基站降耗與通信電源休眠節(jié)能技術(shù)

一、 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)張，通信網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備、動(dòng)力系統(tǒng)以及機(jī)房、基站等成倍增加，需要耗費(fèi)大量的電能。此外，為了確保核心設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需要采用空調(diào)等設(shè)備控制室內(nèi)的溫度，又造成了較高的能耗。

目前，整個(gè)通信行業(yè)耗電達(dá)到200億度以上。從可持續(xù)發(fā)展的角度，節(jié)能減排已成為衡量企業(yè)未來發(fā)展的重要指標(biāo)。

本文從基站的能耗出發(fā)，分析了基站的能耗模型，提出了基站能耗中的級(jí)聯(lián)效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上對(duì)通信電源設(shè)備的節(jié)能進(jìn)行了重點(diǎn)分析，提出了休眠節(jié)能模式并給出了實(shí)驗(yàn)室和實(shí)際站點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果。結(jié)果表明，通信電源休眠節(jié)能模式可以有效的降低電源系統(tǒng)及基站能耗。

二、 典型基站的能耗模型與級(jí)聯(lián)效應(yīng)

圖1 基站能耗模型

根據(jù)基站的設(shè)備配置及實(shí)際運(yùn)行狀況統(tǒng)計(jì)，基站能耗分配如圖1示。據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)房?jī)?nèi)主設(shè)備耗電量約占整個(gè)機(jī)房耗電量的43%，空調(diào)耗電量約占整個(gè)機(jī)房耗電量的46%，通信電源耗電量占機(jī)房耗電量的8%左右，剩余3%來自于機(jī)房配電及照明裝置。

根據(jù)目前網(wǎng)上設(shè)備狀況，各種設(shè)備的典型效率如下表1所示：

根據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備的工作狀況并結(jié)合表一中設(shè)備的典型參數(shù)，可以推出機(jī)房的能效邏輯圖如圖2 。

圖2 機(jī)房的能效邏輯圖

通信電源（AC/DC）本身不是空調(diào)的的下級(jí)設(shè)備，但是考慮到空調(diào)要對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)的所有設(shè)備（包括空調(diào)自身）進(jìn)行散熱，因此可以把空調(diào)“等效為”插入機(jī)房所有設(shè)備前級(jí)。

從圖2中機(jī)房的能效邏輯圖可以看到，基站內(nèi)設(shè)備功耗是有級(jí)聯(lián)效應(yīng)的，末端設(shè)備功耗會(huì)逐級(jí)放大?；驹O(shè)備每節(jié)省一瓦電能，可導(dǎo)致整個(gè)站點(diǎn)節(jié)省2.68瓦電能。同樣，通信電源設(shè)備的能耗降低，也會(huì)降低機(jī)房配電及空調(diào)的能耗，因此，站點(diǎn)節(jié)能應(yīng)從末端設(shè)備入手，逐漸的向前端推進(jìn)。

三、 通信電源設(shè)備節(jié)能

通信電源是通信局站的關(guān)鍵設(shè)備之一。從基站的能耗模型來看，通信電源占基站總能耗的8%左右?？紤]能耗的級(jí)聯(lián)效應(yīng)，基站電源的降耗也會(huì)引起前端配電及空調(diào)耗電量的減少，因此，通信電源設(shè)備節(jié)能對(duì)機(jī)房的整體節(jié)能降耗有一定的實(shí)際意義。

圖3 通信電源系統(tǒng)效率曲線

通信電源系統(tǒng)節(jié)能要從提高系統(tǒng)整體效率出發(fā)。圖3為典型通信電源設(shè)備在不同負(fù)載率下的效率曲線。從該效率曲線可以看出，通信電源設(shè)備效率在從低負(fù)載率到高負(fù)載率呈增加趨勢(shì)?？紤]目前站點(diǎn)內(nèi)通信電源的配置，整流模塊的配置均包含了電池充電的容量。正常情況下，由于電池充電相對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)工作來講只有很短的時(shí)間。因此，大部分時(shí)間內(nèi)電源系統(tǒng)工作在50%以下負(fù)載率較低的區(qū)間，在話務(wù)量較低的階段，電源系統(tǒng)的負(fù)載率會(huì)進(jìn)一步降低。因此，電源系統(tǒng)大部分時(shí)間沒有工作在最佳的效率區(qū)間。

通過以上分析可以看出，通過電源系統(tǒng)控制使電源系統(tǒng)工作在最佳效率區(qū)間可以提高電源系統(tǒng)效率，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

