市電與高壓直流混合供電技術在通信領域的應用分析

錢小超

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

信息化時代，通信是人們生活中必不可少的組成部分。面對多元化的發(fā)展和市場需求，通信系統(tǒng)面臨巨大挑戰(zhàn)。近年5G技術的革新將通信技術帶到了一個全新領域，也對通信系統(tǒng)的供電架構提出了新要求。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，開發(fā)新的供電架構，用最小的代價去實現(xiàn)通信電源系統(tǒng)的升級，是各大通信運營商的重要戰(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)是最早應用于通信設備的供電模式。考慮到電極的腐蝕問題，通信設備通常是正極接地、負極供電，再結合安全電壓的考慮，慢慢發(fā)展并統(tǒng)一為-48 V直流供電。目前，國內和海外的很多通信設備的標準供電模式均為-48 V，所以-48 V直流供電系統(tǒng)的應用最直接。這個系統(tǒng)主要是對市電進行整流和DC/DC變換，輸出-48 V對通信設備供電，同時對蓄電池組充電。當市電出現(xiàn)異常時，則切換為蓄電池組進行供電。因為考慮到蓄電池組的充電電壓，所以直流變換輸出的電壓通常會高于-48 V，大概為-53 V。-48 V直流供電系統(tǒng)還有一大特色，就是會有備選線路接到油機發(fā)電機上。這個設計是為了解決長時間市電斷電情況下蓄電池能量不足的問題。若市電長時間斷電，整流器會切換到油機發(fā)電機進行供電，代替市電作為主要電能來源。在這種組合設計下，-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的英文全稱是Uninterruptible Power System，中文名為不間斷電源。UPS是為了滿足通信設備對供電更高穩(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，在交流市電正常供電的情況下，市電經(jīng)過整流模塊（AC/DC）變換為直流電壓。這個直流電壓一方面給蓄電池組充電，另一方面經(jīng)過逆變器（DC/AC）重新輸出交流電，再提供給后級進行供電。若后級通信設備為-48 V供電，則補充AC/DC和DC/DC模塊即可。交流市電斷電時，蓄電池組的直流電壓通過逆變器輸出交流電繼續(xù)給后級供電。所以，本質上UPS是一個交流供電系統(tǒng)，核心部件是逆變器。UPS的電源應用框圖如圖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UPS需要進行維護或者過載時間超過負荷時將負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)異常時將UPS進行隔離[2]。兩者的差別為靜態(tài)旁路是內部旁路，而維修旁路是外部旁路。可見，UPS電源在穩(wěn)定性和可靠性上非常適用于通信設備，受到了市場消費者的青睞。

2 市電與高壓直流混合供電在通信系統(tǒng)中的應用

為了滿足日益增長的通信系統(tǒng)功率要求和電源架構的優(yōu)化要求，市電與高壓直流混合供電模式開始應用于通信系統(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，另一路則通過將市電進行整流獲得240 V的高壓直流后再進行供電。雙路供電優(yōu)先使用市電線路進行供電，后級接AC/DC模塊，停電時則切換到另外一路由蓄電池放電經(jīng)過直流變換（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]。目前的通信設備供電系統(tǒng)不需要進行大范圍替換，即可在當前架構上實現(xiàn)改制，引入高壓直流供電線路。未來5G通信系統(tǒng)將更多采用DC化模式，機房中不再新增UPS電源，而選用新建高壓直流系統(tǒng)為通信云設備進行供電。針對入網(wǎng)的新購設備，則統(tǒng)一要求其主設備滿足雙路供電的模式，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

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[4]：

（1）結構簡單，蓄電池組掛在輸出母線上，可靠性高，支持在線擴容；

（2）供電半徑大，供電容量大；

（3）采用高頻軟開關技術，供電系統(tǒng)效率高；

（4）供電系統(tǒng)維護成本低，安全性更好；

（5）240 V的電壓兼容性很好，適用于大部分標準交流設備，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)在整個運營成本、可靠性及穩(wěn)定性方面具有絕對優(yōu)勢，可以解決通信行業(yè)面臨的長距離供電和日益增長的高功率供電要求，還能縮小通信機房的設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上獲得了直流系統(tǒng)的高可靠性，是未來通信行業(yè)電源技術發(fā)展的首選方向。

圖1 UPS的電源應用框圖

圖2 混合供電示意圖

4 結 論

通過對比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優(yōu)勢明顯，在通信系統(tǒng)中可以滿足更高的供電需求，是未來發(fā)展的必然趨勢。目前，中國移動、中國電信、中國聯(lián)通等國內通信巨頭正大力推廣混合供電模式，必將使其成為未來主流的供電技術。