現(xiàn)代通信網(wǎng)的分布式供電設(shè)計(jì)

摘要 分析了通信網(wǎng)的供電方式，討論了分布式供電的優(yōu)缺點(diǎn)以及現(xiàn)代通信網(wǎng)的供電要求。提出了一種能滿足現(xiàn)代通信設(shè)備供電要求分布式供電方案，對(duì)從事現(xiàn)代通信網(wǎng)供電設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員有一定指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞 現(xiàn)代通信網(wǎng)；分布式供電；供電方式

所謂分布式電源系統(tǒng)，是由若干小容量電源模塊組成的一個(gè)大容量電源系統(tǒng)。它是利用新型電源理論和技術(shù)制成相對(duì)小的電源功率模塊，組合成積木式、智能化的大功率電源系統(tǒng)。越來(lái)越多的電源系統(tǒng)采用模塊并聯(lián)技術(shù)，將多個(gè)開(kāi)關(guān)電源模塊靈活地并聯(lián)組合成大功率分布式電源體系，是目前實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源大功率化的主要途徑。在分布式電源研究和發(fā)展領(lǐng)域，美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)和日本等國(guó)家在技術(shù)上處于領(lǐng)先地位，它們的許多發(fā)電設(shè)備生產(chǎn)公司與電力公司聯(lián)合，進(jìn)行分布式電源技術(shù)的商業(yè)化實(shí)驗(yàn)。在歐洲，正在研究普及分布式電源的政策，而我國(guó)對(duì)分布式電源的研究尚處在起步階段。
如今，直流分布式電源系統(tǒng)正以其冗余度高、控制靈活等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于通信領(lǐng)域。文中提出一種基于微網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)代通信網(wǎng)分布式供電設(shè)計(jì)方案。

1 通信網(wǎng)的供電方式
通信網(wǎng)對(duì)電源的基本要求是能不間斷地連續(xù)供電，因此其供電機(jī)制一般由AC—DC整流器、電池組和配電設(shè)備構(gòu)成，標(biāo)稱值為-48 VDC或24 VDC的不間斷供電系統(tǒng)，然后由DC—DC變換器將標(biāo)稱值為-48 VDC或24 VDC的電壓變換成電路板所需的各種電壓，如12 VDC和／或5 VDC。從通信網(wǎng)供電方式的發(fā)展歷程來(lái)看，主要經(jīng)歷了3個(gè)階段，即集中式供電、集散式供電和分布式供電。
(1)集中式供電。用1個(gè)或1+1備份方式的大功率不間斷供電系統(tǒng)提供整個(gè)通信網(wǎng)所需要的各種電壓。此類供電方式已經(jīng)基本淘汰。
(2)集散式供電。先由大功率的不間斷供電系統(tǒng)提供統(tǒng)一的-48 VDC或24 VDC，然后集中供給通信網(wǎng)。而在通信網(wǎng)中，設(shè)備機(jī)架的每個(gè)機(jī)框都有一個(gè)或多個(gè)中功率電源板(DC—DC變換器)，將-48VDC或24 VDC的母線電壓轉(zhuǎn)換成一種或多種電壓，供給本機(jī)框的電路板。
(3)分布式供電。先由大功率的不間斷供電系統(tǒng)提供統(tǒng)一的-48 VDC或24 VDC，然后集中給通信網(wǎng)供電。設(shè)備機(jī)架每塊電路板上各有一個(gè)或幾個(gè)小功率電源(DC—DC變換器)，將-48 VDC或24 VDC的母線電壓直接轉(zhuǎn)換成電路板所需的電壓。
相對(duì)而言，集中式供電造價(jià)最低，但可靠性最差；分布式供電可靠性高、靈活性強(qiáng)、可擴(kuò)展性好、通用性強(qiáng)，但造價(jià)較高；而集散式供電的性能和造價(jià)介于兩者之間。目前，各大通信運(yùn)營(yíng)商所采用的固定電話系統(tǒng)、移動(dòng)通信系統(tǒng)等，大都采用集散供電方式。為提高系統(tǒng)的可靠性，所用的電源板采取1+1備份方式，或N+1冗余備份方式。目前集散供電方式是性價(jià)比最高的一種供電方式。
隨著新一代數(shù)字芯片的出現(xiàn)，現(xiàn)代通信網(wǎng)中通信設(shè)備的工作電壓不斷降低。為提高芯片的運(yùn)行速度、降低功耗，12 VDC及5 VDC的使用日趨減少，而3．3 VDC和2．5 VDC甚至1．8 VDC的使用則開(kāi)始增加。因此，在低工作電壓時(shí)，由DC電壓供電的電阻所產(chǎn)生的壓降明顯增大。此時(shí)，采用分布式供電方式成為唯一的解決方法，因?yàn)镈C—DC電源的分散度越高，工作電流越低，供電的壓降也就越低，從而更適合低壓應(yīng)用?，F(xiàn)代通信網(wǎng)越來(lái)越多地采用超大規(guī)模集成電路，目前主流的集散式供電方式已不能滿足要求。理想的做法，是采用分布式供電，每塊電路板都由一個(gè)獨(dú)立的電源進(jìn)行供電。

