开关电源节能原理及现网设备节能改造

1 节能意义及运营商的压力

近年来，环境问题越来越受到大家的重视，世界经济论坛《2007年全球风险报告》中指出：气候变化将成为21世纪全球面临的最严重挑战之一。中国政府在节能减排上有明确的规划，要求“十一五”期间，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%。通讯行业同样面临着严峻的节能减排压力，各运营商近几年来越来越关注设备的节能，并且把节能作为重要的战略任务来抓。在这个背景下，对于开关电源，同样提出了极高的节能要求，纷纷寻找节能的产品和现网设备的节能改造方法。

2 开关电源节能的原理

电源的节能有两个方法，第一个最直接的节能方式是提升整流器效率。从开关电源的出现到现在，一直都是所有电源人努力的方向，从最初的80%提升到现在的90%以上，近一年多，已经出现96%以上效率的整流器。相信随着器件成本的下降和技术进一步成熟，不久将得到规模应用。效率提升如图1所示。

图1 整流器效率提升

开关电源节能的另一个方法是，在整流器效率曲线固定的情况下，通过模块的休眠提升系统实际的工作效率。以50A模块为例，负载10A时，效率为87%-88%，负载40A时，效率超过93%，这两者之间能耗节省超过5%。其原理如图2所示。

图2 电源负载-效率曲线

整流器休眠的实现方法是：通过监控单元，自动检测负载电流大小，根据需要开启整流模块，让另外的模块进行休眠，从而实现节能。 其过程如图3所示。

图3 模块休眠节能原理图

3 现网设备节能改造的建议

开关电源休眠节能的方法最近两年才开始使用，对于三大电信运营商几十万套现网老设备并不具备这个功能。是否进行节能改造和以什么原则进行改造是大家关心的问题，我们的建议是成本回收和社会效益相结合的原则进行改造。以配置200A(4个50A模块)的开关电源为例进行分析，数据如表1。设备改造成本为1000元/站点，电费0.9元/kWh。

表1 不同负载率下的节能数据

从表1可知，负载率小于25%的站点非常具有改造的价值，大约1年左右就能收回成本，且节能效果非常明显;负载率25%～40%的站点可以根据情况选择改造，一般需要2年左右才能收回成本，在资金比较充裕的情况下可以进行，毕竟有社会效益; 负载率40%以上的站点不建议改造，因为节能效果比较小，成本回收期非常长。

4 现网设备节能改造案例

中兴通讯从2008年5月～2010年3月近2年的时间，先后对国内三大电信运营商十几个省份的两万多个站点进行了模块休眠节能改造。从改造后测试的数据分析，实际节能效果同理论计算基本吻合。以云南某运营商5个站点的节能改造为例进行说明，如表2所示。

表2 云南某运营商5个站点节能测试数据

从以上理论分析数据和云南实际改造的数据综合分析看，对于现网负载率小于40%的站点具备较好的改造前景，改造后节能效果明显。中兴通讯在对运营商的节能改造过程中发现，现网电源设备在电网正常时的负载率分布如表3所示。

表3 不同负载率的基站站点比例

负载率20%以下20%～40%40%以上

站点所占比例25%50%25%

从表3可以看出，负载率40%以下的站点占比达到75%，因此节能改造的应用前景非常大。截至2009年底，三大运营商现网基站累计数近70万个，有改造意义的站点有50万套，即使每个站点改造后每天节能2kWh，50万基站每天可以节省电能100万kWh，每年节电3.65亿kWh，具备很高的经济价值和社会效益。