通信电源和机房环境节能技术指南 第2部分 应用条件.doc

中华人民共和国工业和信息化产业部 发布××××-××-××实施××××-××-××发布通信电源和机房环境节能技术指南第2部分 应用条件Guide for energy saving technology of power supply for telecommunications and Room environment Part 2: application conditionYD/T ××××.2××××YD中华人民共和国行业标准88.5中华人民共和国通信行业标准中华人民共和国通信行业标准ICS29.200M41目 次前 言 .1 范围 . 12 规范性引用文件 .13 通信电源和机房环境节能原则 .1 3.1 通信电源节能原则 .1 3.2 机房环境节能原则 .14 通信电源节能技术基本原理、特性和应用条件 . 2 4.1 谐波治理技术 .2 4.2 功率因数校正技术（PFC高频整流技术） . 4 4.3 休眠技术 .5 4.4 高压直流供电技术 . 6 4.5 通信用燃油直流发电机技术 . .8 4.6 智能燃气发电技术 .95 机房环境节能技术基本原理、特性与应用条件 .105.1 智能新风技术 .10 5.2 机房新风水帘过滤节能技术 .12 5.3 智能热交换技术 .14 5.4 乙二醇节能技术 .16 5.5 空调冷媒控制器节能技术 .18 5.6 热管节能技术 .20 5.7 氟泵节能技术 .21 5.8 空调自适应节能控制技术 .23 5.9 空调室外机雾化喷淋和冷凝水回收利用技术 .24 5.10中央空调系统水泵变频技术 .26 5.11中央空调主机变频技术 .29 5.12 中央空调水处理节能技术 .30 5.13 机房专用空调主机变频技术 .34 5.14 机房新风空调一体机节能技术 .366 新能源利用技术基本原理、特性和应用条件 .376.1 太阳能发电技术 .376.2 风能发电技术 .406.3 风、光互补发电技术 .436.4 相变材料技术 .456.5 燃料电池发电技术 .486.6 太阳热反射涂料技术 .51附录A 资料性附录：节能技术应用案例 .53前 言 YD/T XXXX-200X通信电源和机房环境节能技术指南分为如下五个部分：第1部分：总则；第2部分：应用条件；第3部分：电源设备能效分级；第4部分：空调能效分级；第5部分：气流组织。本部分为YD/T XXXX-200X通信电源和机房环境节能技术指南的第2部分。本部分主要依据中国移动和中国电信以及原网通等通信运营公司多年采取多项有效措施对通信局站电源、空调等设备开展各种节能技术的研究和试点成功及成熟的节能技术。即中国电信20081501号“关于印发中国电信节能技术与应用蓝皮书的通知”。节能减排工作所涉及的技术和方式种类繁多，如果各地都要对每一项可能的节能技术和措施进行试点、评估和推广，势必浪费大量人力、物力，影响到节能降耗工作的推进速度。为了贯彻落实中共中央关于制定国民经济和社会发展第十一个五年规划的建议，实现单位国内生产总值能耗降低20%，主要污染物排放总量减少10%的目标。CCSA组织各通信运营和生产企业的专家编制本部分标准。帮助各地通信运营企业系统的掌握通信网络、通信机房中各种节能技术应用的基础原理和技术特点，可根据当地实际情况和可能的条件，参考和借鉴本部分标准内容，进行认真分析并因地制宜地制定节能减排降耗方案，正确选择合适的节能技术，推广应用。本标准的附录A为资料性附录。本标准由中国通信标准化协会提出并归口。