四、 通信電源休眠節(jié)能技術(shù)

通信電源休眠節(jié)能技術(shù)是艾默生公司提出的降低通信電源能耗的有效手段。休眠節(jié)能技術(shù)的主要思路是電源系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)的負(fù)載情況和系統(tǒng)當(dāng)前模塊的工作情況，通過合理的邏輯判斷和控制，在保證系統(tǒng)冗余安全的條件下，有選擇的打開或休眠部分模塊，使系統(tǒng)工作在最佳效率點(diǎn)并保證模塊間同步老化。

休眠節(jié)能模式不同于模塊的冷備份模式。休眠節(jié)能模式下，模塊的主電路完全停止工作，控制電路仍在工作，整個(gè)系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)。一旦有告警等異常情況，休眠模塊可以立即進(jìn)入工作狀態(tài)。這與模塊的冷備份是完全不同的。

休眠節(jié)能技術(shù)也不同于傳統(tǒng)的遙控關(guān)機(jī)技術(shù)，傳統(tǒng)的遙控關(guān)機(jī)功能只關(guān)閉模塊的輸出部分，模塊輸入及其它輔助電路仍處于工作狀態(tài)。因此，模塊在遙控關(guān)機(jī)狀態(tài)下仍有一定的損耗。在模塊休眠模式下，模塊的輸入輸出完全處于關(guān)閉狀態(tài)，整個(gè)模塊的待機(jī)損耗明顯降低。

統(tǒng)工作在休眠節(jié)能狀態(tài)下，一旦負(fù)載增大到一定程度或系統(tǒng)異常，系統(tǒng)會(huì)立即根據(jù)需要喚醒部分休眠模塊。使整個(gè)系統(tǒng)始終處于安全可靠的工作狀態(tài)之下。

此外，系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)置的工作時(shí)間使模塊輪流休眠，從而使每個(gè)模塊的累計(jì)工作時(shí)間基本一致，從而使所有模塊均勻老化，避免個(gè)別模塊過度老化的現(xiàn)象。

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和實(shí)際站點(diǎn)的運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，通信電源休眠節(jié)能模式可以有效降低通信電源的能耗，對(duì)整個(gè)機(jī)房的能耗降低也有明顯的作用。表2為網(wǎng)上運(yùn)行的某型通信電源系統(tǒng)通過節(jié)能改造后，實(shí)際配置210A系統(tǒng)，在不同負(fù)載率條件下節(jié)能前后的效率比較和節(jié)能效果測(cè)試數(shù)據(jù)， 從測(cè)試結(jié)果可看出，采用休眠節(jié)能技術(shù)后，電源系統(tǒng)效率得到明顯提升且在不同負(fù)載率下保持較平穩(wěn)的狀態(tài)。因此休眠節(jié)能技術(shù)達(dá)到了控制系統(tǒng)在不同負(fù)載條件下工作在最佳效率點(diǎn)實(shí)現(xiàn)能耗降低的目的。

表2：電源系統(tǒng)休眠節(jié)能測(cè)試結(jié)果

休眠節(jié)能技術(shù)已經(jīng)過實(shí)際站點(diǎn)的運(yùn)行驗(yàn)證，通過比較站點(diǎn)的平均日耗電量，表明電源休眠節(jié)能對(duì)降低機(jī)房能耗是非常有效的。

五、 總結(jié)

通過本文的分析，可以得到以下結(jié)論：

1． 通信局站設(shè)備的能耗具有級(jí)聯(lián)效應(yīng)，末端設(shè)備功耗會(huì)向上逐級(jí)放大。因此，局站當(dāng)中末端設(shè)備能耗降低會(huì)帶來整個(gè)機(jī)房能耗更大的降低。

2． 通信電源設(shè)備由于配置和工作特性，大部分時(shí)間沒有工作在設(shè)備的最佳效率點(diǎn)。

3． 通信電源的休眠節(jié)能功能不同于模塊關(guān)機(jī)和遙控關(guān)機(jī)。休眠節(jié)能技術(shù)可以保證電源系統(tǒng)正常工作的條件下使系統(tǒng)工作在最佳效率區(qū)間，最大程度的降低設(shè)備能耗。

4. 實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和實(shí)際站點(diǎn)運(yùn)行的結(jié)果表明，休眠節(jié)能技術(shù)對(duì)降低設(shè)備能耗有明顯效果。