智能数字供电技术浅析

智能数字供电技术浅析

刘强，李玉昇，高兴旺，王海东

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

摘　要　为实现能源领域的高效供电与储能，将数字化技术全面而又恰当的引入能源领域是今后实现数字能源、软件定义能源的必然趋势。本文分析了现有通信电源领域中典型技术，列举并分析了几种可以应用于数字能源领域的电源技术方案，引出数字能源发展需要面对的技术要点与问题，为今后数字能源发展做好技术储备。关键词　数字能源；软件定义能源；能源路由器中图分类号 TN86 文献标识码 A 文章编号 1008-5599（2019）04-0005-03“推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合”、“为建设科技强国、质量强国、航天强国、网络强国、交通强国、数字中国、智慧社会提供有力支撑”是十九大报告中关于加快建设创新型国家、发展数字经济的内容。在通信电源领域也应当充分利用互联网、物联网、人工智能等应用信息技术，大力探索推进能源体系迈向数字时代，实现能源行业及通信电源的数字化转型。由于目前通信电源负荷及电压等级相对电力能源行业较低，且通信电源与信息设备、数字化设备紧密结合，可以有效利用现成的通信、计算资源，因此通信电源领域实现数字化将是能源行业实现数字化的排头兵。通信电源的数字化转型，即利用智能数字技术，引导能量有序流动、大幅度提高通信电源系统的效率及寿命、充分利用各种可再生能源及传统能源，构筑更高效、更清洁、更灵活、更经济、更安全的现代通信电源体系。收稿日期：2019-03-211 通信电源能量控制现状

1.1 不间断电源技术目前通信电源领域的不间断电源技术相对成熟，已经形成了模块化配置；主机及电源模块实现了较高的转换效率、较低的成本；电源模块的休眠功能可以使系统工作在最佳效率点上；针对不同用电设备及场景可提供不同的电压等级的电源模块系列，有效适应主设备需求及实现高效的能量传输；具备了比较完备的蓄电池的管理系统，可实现对蓄电池的温度补偿及定时充放电功能；实现了对不间断电源系统的三遥功能等。目前的不间断电源系统作为通信电源系统数字化的一部分，存在一定局限性。如电压等级相对固定；对于蓄电池单元的管控相对粗放；不具备其它能源接入接口；系统容量相对固定；无法实现小颗粒度的能量快速调度及分配等。5

2019年4月 第 4 期（第32卷 总第260期）月刊

电信工程技术与标准化 信息能源专题1.2 蓄电池技术目前,通信电源主要应用的蓄电池类型主要为铅酸蓄电池及锂电池，绝大部分铅酸蓄电池组还采用电池组内单体间直接相连，电池组之间直接并联的方式。在更换蓄电池组时需要将并联的多组蓄电池一同更换，或需要经过电池配对后重组，此种电池组运行维护方式将需要大量的人力物力来维护电池。同时，成组锂电池的使用，对于锂电池单体间的电池一致性有更高的要求，传统锂电池组BMS无法做到对锂电池组中每一个电池单体的监控管理，因此造成了锂电池组的循环寿命及安全性等指标远远无法达到锂电池单体的寿命和安全性指标水平。1.3 输配电技术现有通信电源配电是通过断路器及熔丝实现，目前大部分的智能配电只能够实现对于分路的电流、电能计量。对于多套用电负荷，一般配电及电缆均采用一对一方式配置，造成了在不同负载率情况下配电及电缆容量负载率偏低，大量配电容量及电缆容量浪费，同时主配电及电缆负载率偏高，造成前后端配电及电缆容量极不平衡的情况。出于对供配电安全性的考虑，供配电分合闸操作多以人工手动操作为主，智能化程度很低，而且供配电系统灵活性很差，一旦系统结构固定后，难以灵活变化，实现供电系统架构最优化、供电容量匹配化等功能。1.4 新能源现有的风能、光伏、燃气发电、燃料电池等，都可以作为现有供电系统的有效补充，但如何将以上多种能源方式灵活、安全、高效的引入现有供电系统中，需要通过统一的控制及调度系统进行统一控制，并选择合适电压等级并网。2019年 第4期图1 能量储存系统与信息储存系统对照