本标准起草单位：工业和信息化部电信研究院、中国电信集团公司、中国移动通信集团公司、中国联合网络通信有限公司、中讯邮电咨询设计院有限公司、上海邮电设计咨询研究院有限公司、南京佳力图空调机电有限公司、艾默生网络能源有限公司、广东省电信规划设计院有限公司、厦门科华恒盛股份有限公司、中国普天信息产业股份有限公司、温州市创力电子有限公司、成都迈普产业集团有限公司、杭州中恒电气股份有限公司。本标准主要起草人： 通信电源和机房环境节能技术指南第2部分：应用条件1 范围 本部分标准规定了通信电源和机房环境节能技术的定义、基本原理、技术特性与应用条件以及标准制定概况。本部分适用于通信电源和机房环境节能。各节能技术并非在各地区域均能应用，各地区域通信部门应根据当地的实际情况和可能条件，参考和借鉴本标准的内容及附录中介绍的实际应用案例，进行认真分析、思考和选择。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。YD/T 731-2008 通信用高频开关整流器YD/T 5040-2005 通信电源设备安装工程设计规范YD/T 1669-2007 离网型通信用风/光互补供电系统YD/T XXXX.1-201X 通信电源和机房环境节能技术指南 第1部分 总则3 通信电源和机房环境节能原则应执行YD/T XXXX-200X 通信电源和机房环境节能技术指南 第1部分 总则中的规定节能工作应以确保通信生产安全和设备使用寿命为前提。提供满足机房环境，确保通信设备安全供电和通信网络畅通，是通信运营的基本要求。提倡通过合理调整设备工况实现节能目标，不能因为节能而影响机房设备的运行安全，破坏机房的环境。3.1 电源设备节能原则应执行YD/T XXXX.1-200X中的XX章的规定要求。优化机房供配电方案，减少配电线路损耗；积极采用谐波治理、功率因数补偿、休眠技术、高压直流供电等节能技术，提高通信电源的转换效率等；积极采用可再生能源和新材料，如太阳能、风能等。3.2 机房环境设备节能原则应执行YD/T XXXX.1-200X中的XX章的规定要求。强化机房空调维护和空调电费精确化管理制度，合理调整机房设备布局及合理设定空调温度；积极采用智能新风、智能热交换、空调变频等节能技术，推广机房下送风的应用，改善上送风机房的气流组织等。4 通信电源节能技术基本原理、特性与应用条件4.1 谐波治理技术4.1.1 术语：1）谐波：对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量称为谐波。谐波频率与基波频率的比值（n=fn/f1）称为谐波次数，目前主要研究谐波次数的范围为2n50。2）谐波治理：采用有源或无源滤波技术将电网中因非线性负荷或逆变负荷产生的有害高次电流和电压谐波虑除，改善用户用电质量，提高稳定性和用电效率，避免因谐波过量而给用户和设备带来的严重后果。4.1.2 基本原理：1）无源滤波技术原理：无源谐波滤波器也称为被动调谐式滤波器（Passive Harmonic Filer），或简称LC滤波器，是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成的滤波装置。根据系统中已存在的谐波电流的分布及大小，设计适当组合的LC滤波装置来针对不同频段谐波进行虑除，达到不污染电网和提高用电质量的目的。2）有源滤波技术原理：有源谐波滤波器也属于为被动式滤波器，根据系统中已存在的谐波电流的分布及大小，有源滤波器对谐波进行采样、分析、建立频谱图，以此频谱图为依据向电网侧送一个与谐波相反的谐波，能有效地抑制2次25次谐波,并根据电网的情况调整电压与电流波形的相位角，修正电流波形，提高功率因数，达到虑除谐波目的。4.1.3 特性：1）无源滤波器设计简单，成本低，应用广泛的优点，同时存在如下缺点： - 只能抑制限定的几次谐波，在一定条件下可能与某次谐波产生谐振；- 只能补偿固定的无功功率；- 容易过载；- 质量与体积较大。