通信開關電源休眠節能技術應用

摘要：整流模塊效率與輸出電流大小存在直接相關性，存在一個負載電流與工作效率的二維曲線。采用合理的模塊配置，配置具有節能管理設計的監控模塊，提升單個整流模塊輸出電流，可以提升開關電源實際工作效率，降低損耗。經過應用測試，采用休眠技術使負載率由40%以下提高到70%左右時平均每套開關電源能耗降低了7.46%，具有一定的節能減排成效。

關鍵詞：基站 開關電源 負載率 休眠技術

1 概述

在我國通信電源的應用中，電源的容量都大于實際負載的容量，這一方面為了保證有足夠的容量用于電池充電。另一方面也是考慮擴容的需要，出于對通信電源系統的安全、可靠性考慮，開關電源系統容量采取整流模塊冗余配置，這樣往往電源系統由于帶載率低而低于最佳效率點運行，極大地浪費了能源。目前，對開關電源的節能措施，除了通過技術改進提高不同負載率時整流模塊的整體效率特性、降低模塊功耗等措施，還可以通過對開關電源的能效管理來實現節能。通過對電源模塊的休眠管理，提高運行模塊的負載率，可以更加合理地利用開關電源的功率曲線，可以實現很好的節能效果。

2 開關電源休眠節能原理

通信電源節能的關鍵是要提高系統的整體效率，圖中是典型的通信電源設備在不同負載率下的效率曲線。從圖示效率曲線可以看出，通信電源設備的效率隨著負載率的增加整體呈上升趨勢。

當負載率在40%-80%時，整流模塊工作效率較高，同時可降低整流模塊工作數量，提高負載率，降低空載損耗實現節能。

開關電源整流模塊休眠技術就是根據負載電流大小，與系統的實配模塊數量和容量相比較，通過智能“軟開關”技術，來自動調整工作整流模塊的數量，使部分模塊處于休眠狀態，把整流模塊調整到最佳負載率下工作，從而降低系統的帶載損耗和空載損耗，實現節能目的。休眠節能模式不同于模塊的冷備份模式。休眠節能模式下，模塊的主電路完全停止工作，控制電路仍在工作，整個系統處于待機狀態。一旦有告警等異常情況，休眠模塊可以立即進入工作狀態。這與模塊的冷備份是完全不同的。休眠節能技術也不同于傳統的遙控關機技術，傳統的遙控關機功能只關閉模塊的輸出部分，模塊輸入及其它輔助電路仍處于工作狀態。因此，模塊在遙控關機狀態下仍有一定的損耗。在模塊休眠模式下，模塊的輸入輸出完全處于關閉狀態，整個模塊的待機損耗明顯降低。

休眠狀態的整流模塊數量可根據負載的變化而動態調整，當負載增大到一定值時，可自動喚醒休眠模塊，保證整體輸出容量。同時還可以通過軟件設置整流模塊的休眠時間和休眠次序，使各整流模塊輪換休眠，維持各整流模塊工作時長的平均，提高各模塊的使用壽命。

3 休眠技術方案

由兩部分組成，整流模塊硬件白設計和監控模塊控制邏輯（模塊冗余和循環開關機控制）。

3.1 整流模塊硬件設計：通過整流模塊內增設直流側輔助電源，使整流模塊在休眠時完全關閉主電路，保留控制電路工作，使整個模塊處于休眠待機狀態，而達到最佳的節能狀態。

3.2 監控模塊控制邏輯：模塊冗余控制就是通過關閉部份整流模塊，使電源系統工作在整流模塊最佳效率點，從而達到節能；循環關機就是周期打開，關閉某個模塊使所有整流模塊同步地老化，從而達到延長模塊和系統壽命的目的。

4 節能測試效果分析

近期，對某運營商的基站開關電源進行了休眠技術應用試點，試點選取了2家開關電源主流廠商共4種型號設備、6個基站進行了試點；試點周期為2周，休眠技術開啟前后各占一周；對開關電源輸入功耗進行按日統計。得出以下結論：

4.1 采用前后耗能數據對比法得出：6處基站使用休眠技術可以使開關電源整體功耗節能效果的平均水平達到7.46%。

4.2 試點站節電率的高低與試點站的負載率和單模塊容量成比：原因是單模塊容量較大時功耗也較大。

4.3 在休眠改造后模塊負載率達到60%以上時，休眠技術節能功能效率高，在70%以上，節能效果很好。

4.4 根據對開關電源廠家50A模塊的調查統計，開關電源的每個整流模塊空載損耗為60W左右（而休眠時功耗為6W左右）。

5 經濟社會效益分析

目前，全國共有移動通信基站60萬個左右。當模塊按標準冗余方案配置時，在各種直流負載情況下，每個基站節電量平均約為70W，則每個基站一年可節電0.07×24×365=613.2kW·h，全國一年可節電613.2×600000=367920000kW·h。

從另一個角度分析，模塊休眠可平均減少各模塊的工作時間，降低模塊故障率，提高設備使用壽命，減少人工維護成本，提高通信企業的投資效益。如實施開關電源休眠節能措施，從全范圍來看，目前運行在各電信運營商網絡的基站電源有幾十萬套，如果都能采取技術措施實施休眠節能，則一年可節省的用電量達到幾億千瓦時，節電量可觀。因此，不管是從全球能源面臨枯竭的緊張局勢，還是從企業運行成本來考慮，推行基站開關電源休眠節能技術部是必要的。

6 總結

6.1 通信電源設備由于配置和工作特性，大部分時間整流模塊沒有工作在設備的最佳效率點。

6.2 通信電源的休眠節能技術可以保證電源系統正常工作的條件下使系統工作在最佳效率區間，最大程度降低了設備能耗。

6.3 通信設備休眠節能技術對降低設備能耗有明顯效果，易推廣。

6.4 休眠節能技術對系統負荷較小，負載較低的開關電源系統節能效果明顯，對負載率較大的系統效果不明顯。

參考文獻：

[1]劉劍剛.中興電源系統節能休眠技術簡介，中興通訊通信電源節能技術.

[2]康明.基站高頻開關電源休眠技術與節能減排效果分析，現代通信技術.2009，12.

[3]易序香.基站降耗通信電源休眠節能技術，通電信技術，2008，11.

[4]王超.艾默生電源系統節能休眠技術簡介.艾默生能源有限公司.2009，11.