由此可见，将数字网络的技术概念打造为数字能源供电网络是未来供电技术发展方向之一。通过软件定义方式实现供电网络中电能流向控制的智能化、数字化，即通过现有的数字控制技术及大数据技术，控制智能、柔性的智能供电网络，来实现供电结构的最优化、供电效率的最大化、电力资源利用的高效化。2.1 能源路由器技术实现能源像数字信号一样能够在能源网络中有序流动是数字能源的终极目标。能源路由器技术是实现能源有序流动的核心技术之一。目前，通信电源较低的电压等级和负荷是今后能源路由器的主要应用领域。高性能的功率MOS管可以实现10kW以内的快速功率分断，但目前存在成本较高、耐受电压较低、发热偏高等问题。同时能量的传输为功率在导体中的时间积分，因此传统意义路由器高频率的分断、切换在能源领域并不适用，为实现能源的高效调度，应当限制能源路由器的分断、切换频率，使其工作在适当的分断、切换频率上，或通过能量的频繁调度产生的效益来抵消频繁分断、切换造成的能量传输效率降低。目前，能源路由器已经应用在蓄电池管控领域上，2 数字能源技术

随着技术的发展，数字网络集成度越来越高，运算速度越来越快，数据传输速度及带宽也有指数级的提高。将数据量及电能能量进行类比，也可以在供电技术中找到类似的架构，如图1所示。能源路由器的应用成功的解决了成组电池中电池单体一致性问题，大大提高了电池组的循环寿命。未来能源路由器将应用在对用电负荷的管理上，实现对于多种用电负荷高效供电，实现能量的智能调度与智能配电。2.2 数字能源机柜技术数字能源机柜技术利用了智能数字能源管控技术，6

2019年4月 第 4 期（第32卷 总第260期）月刊2019年 第4期信息能源专题 电信工程技术与标准化解决了通信机房内分布式供电电池系统管控问题。利用能源路由器技术对电池单体进行检测与管控，解决了大量电池串并联中的电池一致性问题，同时能源路由器技术可以将电池单体串并联架构自由重组，有效实现不同能力电池单体的灵活应用，也能够将故障电池单体有效隔离，其余电池重组为可利用的电池系统。最终使得电池系统可以像类似通信设备一样灵活维护，解决了传统电源、电池设备智能化程度不高，难以灵活监控维护的问题。数字能源机柜的应用也取消了通信机房电力电池室的设置，增加了装机面积，提升了能源转化效率。2.3 能源总线传输技术信息流可以在光缆或铜导线中自由并有序的传输，一根光纤或铜导线可以通过时分复用、频分复用、码分复用等多种方式传输不同去向的信息流。在通信电源领域，末端供电方案大都采用一对一的供电方式，相当一部分导体负载率很低，但部分导体负载率偏高，无法实现末端供电导体的高效利用，因此整合末端供电导体，结合能源路由器方案，形成能源总线传输方式，也是未来发展方向之一。到，能源流和信息流还是有很大不同的。信息流追求信息的快速处理及传输，需要在单位载波内包含尽可能多的信息内容，并以最快的速度进行解码及处理，因此信息流中单位时间内需要包含尽可能多的频率、波长、幅度、编码等能量变化；而能源流追求高效率的传输及转换，即单位面积导体中功率对时间的积分尽可能大，同时电压转换时，损耗尽可能小，能量流中加载频繁的分断、倒换、变换会大大影响能量流传输的效率。随着供电技术的不断发展，高温超导技术、新材料技术的发展及应用应当能够一定程度上解决以上问题。 4 结束语

实现数字能源技术应用要走的路还很长，本文通过理论类比的方式浅析了几个数字能源技术的发展方向和实现方式。在实际应用中应当结合现有技术，充分发挥数字能源技术的特点，提高整个供电系统的综合效率。因此在今后的研究中，应当充分发掘数字信息技术中的可用方案及原理，将其结合到通信电源领域中去，3 需要解决的问题

在数字能源技术发展的过程中，我们还是应当注意利用现有的新技术、新方法找到最佳切入点，不断丰富数字能源技术的应用，在尽可能少的影响能量流输送及转换效率的基础上提升整个供电系统的智能化程度。Brief analysis of intelligent digital power supply technology

LIU Qiang, LI Yu-sheng, GAO Xing-wang, WANG Hai-dong (China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China)Abstract In order to realize effi cient power supply and energy storage in power supply fi eld, it was an inevitable trend to introduce digital technology into power supply field comprehensively and appropriately in the future to realize the defi nition of power supply by digital power supply and software. In this paper, we analyzed typical technologies in the field of communication power supply. Several power supply technology schemes which can be applied in the fi eld of digital power supply are listed and analyzed. Then the technical points and problems of digital power supply development were pointed out, so as to prepare for the future development of digital power supply.Keywords digital power supply; software defi nition power supply; energy router7

2019年4月 第 4 期（第32卷 总第260期）月刊