无源滤波器有串联滤波、并联滤波和低通滤波三种基本形式：- 串联滤波主要适用于三次谐波的治理；- 低通滤波主要适用于高次谐波的治理；- 并联滤波可滤除多次谐波，同时提供系统的无功功率，是应用较广泛的电源净化滤波装置。在结构上有单调谐滤波器、双调谐滤波器和C型滤波器。如图1所示(a) 单调谐滤波器(b) 双调谐滤波器（c）C型滤波器图1无源滤波器的一般电路结构形式2）有源滤波器设计和控制复杂，成本高。与无源滤波器相比，有源滤波器具有高度可控制特性，可跟踪补偿各次谐波，自动产生所需变动的无功功率，无谐波放大危险，体积质量相对较小。常见的有源滤波器结构有四种：串联型APF；并联型APF；串联混合型APF；并联混合型APF。如图2所示。 (a)串联型（b）并联型（c）串联混合型（d）并联混合型图2 常见的有源滤波器 3）谐波治理方法比较几种谐波治理方法的比较见表1表 1 几种谐波治理方法比较治 理 方 法输入电流谐波输入功率因数投资6脉冲整流器< 33 %0.82低12脉冲整流器10% 12 %0.85高6脉冲整流器+无源滤波器10 %0.9较高12脉冲整流器+无源滤波器< 5 %0.95高6脉冲整流器+有源滤波器< 5 %0.95高4.1.4应用条件1）交流供电系统内总谐波电流含量（THD）大于10%时应进行谐波治理。2）交流供电系统内某处谐波电流含量超过30%时宜进行针对性治理。3）无源滤波器宜应用于用电负荷变化不大，系统谐波主要由某一次谐波组成的情况。4）有源滤波器可广泛应用于各种谐波治理场所，特别是安装有大容量开关电源和大型UPS的通信局站。5）应用时注意事项：- 建议采用并联有源滤波器的治理方法，对于部分局房也可采用并联无源滤波器的方法（如由于投资原因）。对于UPS设备谐波源的就地治理及区域治理主要采用闭环三相三线制；对于开关电源和变频空调设备的就地治理及区域治理采用闭环三相四线制；变压器低压侧集中治理采用闭环三相四线制。- 新建局房，为减少后期通信局房安装的UPS设备及整流设备等对电网产生的谐波污染，要求今后安装的UPS电源系统应配有谐波滤波器，整流设备应有对其输入谐波分量的要求。- 在低压电源系统采用就地或区域相结合的谐波治理方案，并预留有源滤波器、电流互感器安装位置及接线端子。4.1.5 标准制订状况GB/T 14549-93 电能质量 公用电网谐波 GB/T 15543-1995电能质量 三相电压允许不平衡度 GB17625.1-1998低压电气及电子设备发出的谐波电流限值(设备每相输入电流16A)YD/T 1098-2008通信用不间断电源-UPS2009H172 通信电源有源谐波治理设备技术要求和试验方法。4.2 功率因数校正技术（PFC高频整流技术）4.2.1术语在电源设备输入整流滤波与DC/DC变换器之间串入PFC电路，通过检测输出直流母线电压和输入电流来控制该环节的PWM工作状态，强迫输入电流跟随输入电压，从根本上抑制谐波电流的产生，从而实现高输入功率因数。非线性负载使交流电源的输入电流波形畸变，对电网产生谐波污染，同时造成输入功率因素过低。功率因数校正技术，就是将畸变电流校正为正弦电流，并使之与输入电压同相位，从而提高功率因素，达到节能效果。4.2.2基本原理功率因数校正技术的基本方法有两种，即无源功率因数校正和有源功率因数校正。采用无源功率因数校正时，在AC/DC变流电路输入端加入电感量很大的低频电感以减少滤波电容充电电流的尖峰。采用有源功率因数校正时，将输入的交流电压进行全波桥式整流，对整流后的直流电压进行DC/DC变换，再通过相应的控制使输入电流平均值自动跟踪全波整流电压基准，呈正弦波形，且相位差为零，使输入阻抗呈纯阻性，从而实现功率因数接近1。图3为单相PFC整流电路原理图：结构特征是在输入全波桥式整流与滤波电容之间加入PFC电路环节（升压型开关电路Boost），其目的使输入电流跟随输入电压按正弦规律同相位变化。