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在通信行業中，人們通常把電源設備比喻為通信系統的“心臟”，這充分證明了通信電源在通信系統中所處地位的重要性。通信電源系統運行質量的好壞直接關系到通信網的運行質量和通信安全，隨著通信網整體水平的提高，通信電源系統也有了突飛猛進的發展。如何保證通信電源系統安全可靠的工作就是保證我們通信網正常運行的基礎。下面從幾個各種電源系統的應用來探討一下。 一、關于開關電源和發電機組匹配的問題（主要基站發電時） 問題一：發電機組和開關電源不匹配的問題可能會使發電機輸出電壓不穩定，震動加大。例如發電機的空載電壓為230V ，在增加開關電源負載后輸出電壓可能增至250V ，我們的維護人員可能會到發電機組上去查找原因，造成這種狀況的原因大多是負載和發電機組的不匹配造成的。 高頻開關電源系統的整流模塊均屬于容性負載，所謂容性負載就是負載電流超前于負載電壓（功率因數超前），該電流與發電機的勵磁系統的勵磁電流矢量相加后使得發電機的勵磁電流增加，其產生的助磁作用導致發電機輸出電壓上升，負載電流越大，電壓上升越高，發電機震動越大。 問題二：造成發電機輸出功率不足的問題。例如50A 的模塊， 計算時按照60V*50A =3000VA 考慮，若是一個基站有2個這樣的模塊，從而要求額定功率6000VA 的發電機組來帶載，這種在計算上的方法，會造成輸出功率不足的問題。 以為開關電源的特殊性（自身是容性負載），要求供電要有較大的冗余。例如某開關電源廠家的使用說明中：“整流模塊的容量不宜超過發電機組容量的30%，否則整流器產生的高次諧波電流流過同步發電機組定子繞組時，電壓波形產生嚴重畸變，一方面造成發電機組的不穩定運行和機械振動，另一方面諧波電流造成發電機過熱，加速電機的絕緣老化等”。由于整流模塊采用了不同品牌，在計算發電機容量時最好按照1：2來計算，例如6000VA的發電機組最好帶載3000VA 開關電源（容性負載），發電機剩余的容量可帶感性負載或者阻性負載，這樣發電機的輸出特性會有大大的改善。 以上問題的解決方法，首先是增加發電機的容量，可以采用容量較小的發動機來驅動容量較大的發電機，這樣就可以滿足整流模塊對發電機容量的要求，也可以提高發動機的利用效率。 其次就是降低發電機轉速，采用電感和電容相復勵的小發電機，發電機的轉速與電壓成正比，降低轉速，就降低了空載電壓，當帶載開關電源等純容性負載時，輸出電壓會上升，前提是負載和發電機的容量比為1：2，只有按這個比例才能降低轉速，發電機的輸出功率不會受影響。 二、關于直流開關電源的雙電源配置和單電源配置的比較 1、關于雙系統供電問題的探討 我公司現有核心網機房所有直流設備均是采用從一套電源系統引接電源，所謂的雙路供電只是在一套電源系統上兩個不同保險引接而已，這樣的話存在很大的隱患性，即電源系統是一個瓶頸，如果電源系統出現問題，其上所有負載均會癱瘓。電路引接圖如圖1所示 為提高供電質量，我們可以采用另外一種雙路供電的方式來提高現有電網的可靠性，主設備的DC柜可以從兩套不同電源系統的直流屏上引接電源這樣就可以解決直流電源系統得供電瓶頸問題，從始至終的實現雙電源供電。供電系統圖如圖2所示 從圖示來看，明顯的第二種供電方式比第一種要可靠，下面我們就分析一下兩種供電方式的優缺點。 方式一的缺點：前面已經闡述了，不能形成真正的雙路供電，存在單點瓶頸問題。（有監控的情況下，并且故障在維修有保障的情況下，可靠性還是很高） 方式二的缺點：在兩套電源設備都正常工作時，兩電路上都可有電流，我們必須按照極限情況來考慮電源的配置，即每一套系統帶載能力都不能超過其設計電流的50%，必須要滿足在一套系統出現問題時全部負載能夠轉到另一套系統上來。首先帶來的問題就是投資增大，還有每套的負載小了，電源總套數增加，需要更大的電力室，在河北移動的核心網機房中，電力室一直比較緊張。考慮這種供電模式時還有兩個方面要注意。 方式二相比方式一的優點，供電可靠性大大提高。 對于由兩套分系統組成的并聯電源系統來說，只要由一個系統能工作，整個電源系統就能正常工作，或者說只有當所有的分系統都出現故障時，才會使電源系統不能正常工作。 對于并聯系統來說： MTBF系統= MTBF子系統（1＋1／2＋1／3＋……1／m） 式中MTBF系統表示系統的可靠性, MTBF子系統表示子系統的可靠性, m 是并聯子系統的個數。 對于兩個子系統構成的并聯系統來說，MTBF系統= MTBF子系統（1＋1／2）＝3／2 MTBF子系統。