市电与高压直流混合供电技术在通信领域的应用分析

2020-07-22钱小超

通信电源技术 2020年9期

钱小超

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏南京 210000）

0 引言

信息化时代，通信是人们生活中必不可少的组成部分。面对多元化的发展和市场需求，通信系统面临巨大挑战。近年5G技术的革新将通信技术带到了一个全新领域，也对通信系统的供电架构提出了新要求。这些要求具体包括更高的电源功率、更高的电源效率、更低的能量损耗、更加低廉的建设成本、更高的电源系统安全性以及更高的电源系统稳定性等。在通信机房电源系统已经完备的情况下，如何继承原有的供电模式优点，开发新的供电架构，用最小的代价去实现通信电源系统的升级，是各大通信运营商的重要战略规划。

1 通信系统传统供电模式

通信系统中应用最广泛的两种供电系统分别为-48 V直流供电系统和UPS交流供电系统两种[1]。

1.1 -48 V直流供电系统

-48 V直流供电系统是最早应用于通信设备的供电模式。考虑到电极的腐蚀问题，通信设备通常是正极接地、负极供电，再结合安全电压的考虑，慢慢发展并统一为-48 V直流供电。目前，国内和海外的很多通信设备的标准供电模式均为-48 V，所以-48 V直流供电系统的应用最直接。这个系统主要是对市电进行整流和DC/DC变换，输出-48 V对通信设备供电，同时对蓄电池组充电。当市电出现异常时，则切换为蓄电池组进行供电。因为考虑到蓄电池组的充电电压，所以直流变换输出的电压通常会高于-48 V，大概为-53 V。-48 V直流供电系统还有一大特色，就是会有备选线路接到油机发电机上。这个设计是为了解决长时间市电断电情况下蓄电池能量不足的问题。若市电长时间断电，整流器会切换到油机发电机进行供电，代替市电作为主要电能来源。在这种组合设计下，-48 V直流供电系统的稳定性和可靠性很高，基本不会出现通信系统断电的情况。

1.2 UPS交流供电系统

UPS的英文全称是Uninterruptible Power System，中文名为不间断电源。UPS是为了满足通信设备对供电更高稳定性要求使用的一种供电系统，核心是不间断和稳定。UPS在通信系统中使用时，在交流市电正常供电的情况下，市电经过整流模块（AC/DC）变换为直流电压。这个直流电压一方面给蓄电池组充电，另一方面经过逆变器（DC/AC）重新输出交流电，再提供给后级进行供电。若后级通信设备为-48 V供电，则补充AC/DC和DC/DC模块即可。交流市电断电时，蓄电池组的直流电压通过逆变器输出交流电继续给后级供电。所以，本质上UPS是一个交流供电系统，核心部件是逆变器。UPS的电源应用框图如图1所示。可以看出，UPS电源配置了静态旁路和维修旁路。静态旁路的作用是当UPS需要进行维护或者过载时间超过负荷时将负载切换到市电输入供电；维修旁路的作用是在UPS电源系统异常时将UPS进行隔离[2]。两者的差别为静态旁路是内部旁路，而维修旁路是外部旁路。可见，UPS电源在稳定性和可靠性上非常适用于通信设备，受到了市场消费者的青睐。

2 市电与高压直流混合供电在通信系统中的应用

为了满足日益增长的通信系统功率要求和电源架构的优化要求，市电与高压直流混合供电模式开始应用于通信系统。这种混合供电模式采用双路供电，一路直接使用市电交流220 V供电，另一路则通过将市电进行整流获得240 V的高压直流后再进行供电。双路供电优先使用市电线路进行供电，后级接AC/DC模块，停电时则切换到另外一路由蓄电池放电经过直流变换（DC/DC）后供电。这种混合供电的示意图，如图2所示。

市电与高压直流混合供电系统主要是由交流配电模块、直流配电模块、整流模块、蓄电池组以及监控模块等组成[3]。目前的通信设备供电系统不需要进行大范围替换，即可在当前架构上实现改制，引入高压直流供电线路。未来5G通信系统将更多采用DC化模式，机房中不再新增UPS电源，而选用新建高压直流系统为通信云设备进行供电。针对入网的新购设备，则统一要求其主设备满足双路供电的模式，即市电220 V交流和240 V直流。

3 市电与高压直流混合供电的优势

传统的-48 V和UPS都有各自的不足，如-48 V供电半径和供电容量较小、电缆半径要求很大，而UPS系统利用率低下、可靠性不高、维护成本高难度大。市电与高压直流混合供电则具有以下优势[4]：

（1）结构简单，蓄电池组挂在输出母线上，可靠性高，支持在线扩容；

（2）供电半径大，供电容量大；

（3）采用高频软开关技术，供电系统效率高；

（4）供电系统维护成本低，安全性更好；

（5）240 V的电压兼容性很好，适用于大部分标准交流设备，更容易推广。

相比较于传统的-48 V直流供电和UPS交流供电，市电与高压直流混合供电系统在整个运营成本、可靠性及稳定性方面具有绝对优势，可以解决通信行业面临的长距离供电和日益增长的高功率供电要求，还能缩小通信机房的设备安装空间和电源系统的损耗。这种混合供电的模式以市电为主要供电电源，辅助以240 V高压直流作为备用供电电源，在利用市电直接供电的高效率基础上获得了直流系统的高可靠性，是未来通信行业电源技术发展的首选方向。