PFC环节由电感L、开关管VT和二极管VD和相应的控制电路组成，控制电路接收输入电压波形频率和相位、输入电流波形和数值以及输出直流电压幅值等3个反馈信号，并以PWM方式控制开关管的导通和关断动作。（a）高频整流-PFC原理框图(b)电感电流变化示意图图3 高频整流-PFC原理示意图4.2.3特性： 1）无源功率因数校正方法简单，但校正电感体积庞大，校正效果也相对较差。2）有源功率因数校正控制较为复杂，但输入电流可以准确地追踪输入电压的波形相位，可将满载时功率因素校正到接近1。可有效的抑制输入电流谐波的产生并使输入谐波成分降到5%以下。4.2.4 应用条件主要应用于非线性负载如高频开关整流器的输入电路等。无源功率因数校正技术由于其技术的局限性较少采用。有源功率因数校正技术应用广泛，效果较好。4.2.5标准制订概况IEC61000-3-2-2009GB/T 17625.1-2003 电磁兼容限值 谐波电流发射限值（设备每相输入电流16A）GB/Z 17625.6-2003电磁兼容限值 对额定电流大于16A的设备在低压供电系统中产生的谐波电流的限制。4.3 休眠技术4.3.1 术语：电源系统根据负载电流大小，与系统的实配模块数量和容量相比较，通过合理的逻缉判断和控制技术，在保证系统冗余安全的条件下，来自动调整工作模块的数量或休眠部分模块，使系统工作在最佳效率点并保证模块间同步老化，从而降低系统的带载损耗和空载损耗，实现节能目的。4.3.2 基本原理：休眠技术包括整流模块的休眠和监控模块的冗余及循环开关机控制两部分。为了让提高电源系统的运行效率，系统根据实际的负载使用情况和系统最佳工作点情况，调节模块工作状态，使某些模块处于休眠状态，达到损耗最低，一旦负载增加，则由监控模块将其唤醒进入工作状态。为使所有的整流模块同步老化，延长电源使用寿命，监控模块统计每个整流模块的运行时间，按一定的时间间隔将某些运行时间最短并处于休眠中的模块唤醒工作，同时将运行时间最长的模块进入休眠状态，从而达到所有整流模块使用时间基本同步，延长电源设备使用寿命。4.3.3 特性：1）系统根据负载变化，动态调整实际运行模块数量，通过关闭部分整流模块，将负载量集中于少数几个模块，使其保持工作于最佳效率点附近。2）在休眠节能模式下，通过在整流模块内增设直流侧辅助电源，使模块完全关闭功率电路，从而使休眠模块达到最佳的节能状态。3）在休眠节能模式下，模块的主电路完全停止工作，但控制电路仍在工作，整个系统处于待机状态。一旦有告警等异常情况，休眠模块可立即进入工作状态。4）整流模块的休眠时间和休眠次序可以通过软件设置，实现模块的轮换休眠，从而使每个模块的累计工作时间基本一致，同步老化，提高整流模块的使用寿命。4.3.4 应用条件- 应用于冗余并联模块构成的电源系统中。- 应用时注意事项：休眠技术功能的使用不得降低系统的可靠性和安全性。系统应至少保证两块整流模块工作，当系统出现整流模块故障、控制器失效、市电异常、电池均充等情况时，系统应自动取消模块休眠功能；当异常情况消失，系统处于浮充状态时，再启动模块休眠功能，从而保证系统的安全稳定运行。4.3.5 标准制订概况YD/T 731-2008通信用高频开关整流器YD/T 1058-2007 通信用高频开关电源系统2008H133 通信用模块化不间断电源技术条件（报批稿）。4.4 高压直流供电技术4.4.1术语用比通信用48V电源电压高得多的直流电源系统，替代原来的交流UPS为使用交流供电的通信设备进行供电。高压直流供电系统标称电压一般设定在240V-420V之间。4.4.2基本原理高压直流供电系统由多个并联冗余整流器和蓄电池组成。