所以雙電源系統MTBF為單電源系統的1.5倍。 實際上，在有監控的情況下，及時對出現故障的電源系統維修，可以大大降低整個系統的故障率，雙電源系統的可靠性水平遠高于上述值。 采用方式二供電的情況下主設備配電柜最好用高阻配電柜： 由于兩套電源系統接同一個負載。如果單路負載短路會波及兩套電源的輸出，從而造成全部負載瞬間斷電，所以為了保證一路負載短路時不影響其它路負載的供電，配電柜宜采用高阻配電方式。（用不用高阻配電柜取決于主設備廠家，現在用此種配電柜的廠家主要有愛立信，其它廠家很少）。 2、雙電源系統供電的模式下一些問題的解釋 a）市電正常 兩套系統電池浮充，同時為兩套通信設備供電，負載分擔。 支持兩路供電的通信設備，在設備內部，兩路-48V首先通過不同的DC/DC轉換模塊轉換成合適的電壓等級（如+5V等）并聯給負載供電（如圖3A），也可以通過二極管先隔離并聯后由一個DC/DC轉換模塊轉換給設備內部供電（如圖3B）。由于兩路-48V給主設備供電時，兩路電源的浮充電壓不完全一致，或者配電回路的阻抗不完全一致，所以兩路電流不會完全均分。 b）市電停電 市電停電后，兩套電源的電池同時為主設備供電。 由于兩套系統相互獨立，充電時兩個電池組都可以充滿。放電時電池性能的差異會導致兩路電池放電電流不同，落后電池由于內阻稍大，放電電流偏小。特性好電池組會承擔較多的負載電流。對電池壽命影響不大。 c）一套直流電源出故障 一套直流電源故障，全部負載由另一套電源系統負責供電。故障電源系統的電池組也不會參與供電。整個過程主設備不會斷電（那一方的電壓高由那一方供電）。 3、采用雙系統供電的投資問題 雙電源系統中每套電源配置必須同時滿足兩套通信設備的供電需求。 假定通信局站為實際負載為500A。采用單電源供電方案，備電時間取2小時。同樣的系統采用雙電源供電，由于電源系統可靠性提高，考慮減少電池的備電時間為1小時。根據以上要求，列出針對每個通信設備所需電源系統的配置表： 投資的增加的百分比在50%左右。 4、對于以上問題的總結 a）雙網元供電的方式下，供電可靠率增加了50%。 b）采用雙網元供電的方案，投資會增加大約50%；電力機房的占用面積會增加80%；機房走線不會增加。 c）對于核心網機房的核心，例如對于省際信令或者省級傳輸的配電方式可采用此種供電方式，對于普通的交換網元，具備監控和維護人員能夠及時處理故障的情況下，利用現有的供電方式可靠性已經比較高了。 d）雙網元供電的利大于弊。 三、關于IDC 機房UPS 的配置方案 在現有IDC機房中，主設備的供電方式為雙電源冗余供電模式較多，對此的解決方案我們不能僅僅用一套并機或者雙母線的系統。針對主設備不同的設計方案采用不同的電源建設方案。 1、當主設備采用雙系統備份時，最好的解決方案應當是把主設備雙系統分別用不同的UPS 電源系統來供電。每套電源系統采用1+1并機或者單機雙母線的連接方式。 圖4A 單機雙母線系統供電示意圖 圖4B 并機系統供電示意圖 利用主設備在業務上的互為備份性，分別利用兩套電源系統供電，可以保證主設備的在用電保障上可靠率提高一倍。其中某一套電源出現問題，對于整個主設備的業務一點影響都沒有。這兩種供電系統還有一個優點就是兩套供電系統無關聯，不會影響單臺UPS 的使用率。在正在建設的河北移動BOSS 容災機房的配套電源我們就是采用圖4B 的連接方式。 以上兩種組網結構的優缺點分別是：圖4A 的組網方式優點是方便調UPS 系統的三相不平衡，缺點是在單臺UPS出現問題的情況下,它所提供的主設備的一路用電為市電直接供電，會有市電諧波電流對負載的沖擊。 采用圖4A 的組網方式優點是在1臺UPS 出問題時減少了市電諧波的沖擊，但是并機的連接方式不利于調UPS的三相不平衡。 采用哪種結構要看主設備端對數據安全要求的等級而定。 注：如果有三電源負載，采用圖4A 的連接方式的基礎上， 增加LBS和STS 。 2、當主設備各業務系統沒有備份時，在供電系統上 我們最好采用“1+1”并機系統+UPS雙總輸出的連接方式。供電系統示意如圖5所示： 因為主設備沒有備份，我們要想辦法在各個方面提高供電系統的安全供電的可靠性。采用此種組網結構，最大的好處是消除轉交流旁路市電的可能，保障主設備時刻工作在經過UPS 后的穩定電流，減少了市電諧波對主設備的傷害，因為諧波的沖擊有可能會造成主設備的死機或者是誤碼率的提高。還有就是有利于UPS 系統的并機調機操作。 如果沒有三電源負載，在設計時取消LBS和STS。 注：LBS 負載同步控制器，主設備一般為雙電源負載。 |
