一、概述
能源是發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)和提高人民生活水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ)；節(jié)約能源是合理有效地利用能源、緩解能源緊缺狀況、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和保護(hù)環(huán)境的重要措施。在通信行業(yè)中，人們通常把電源比喻為通信系統(tǒng)的“心臟”。 隨著我通信產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,通信電源和空調(diào)設(shè)備的規(guī)模將越來越大,消耗的電能也是一個(gè)龐大的數(shù)目.通信電源作為電信運(yùn)營商運(yùn)行維護(hù)的"心臟",在節(jié)能降耗方面具有很大的潛力.電費(fèi)作為最后一項(xiàng)未被控制的成本,在節(jié)能方面更具有緊迫性。
隨著通信由語音為主的通信時(shí)代轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)通信為主的時(shí)代,人們對(duì)通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了越來越高的要求.相應(yīng)的,對(duì)通信直流電源設(shè)備而言,其各方面的性能要求也越來越高,否則無法滿足通信網(wǎng)絡(luò)的高性能要求.同時(shí),隨著人們對(duì)于環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷增強(qiáng),以及能源價(jià)格的不斷上漲,對(duì)通信直流電源產(chǎn)品在環(huán)境保護(hù)和節(jié)能方面提出了更高的要求。從宏觀、全局和經(jīng)營效益的角度來看，通信電源似乎顯得并不十分搶眼，但從微觀和電源專業(yè)本身來看，從確保通信質(zhì)量、生產(chǎn)安全和財(cái)產(chǎn)安全的角度提出高度重視通信電源的運(yùn)行管理與應(yīng)用研究，頗有一定道理。
消耗能源巨大，設(shè)備資源豐富，需要精心管理通信生產(chǎn)用電和確保通信機(jī)房環(huán)境溫度等用電，所消耗的電能源是巨大的。而且通信電源設(shè)備的種類多、數(shù)量多，通信電源、空調(diào)設(shè)備資產(chǎn)大約占總資產(chǎn)的3％～5％，在一個(gè)擁有雄厚資產(chǎn)的強(qiáng)大通信企業(yè)——中國網(wǎng)通集團(tuán)公司，通信電源、空調(diào)設(shè)備的資產(chǎn)所占通信設(shè)備資產(chǎn)比例是非常高的，因此加強(qiáng)管理，提高使用效率，降低成本，意義重大。
而在通信機(jī)房中，除了雜項(xiàng)用電外，空調(diào)用電與通信用電各占一半。
因此說，節(jié)能降耗的能效有多大，很大程度上取決于對(duì)機(jī)房空調(diào)和通信電源設(shè)備的節(jié)能降耗改革的成果。
在本文中，我們一起探討兩種途徑來實(shí)現(xiàn)通信電源設(shè)備的節(jié)能降耗。
二、開關(guān)電源的關(guān)鍵技術(shù)帶來節(jié)能降耗
開關(guān)電源被譽(yù)為高效、節(jié)能電源，它代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向。采用開關(guān)電源可有效減小功率損耗，通過外部電路還可進(jìn)一步提高電源的工作效率。
通信電源，尤其是通信直流電源技術(shù)發(fā)展很快，但它的發(fā)展有以下幾個(gè)特征，以及開關(guān)電源技術(shù)有四大趨勢(shì)。這些新的技術(shù)和趨勢(shì)是實(shí)現(xiàn)通信電源節(jié)能降耗的重要途徑。
（一）通信直流電源技術(shù)發(fā)展的4個(gè)特征：
1．通信直流電源產(chǎn)品內(nèi)部各部分技術(shù)的發(fā)展存在不均衡性
通信直流電源產(chǎn)品一般由交、直流配電單元、整流器單元、監(jiān)控單元、蓄電池系統(tǒng)等幾部分構(gòu)成,但這幾部分的技術(shù)發(fā)展是不均衡的.其中發(fā)展最快的是整流器技術(shù),而配電技術(shù)則相對(duì)發(fā)展緩慢.這樣導(dǎo)致了整個(gè)通信直流電源系統(tǒng)內(nèi)部各部分的不均衡發(fā)展。