正常情况下，整流器将380V交流电源变换成240V、350V或420V等高压直流电源，再通过高压直流配电设备供给通信设备，同时给蓄电池充电，最后由通信设备中的直流-直流变换设备将高压直流电变为+12V,+5V等低压直流电直接为设备中的电子负载所用。当交流输入电源故障时，由蓄电池放电为通信设备提供可靠的直流电源。此部分不重要，可去掉图4是高压直流电源（HVDC）供电系统原理示意图AC/DC A C 输入 工频 DC/DC LC高频 D C 输入 滤波 整流 变 频 滤 波 输出 电 池 组 图4 HVDC电源及IT设备工作原理示意图4.4.3 特性1) 安全性采用高压直流供电技术与交流供电系统相比较，交流220V/50Hz交流电源对人的危害大，当用直流电时，其电击危险程度约为50Hz交流电的40%，故直流供电较为安全。2) 可靠性- 采用高压直流供电技术，直流电源模块输出和电池直接并联给负载供电，当停电时，蓄电池的电能可以直接供给负载，确保供电的不间断。- 采用高压直流供电技术并机技术简单，各个直流模块之间不存在相位、相序、频率需同步的问题，只有电压幅值一个参数，系统结构简单，且消除了UPS并机板的单点故障。提高供电系统可靠性。3) 节能性- 和交流UPS系统相比较，直流供电系统中省掉了逆变环节中的损耗（5%），转换效率提高；- 用直流电源输入服务器，避免了功率因数校正与谐波治理问题，降低了整个回路中的线损。- 可并联的整流模块数量多，使直流供电的每个模块的使用率大大高于交流UPS的负载率，提高了整个供电系统的效率。使供电系统节能为20%30%。- 在同等条件下，当采用的供电电压等级大于240V时，在配电线路上功率损耗低于220V交流供电。4) 可维护性整流部分采用模块化，支持带电热插拔。当整流模块出现故障时维护人员可以随时更换模块，不影响系统的正常运行。5) 经济性从经济方面比较，交流供电由于要采用UPS冗余设备的方式，投资增加，而直流供电则采用n+1模块式结构，在相同可靠性指标时，直流供电节省投资为30%40%。4.4.4 应用条件适用于通信局站和数据机房中向交流输入电压范围为110V240V的通信设备供电，标称电压为240V、300V、350V的直流供电系统。应用时注意事项：1） 服务器电源的母线电压与效率目前使用的服务器电源有两大类，一类是传统无功率因数校正的硬开关技术的电源（ATX和SSI制式），大多采用单端正激或半桥拓扑结构，其效率在70-85%之间。由于是硬开关技术，在输入电压低（输入电流大）和输入电压高时其开关损耗都较大，效率最大点都在额定220VAC，额定负载下。因此，HVDC的浮充应该在275V较为合适，过高的母线电压不仅会效率降低，也会威胁到开关管的安全工作区，则最高直流电压不宜超过350V。另一类是加有APFC高功率因数的电源，这类电源实际上是两级变换，第一级是APFC BOOST 变换器，第二级是DC/DC变换器。由于BOOST 变化器效率高与输入电压范围不是太大，可以考虑使用最大400V或282V直流电压。如果使用400V直流电压以后服务器电源升级改进可以取消BOOST 变换器。如果使用282V直流电压无论什么服务器电源都不用更改。2） HVDC 电源模块电压调整问题 目前在HVDC中使用的电源模块，都是从电力操作电源而来，其特点是三相三线制，无源功率因数校正，功率因数0.92左右，输出电压最高286V，由于受模块功率密度的限制，输出电压的上调，输出电流必须减少，即恒功率输出。由于受输出整流管耐压和输出电解电容耐压的限制，输出最大电压只能调整到320V。否则，设计变更太大，需要重新设计。3） 绝缘监测仪在HVDC中的必要性 虽然高压直流电压与交流电压的峰值相比并不高，但是，由于交流电压过零的存在，其危险性远远低于高压直流，因此，为了保证操作人员的人身安全，在HVDC中增加绝缘监测的功能是必不可少的，绝缘监测仪应该放在列头柜中，以便定位支路。