電源:通信動(dòng)力的綠色未來

1 前言

“節(jié)能減排”成為2008年通信領(lǐng)域最熱門的話題之一，行業(yè)內(nèi)對此進(jìn)行討論和交流的研討會(huì)不斷召開，中國移動(dòng)等運(yùn)營商甚至為此成立了專門的管理辦公室。多家運(yùn)營商在各類產(chǎn)品的集中采購中，將是否具備節(jié)能功能作為重要的技術(shù)評價(jià)指標(biāo)。在中國移動(dòng)和聯(lián)通的集中采購中，通信電源全系列的產(chǎn)品都明確了“節(jié)能減排” 的功能要求。

中興通訊動(dòng)力產(chǎn)品線關(guān)注通信電源及UPS產(chǎn)品的節(jié)能功能已有兩年時(shí)間，通信電源方面之前已為國內(nèi)及國際運(yùn)營商開發(fā)過定制版本，模塊化UPS產(chǎn)品也在研發(fā)初期將相應(yīng)節(jié)能功能寫入開發(fā)任務(wù)書。隨著通信電源產(chǎn)品節(jié)能功能的實(shí)現(xiàn)和模塊化UPS產(chǎn)品T080的問世，中興動(dòng)力產(chǎn)品的“呼吸式”功率管理也應(yīng)運(yùn)而生。

2 呼吸式功率管理的意義

通信電源和UPS的效率在50%以上的負(fù)載條件下都可以達(dá)到90%，自身能耗不到10%，從絕對值來說，這類電源轉(zhuǎn)換設(shè)備的功耗遠(yuǎn)小于主設(shè)備和空調(diào)等動(dòng)環(huán)設(shè)備。但具體到自身的運(yùn)行可以看出，由于通信電源和UPS初始容量設(shè)計(jì)時(shí)，同時(shí)考慮了最大負(fù)載、蓄電池充電容量和備份容量，導(dǎo)致了實(shí)際運(yùn)行負(fù)載往往處于輕載和超輕載狀態(tài)，這種狀態(tài)下，電源轉(zhuǎn)換設(shè)備的效率往往較低，因此增加了自身的損耗。

“呼吸式”功率管理通過跟蹤負(fù)載的變化，控制功率模塊的開通與休眠，使系統(tǒng)盡量在最佳效率點(diǎn)附近進(jìn)行工作，將功率模塊的備份方式從熱備份變?yōu)槔鋫浞莺桶肜鋫浞荩瑴p少處于輕載和超輕載狀態(tài)下運(yùn)行的模塊。對于整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)而言，減少電力使用，節(jié)省電費(fèi)，提升運(yùn)營商TCO。

3 呼吸式功率管理的效益測算

從通信機(jī)房整體看，“呼吸式”功率管理僅僅是在不到10%的效率上做文章，但對于電源自身而言，從輕載的85%效率提升到92%左右的高效率，電源設(shè)備自身節(jié)能則接近50%。

以基站電源200A配置為例，如為50A四個(gè)整流器組成，長期工作負(fù)載不超過40A的工可作情況下，采用中興“呼吸式”功率管理，可每天節(jié)電3～4度。一年內(nèi)總節(jié)電達(dá)1000度以上，假設(shè)電價(jià)1元/度，則一個(gè)這樣的站點(diǎn)每年可能節(jié)約超千元。以通信電源的使用壽命大多在10年左右，也就是在整個(gè)的設(shè)備使用周期，節(jié)能費(fèi)用相當(dāng)于設(shè)備總價(jià)的80%以上。對于單省基站數(shù)量15000個(gè)點(diǎn)的運(yùn)營商的中等規(guī)模省份來說，每年可以節(jié)省電費(fèi)超過1500萬元。

4 呼吸式功率管理的實(shí)現(xiàn)方法

呼吸式功率管理實(shí)現(xiàn)的方法主要有三方面：

(1) 通過跟隨負(fù)載功率 控制功率模塊的開啟和休眠，使系統(tǒng)工作于最佳效率區(qū)域，實(shí)現(xiàn)效率的最優(yōu)化和節(jié)能的最大化。以通信電源為例，其工作的最佳效率段在50%～80%的負(fù)載段(見圖1)，通過最佳效率跟蹤，避免多模塊開啟導(dǎo)致的長期輕載工作。

(2) 降低休眠功率 為更深入的節(jié)能，需進(jìn)一步降低功率模塊的休眠功耗。傳統(tǒng)軟關(guān)斷模式，休眠功率約為15W～20W，3～4個(gè)模塊的休眠功率也達(dá)到50W～80W，占通信電源節(jié)能的比例較大。因此，中興新一代通信電源將整流模塊的休眠功耗降低到5W以下，在功率模塊開關(guān)的基礎(chǔ)上，錦上添花，進(jìn)一步強(qiáng)化節(jié)能效果。

(3)通過節(jié)能模式的變化實(shí)現(xiàn)滿足不同客戶需求的節(jié)能 呼吸式功率管理，采用安全、節(jié)能、錯(cuò)峰、自由四種模式相結(jié)合的控制方式，節(jié)能功能需求不同的客戶可根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)條件，針對現(xiàn)有局站、新建局站在改造和新建采用不同的控制模式，并結(jié)合動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的控制。

5 呼吸式功率管理的軟硬件容錯(cuò)設(shè)計(jì)

動(dòng)力設(shè)備作為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，其可靠性是第一位的。呼吸式功率管理本質(zhì)上是通過軟件對硬件的控制實(shí)現(xiàn)能耗的管理，某種程度上存在一定的可靠性風(fēng)險(xiǎn)，必須在通過軟硬件的容錯(cuò)設(shè)計(jì)給予可靠性的確保，其主要措施如下。

(1)工作與休眠的功率模塊定期切換(見圖2)，確保不同模塊的工作時(shí)間保持基本的一致，避免少數(shù)模塊長期工作而另一部分模塊長期休眠導(dǎo)致的可靠性隱患。

(2)對功率模塊的冗余備份數(shù)量的控制，通過結(jié)合軟件計(jì)算和人工菜單定義，既確保節(jié)能效果，又確保冗余備份模塊滿足現(xiàn)場運(yùn)行要求。

(3)“先開后關(guān)”、“先開先關(guān)”的控制機(jī)制，確保整流器切換期間負(fù)載的可靠運(yùn)行。

(4)超輕載狀態(tài)下對功率模塊開啟關(guān)閉數(shù)量的針對性計(jì)算和控制機(jī)制，確保備份模塊少或無備份模塊條件下的運(yùn)行可靠性。

(5)交流市電斷電、蓄電池故障、功率模塊及監(jiān)控單元故障條件下的針對性控制機(jī)制，按照優(yōu)先確?？煽啃栽倏紤]節(jié)能的思路確保系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

6 結(jié)語

千里之行，始于足下。節(jié)能減排工作的開展只是讓我們?nèi)A夏更綠、神州更美走出的第一步。“呼吸式功率管理”也僅僅是通信動(dòng)力系統(tǒng)節(jié)能工作邁步而前的一小步，后面還需要完成的工作很多。需要運(yùn)營商、設(shè)備廠商、行業(yè)內(nèi)的專家及全體動(dòng)力從業(yè)人員共同不懈的努力，向著綠色通信未來的目標(biāo)前進(jìn)。

更多好文：21ic電源