2．新型器件和材料得到不斷應(yīng)用
新型器件和材料的不斷涌現(xiàn)并被應(yīng)用到通信直流電源產(chǎn)品中。例如碳化硅(SiC)器件和新型磁性材料(如非晶材料)逐步開始應(yīng)用到通信用整流器中,DSP芯片也開始在整流器中得到規(guī)模應(yīng)用.更高性能的單片機(jī)系統(tǒng)在監(jiān)控單元中不斷得到應(yīng)用,膠體電池得到大量應(yīng)用等。
3．功率變換技術(shù)不斷發(fā)展
作為通信直流電源的核心部件---整流器在技術(shù)上發(fā)展最為迅速,各種新型線路技術(shù)、開關(guān)變換器技術(shù)、諧振開關(guān)技術(shù)、新型軟開關(guān)技術(shù)、功率因數(shù)校正技術(shù)、環(huán)路控制技術(shù)、均流技術(shù)都在不斷迅速發(fā)展并在產(chǎn)品中得到商用。
4．新的監(jiān)控技術(shù)不斷應(yīng)用
伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,一些新型技術(shù)也不斷在通信直流電源產(chǎn)品中得到應(yīng)用,如CAN總線技術(shù)、IP通信技術(shù)、USB技術(shù)、基于英特網(wǎng)的組網(wǎng)技術(shù)等。這些技術(shù)的應(yīng)用推動(dòng)了通信直流的智能化發(fā)展。
（二）通信開關(guān)電源的4種發(fā)展趨勢(shì)：
1、同步整流技術(shù)實(shí)現(xiàn)高效
從上世紀(jì)90年代末期同步整流技術(shù)誕生以來，開關(guān)電源技術(shù)得到了極大的發(fā)展，采用IC控制技術(shù)的同步整流方案已經(jīng)為研發(fā)工程師普遍接受，現(xiàn)在的同步整流技術(shù)都在努力實(shí)現(xiàn)ZVS、ZCS方式的同步整流。
從2002年美國銀河公司發(fā)表了ZVS同步整流技術(shù)之后，現(xiàn)在已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。這種方式的同步整流系巧妙地將二次側(cè)驅(qū)動(dòng)同步整流的脈沖信號(hào)調(diào)為比一次側(cè)的PWM脈沖信號(hào)的上升沿超前，下降沿滯后的方法實(shí)現(xiàn)了同步整流MOS的ZVS方式工作。最新問世的雙輸出式PWM控制IC幾乎都在控制邏輯內(nèi)增加了對(duì)二次側(cè)實(shí)現(xiàn)ZVS同步整流的控制端子。例如：Linear公司的LTC3722、LTC3723，INTERSIL公司的ISL6752等。這些IC不僅努力解決好初級(jí)側(cè)功率MOSFET的軟開關(guān)，而且著力解決好二次側(cè)的ZVS方式的同步整流，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)94%以上。
2、開關(guān)電源吹響數(shù)字化號(hào)角
目前在整個(gè)的電子模擬電路系統(tǒng)中，電視、音響設(shè)備、照片處理、通訊、網(wǎng)絡(luò)等都逐步實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，而最后一個(gè)沒有數(shù)字化的堡壘就是電源領(lǐng)域了。近年來，數(shù)字電源的研究勢(shì)頭不減，成果也越來越多。在電源數(shù)字化方面走在前面的公司有TI和Microchip。TI公司既有DSP方面的優(yōu)勢(shì)，又兼并了PWMIC專業(yè)制造商UNITRODE公司，該公司已經(jīng)用TMS320C28F10制成了通訊用的48V輸出大功率電源模塊，其中PFC和PWM部分完全為數(shù)字式控制。現(xiàn)在，TI公司已經(jīng)研發(fā)出了多款數(shù)字式PWM控制芯片。目前主要是UCD7000系列、UCD8000系列和UCD9000系列，它們將成為下一代數(shù)字電源的探路者。它們總體上既包括硬件部分，還要做軟件編程。硬件部分包括PWM的邏輯部分、時(shí)鐘、放大器環(huán)路的模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換以及數(shù)字處理、驅(qū)動(dòng)，同步整流的檢測(cè)和處理等。
目前在電源領(lǐng)域里的競(jìng)爭主要還是性能價(jià)格的競(jìng)爭，所以數(shù)字電源還有很長的路要走，然而電源領(lǐng)域的數(shù)字化的號(hào)角已經(jīng)吹響了。
