使用時(shí)，在交流市電正常供電的情況下，市電經(jīng)過(guò)整流模塊（AC/DC）變換為直流電壓。這個(gè)直流電壓一方面給蓄電池組充電，另一方面經(jīng)過(guò)逆變器（DC/AC）重新輸出交流電，再提供給后級(jí)進(jìn)行供電。若后級(jí)通信設(shè)備為-48 V供電，則補(bǔ)充AC/DC和DC/DC模塊即可。交流市電斷電時(shí)，蓄電池組的直流電壓通過(guò)逆變器輸出交流電繼續(xù)給后級(jí)供電。所以，本質(zhì)上UPS是一個(gè)交流供電系統(tǒng)，核心部件是逆變器。UPS的電源應(yīng)用框圖如圖1所示。可以看出，UPS電源配置了靜態(tài)旁路和維修旁路。靜態(tài)旁路的作用是當(dāng)UPS需要進(jìn)行維護(hù)或者過(guò)載時(shí)間超過(guò)負(fù)荷時(shí)將負(fù)載切換到市電輸入供電；維修旁路的作用是在UPS電源系統(tǒng)異常時(shí)將UPS進(jìn)行隔離[2]。兩者的差別為靜態(tài)旁路是內(nèi)部旁路，而維修旁路是外部旁路?？梢?jiàn)，UPS電源在穩(wěn)定性和可靠性上非常適用于通信設(shè)備，受到了市場(chǎng)消費(fèi)者的青睞。

2 市電與高壓直流混合供電在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

為了滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的通信系統(tǒng)功率要求和電源架構(gòu)的優(yōu)化要求，市電與高壓直流混合供電模式開(kāi)始應(yīng)用于通信系統(tǒng)。這種混合供電模式采用雙路供電，一路直接使用市電交流220 V供電，另一路則通過(guò)將市電進(jìn)行整流獲得240 V的高壓直流后再進(jìn)行供電。雙路供電優(yōu)先使用市電線(xiàn)路進(jìn)行供電，后級(jí)接AC/DC模塊，停電時(shí)則切換到另外一路由蓄電池放電經(jīng)過(guò)直流變換（DC/DC）后供電。這種混合供電的示意圖，如圖2所示。

市電與高壓直流混合供電系統(tǒng)主要是由交流配電模塊、直流配電模塊、整流模塊、蓄電池組以及監(jiān)控模塊等組成[3]。目前的通信設(shè)備供電系統(tǒng)不需要進(jìn)行大范圍替換，即可在當(dāng)前架構(gòu)上實(shí)現(xiàn)改制，引入高壓直流供電線(xiàn)路。未來(lái)5G通信系統(tǒng)將更多采用DC化模式，機(jī)房中不再新增UPS電源，而選用新建高壓直流系統(tǒng)為通信云設(shè)備進(jìn)行供電。針對(duì)入網(wǎng)的新購(gòu)設(shè)備，則統(tǒng)一要求其主設(shè)備滿(mǎn)足雙路供電的模式，即市電220 V交流和240 V直流。

3 市電與高壓直流混合供電的優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)的-48 V和UPS都有各自的不足，如-48 V供電半徑和供電容量較小、電纜半徑要求很大，而UPS系統(tǒng)利用率低下、可靠性不高、維護(hù)成本高難度大。市電與高壓直流混合供電則具有以下優(yōu)勢(shì)[4]：

（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，蓄電池組掛在輸出母線(xiàn)上，可靠性高，支持在線(xiàn)擴(kuò)容；

（2）供電半徑大，供電容量大；

（3）采用高頻軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，供電系統(tǒng)效率高；

（4）供電系統(tǒng)維護(hù)成本低，安全性更好；

（5）240 V的電壓兼容性很好，適用于大部分標(biāo)準(zhǔn)交流設(shè)備，更容易推廣。

相比較于傳統(tǒng)的-48 V直流供電和UPS交流供電，市電與高壓直流混合供電系統(tǒng)在整個(gè)運(yùn)營(yíng)成本、可靠性及穩(wěn)定性方面具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，可以解決通信行業(yè)面臨的長(zhǎng)距離供電和日益增長(zhǎng)的高功率供電要求，還能縮小通信機(jī)房的設(shè)備安裝空間和電源系統(tǒng)的損耗。這種混合供電的模式以市電為主要供電電源，輔助以240 V高壓直流作為備用供電電源，在利用市電直接供電的高效率基礎(chǔ)上獲得了直流系統(tǒng)的高可靠性，是未來(lái)通信行業(yè)電源技術(shù)發(fā)展的首選方向。

圖1 UPS的電源應(yīng)用框圖

圖2 混合供電示意圖

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)比3種供電模式可以發(fā)現(xiàn)，市電與高壓直流混合供電技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，在通信系統(tǒng)中可以滿(mǎn)足更高的供電需求，是未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前，中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通等國(guó)內(nèi)通信巨頭正大力推廣混合供電模式，必將使其成為未來(lái)主流的供電技術(shù)。