- 绝缘监测的选择 绝缘监测有三种形式，即平衡电桥法、小信号注入法和漏电流检测法。平衡电桥法，简单可靠，但是，只能检测母线对地绝缘不良，不能定位支路；小信号注入法，容易受共模干扰，漏电流检测法是最好的选择，缺点是当支路多的时候，成本较高。- 漏电流绝缘监测仪的工作原理 先检测母线对地是否平衡，如果不平衡，分别投切检测电阻以测量各支路漏电流，根据漏电流可以定位支路以及计算绝缘电阻值的大小。4) 采用熔断器和空开组合方式保护，末端采用直流空开与交流空开组合方式保护，禁止普通插座连接。 5）一台IT设备内部配置多个电源模块时,必须对应多个分路开关控制，禁止一个分路空开控制多个电源模块。4.4.5 标准制订概况GB/T 156-2007 标准电压YDB 037-2009 通信用240V直流供电系统技术要求；数据中心用直流UPS供电系统（技术报告类在研）。4.5 通信用燃油直流发电机4.5.1术语通信用燃油直流发电机采用新型高能效比“白氏”发电机，并嵌入AC-DC稳压技术，供电输出品质达YD731-2008标准要求，整机系统高出同类型交流发电机效能20以上，重量约为同直流功率输出交流发电机35，降低了发电机的油耗，且能够达到节能减排的目的。4.5.2基本原理：发电机由动力机、电机、AC-DC控制等三部分组成，动力机采用业界通用品牌燃油机头，电机采用专利技术的“白氏”发电机，控制部分以通信电源技术为路标，使输出品质达开关电源品质标准。4.5.3 特性1） 直流发电机可直接与蓄电池或通信设备连接，直流发电机的直流输出技术指标应全面满足YD/T731-2008中的要求。2） 直流发电机目前均为燃油式发电机，燃油种类为汽油和柴油。3）直流发电机应具备对蓄电池的基本管理特性，具有均浮充转换、充电限流、恒压充电等功能。4.5.4 应用条件直流发电机适用于通信局站和移动通信基站中的通信设备供电系统，标称电压为24V、48V。4.5.5 标准制订概况 该设备目前没有制定相关标准。4.6 智能燃气发电技术4.6.1术语：以燃气为燃料，利用燃气内燃发电技术和自动控制技术，根据对市电有无或是否缺相等的智能判断自动对用电设备进行供电。4.6.2基本原理：通过燃气发动机做功发电，并根据对市电有无或是否缺相等的智能判断自动对基站设备进行三相供电。通过整合的进风口、排风口形成一个相对的密闭自循环系统，对基站内的空气和温度没有影响。智能燃气发电系统主要由燃气发电机主机、自动控制系统、静音减振系统和燃气系统组成。智能燃气发电系统结构及安装示意图，如图5所示：图5 智能燃气发电系统结构及安装示意图自动化监控系统除与箱体内的可燃气体传感器配合外，还可和装设于室内的可燃气体传感器配合，传送告警到自动控制箱，并进而切断燃气管路，闭锁机组运行，确保机房整体的安全；同时自动化监控系统配合箱体内的温度传感器和机油油位传感器，密切检测机组运行的状态，当温度超过安全设定值时，直接停止机组运行、实行闭锁，并切断燃气管路。可通过RS232接口接受移动运维管理中心管理，集中监控各基站机组运行状态，包括：电压，电流，频率，温度，燃气，油位等信号和告警信息，并可由中心根据需要直接远程控制机组启停 。智能燃气发电系统工作原理图如图6所示：图6 智能燃气发电系统工作原理图4.6.3特性此技术以燃气这种清洁能源利用为核心，在降低碳排放、减少有害污染物以及消除噪音污染方面都优于现有燃油内燃发电技术。同时，依靠可靠、智能的控制技术，可以有效地提高后备应急供电工作的效率。4.6.4应用条件及注意事项按照网络层次结构的重要性可在下述场景中应用：1）三、四类市电供电的节点站、VIP站。但此类基站的重要性需加强保障，所以需优先保障此类基站的供电。2）三、四类市电供电的