3、非隔離DC/DC技術(shù)迅速發(fā)展
近年來，非隔離DC/DC技術(shù)發(fā)展迅速。目前一套電子設(shè)備或電子系統(tǒng)由于負(fù)載不同，會(huì)要求電源系統(tǒng)提供多個(gè)電壓擋級(jí)。小到臺(tái)式PC機(jī)就要求有+12V、+5V、+3.3V、-12V四種電壓以及待機(jī)的+5V電壓，主機(jī)板上則需要2.5V、1.8V、1.5V甚至1V等。一套AC/DC中不可能給出這樣多的電壓輸出，而大多數(shù)低壓供電電流都很大，因此開發(fā)了很多非隔離的DC/DC，它們基本上可以分成兩大類。一類在內(nèi)部含有功率開關(guān)元件，稱DC/DC轉(zhuǎn)換器。另一類不含功率開關(guān)，需要外接功率MOSFET，稱DC/DC控制器。按照電路功能劃分，有降壓的STEP-DOWN、升壓的BOOST，還有能升降壓的BUCK-BOOST或SEPIC等，以及正壓轉(zhuǎn)成負(fù)壓的INVERTOR等。其中品種最多，發(fā)展最快的還是降壓的STEP-DOWN。根據(jù)輸出電流的大小，分為單相、兩相及多相。控制方式上以PWM為主，少部分為PFM。
在非隔離的DC/DC轉(zhuǎn)換技術(shù)中，TI公司的預(yù)檢測(cè)柵驅(qū)動(dòng)技術(shù)采用數(shù)字技術(shù)控制同步BUCK，采用這種技術(shù)的DC/DC轉(zhuǎn)換效率最高可以達(dá)到97%，其中TPS40071等是其代表產(chǎn)品。BOOST升壓方式也出現(xiàn)了采用MOSFET代替二極管的同步BOOST的產(chǎn)品。在低壓領(lǐng)域，增加效率的幅度很大，而且正在設(shè)法進(jìn)一步消除MOSFET的體二極管的導(dǎo)通及反向恢復(fù)問題。
4、初級(jí)PWM控制IC不斷優(yōu)化
有源箝位技術(shù)歷經(jīng)十余年經(jīng)久不衰，如今已發(fā)展為采用電流型控制方式，綜合了高邊箝位、低邊箝位兩種控制方案，給出了全新的控制技巧。
隨著開關(guān)電源的技術(shù)不斷革新，功率控制技術(shù)的不斷純熟，控制電路的不斷發(fā)展，通信電源的節(jié)能降耗能效日益凸顯，成為眾多運(yùn)營商關(guān)注的重要元素之一。
三．通信機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能降耗
通信機(jī)房節(jié)約能源的主要途徑：
1、利用大自然環(huán)境溫濕度的變化——是節(jié)約能源的途徑之一
大自然的環(huán)境溫濕度，晝夜、季節(jié)、地區(qū)都在變化，而通信機(jī)房發(fā)熱量是不變的，充分利用大自然冷熱對(duì)機(jī)房熱輻射效應(yīng)的變化，自動(dòng)改變空調(diào)合理運(yùn)行所應(yīng)有的溫度和濕度設(shè)置值，減少壓縮機(jī)工作時(shí)間，控制空調(diào)的總制冷量輸出，做到“按需制冷、供冷”,節(jié)約空調(diào)的耗電量。準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在上海地區(qū)夏季的空調(diào)用電量一般要比冬季高出約40%左右。采用自適應(yīng)節(jié)能技術(shù)，通過精確控制把大自然溫度變化的能量轉(zhuǎn)化為空調(diào)可節(jié)約的電量部分，這是人工控制做不到的。
通信機(jī)房的空調(diào)數(shù)量或者說冷量（大卡）的配置值n臺(tái)數(shù)，在機(jī)房設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)充分考慮到了。其主要的“冷量峰值”是夏季高溫季節(jié)的最高溫度時(shí)段，如午后太陽西曬時(shí)，也就是說空調(diào)的制冷大卡量是滿足夏季最高溫度時(shí)對(duì)通信設(shè)備的冷卻標(biāo)準(zhǔn)。加上 1 臺(tái)備用空調(diào)機(jī)組（即n+1臺(tái)）大部分時(shí)間也會(huì)投入使用，因此隨著晝夜、季節(jié)、地區(qū)的溫度變化，空調(diào)制冷富余量幾乎永遠(yuǎn)存在，只是大小差異而已。見如下示意圖；
我們通常講的采用自適應(yīng)技術(shù)平均節(jié)電率20%是指一年的平均節(jié)電率。由外部環(huán)境溫度的變化而產(chǎn)生的空調(diào)富余量直接影響節(jié)電率或者說節(jié)電度數(shù)的絕對(duì)值。不同機(jī)房的工況環(huán)境條件與節(jié)電率大小也是有密切關(guān)系的。