2 分布式供電的特點(diǎn)
2．1 優(yōu)點(diǎn)
分布式供電是通信網(wǎng)供電的發(fā)展方向，主要優(yōu)點(diǎn)包括：
(1)性能好、效率高。一方面，由于減少了低電壓、大電流直流輸出線路，線路損耗低，系統(tǒng)效率必然提高；另一方面，各負(fù)載所需的電源就地產(chǎn)生，負(fù)載與電源距離近，減少了線路阻抗對(duì)調(diào)整性能的影響，也減少了干擾信號(hào)對(duì)負(fù)載的影響，因而輸出電壓穩(wěn)定性較好。另外，電源的模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，提高了電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和一致性。
(2)可靠性高。一方面，分布式電源可作為備用電源為不間斷供電的用戶提供電能，提高了電網(wǎng)的可靠性，同時(shí)由于分布式電源的獨(dú)立性，可以使其與電網(wǎng)斷開(kāi)，依靠分布式電源形成“孤島”單獨(dú)為用戶供電；另一方面由于各部分電源相對(duì)獨(dú)立，采用冗余技術(shù)或備用電池比較方便，局部電源功率較小，散熱及安全保護(hù)措施也容易實(shí)現(xiàn)，部分電源出現(xiàn)故障不會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
(3)適應(yīng)性強(qiáng)。由于將整個(gè)電源系統(tǒng)分散，各部分電源選擇比較靈活，容易實(shí)現(xiàn)最佳配置。而且，同一設(shè)計(jì)方案，稍加修改可用于其他系統(tǒng)。特別的，如果在系統(tǒng)設(shè)計(jì)后期需要修改方案，也只是局部修改，不必重新設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)，使系統(tǒng)重構(gòu)容易，減少不必要的浪費(fèi)。
(4)電磁兼容性能優(yōu)越。由于電源比較分散，抑制電磁干擾的方案容易實(shí)現(xiàn)。例如，大電流與小電流負(fù)載隔離，大電流波動(dòng)不會(huì)影響小電流電源，并且可利用系統(tǒng)的控制功能，使幾個(gè)功率較大的負(fù)載分時(shí)啟動(dòng)，減少系統(tǒng)大電流的沖擊。
(5)擴(kuò)展性好。分布式電源的模塊化設(shè)計(jì)，有利于系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。
(6)散熱好。由于每個(gè)電源的功率較小，發(fā)熱量較低，加上電源的發(fā)熱量平均散布在系統(tǒng)的機(jī)箱內(nèi)，散熱比集中式供電更容易、效果更好，電源在低溫工作中更加可靠；而且電源的分散度越高，電源一旦發(fā)生故障所影響的范圍亦越小，系統(tǒng)也就越可靠。
(7)整體費(fèi)用低。分布式供電取消了電力室和電池室，使直流供電設(shè)備更接近通信負(fù)荷，不僅減小了直流輸電的損耗，提高了系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)使安裝、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用大大降低。
2．2 缺點(diǎn)
盡管分布式電源系統(tǒng)有諸多優(yōu)點(diǎn)，但仍然存在不足：
(1)系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。分布式系統(tǒng)需要多級(jí)變換，前后級(jí)之間電壓和電流匹配，同一級(jí)各變換模塊之間的均流等都要仔細(xì)核算。隨著系統(tǒng)變換級(jí)的增多，電源系統(tǒng)運(yùn)維和管理任務(wù)增大。
(2)元器件等材料費(fèi)用高。因?yàn)槊總€(gè)變換級(jí)都是一個(gè)完整的變換模塊，電源系統(tǒng)的材料費(fèi)用必然會(huì)提高。但是從系統(tǒng)整體來(lái)看，分布式電源比集中式電源便宜得多。從維修費(fèi)用看，集中式電源比分布式電源要高。因?yàn)榧惺诫娫窗l(fā)生故障時(shí)，整個(gè)電源都要更換，而分布式電源只要更換部分模塊；集中式電源發(fā)生故障時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)要停機(jī)，而分布式電源需要停機(jī)可能性較小。另外，集中式電源一般平均無(wú)故障時(shí)間(MTBF)為1 x 105h，而高密度模塊電源一般為1×106 h。顯然，集中式電源的維修費(fèi)用較高。