根據(jù)大連網(wǎng)通機(jī)房近幾年的空調(diào)用電數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，1臺(tái)3.2萬大卡的空調(diào)，夏季耗電190度/天，冬季耗電133度/天。全年平均耗電153度/天。夏季比冬季耗電量高40%左右。下表數(shù)據(jù)可見，不同季節(jié)的節(jié)電率是不同的，而且節(jié)電度數(shù)的絕對(duì)值也是不同的。事實(shí)上，白天和晚上的耗電量都是不同的。
2、跟蹤機(jī)房區(qū)域環(huán)境溫濕度，使空調(diào)更“聰明”——是節(jié)約能源的途徑之二
自動(dòng)跟蹤機(jī)房“各區(qū)域”內(nèi)真實(shí)的溫濕度數(shù)據(jù)值，控制空調(diào)的“去濕”、“加濕”等功能，讓空調(diào)始終處于合理的工作狀態(tài)，避免做“無用功”。具體的辦法是：
首先將自適應(yīng)節(jié)能監(jiān)控器通過數(shù)據(jù)三通與原空調(diào)監(jiān)控平臺(tái)并聯(lián)，不影響原監(jiān)控系統(tǒng)的正常工作。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖：
機(jī)房平面環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布示意圖：
由于建立了這些虛擬的機(jī)房“溫度區(qū)域”，空調(diào)可以有的放矢，按需供冷，不會(huì)發(fā)生由于某一點(diǎn)的偽信息，而讓整臺(tái)空調(diào)機(jī)組產(chǎn)生誤動(dòng)作。
3、在目標(biāo)溫濕度值控制范圍內(nèi)，讓空調(diào)作節(jié)能控制——是節(jié)約能源的途徑之三
過去專用空調(diào)的控制大部分是在22℃±2℃,50±5%，其實(shí)國標(biāo)控制值是23℃±2℃，40—70%。
下圖是以濕度控制為例，說明專用空調(diào)節(jié)電的方法。
改變手動(dòng)設(shè)置壓縮機(jī)頻繁工作的狀況，讓空調(diào)濕度設(shè)置點(diǎn)，在目標(biāo)值內(nèi)盡可能與環(huán)境濕度接近，從而大大節(jié)約了空調(diào)用電度數(shù)。
4、“N+1”臺(tái)空調(diào)富余量的自動(dòng)控制，而且自動(dòng)優(yōu)先排序——是節(jié)約能源的途徑之四
根據(jù)“空調(diào)組群”里“N+1”臺(tái)空調(diào)所產(chǎn)生的制冷量總和，自動(dòng)判斷空調(diào)需要“n+1”或者“n-1”的物理位置，控制其合理的開啟或關(guān)閉狀態(tài)，達(dá)到節(jié)約能源的效果。
機(jī)房內(nèi)發(fā)熱源（交換機(jī)、計(jì)算機(jī)）的分布是不均衡的，所以“空調(diào)組群”里的每臺(tái)空調(diào)所對(duì)應(yīng)區(qū)域的制冷負(fù)荷量必然是不同的。對(duì)“空調(diào)組群”實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，而且自動(dòng)優(yōu)先排序，使冷量利用效率最大化是有效的節(jié)能措施，也是確保機(jī)房恒溫恒濕工作環(huán)境的技術(shù)保障。
通過上述技術(shù)措施，可以達(dá)到以下效果：
1、有效降低機(jī)房內(nèi)環(huán)境的溫差△t，提高機(jī)房整體恒溫恒濕效果，確保機(jī)房內(nèi)通信設(shè)備的安全性，降低主設(shè)備故障率。
2、自動(dòng)控制空調(diào)溫濕度數(shù)據(jù)設(shè)置值，自動(dòng)優(yōu)化空調(diào)工作性能和狀態(tài)，控制“空調(diào)群”的組合使用效率，減少空調(diào)不合理的耗電量部分。
3、自動(dòng)優(yōu)化和控制空調(diào)壓縮機(jī)合理的負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，延長了空調(diào)使用壽命。
由此我們可以得出以下4個(gè)結(jié)論：
1、根據(jù)前面介紹的節(jié)能途徑和原理，自適應(yīng)節(jié)能技術(shù)節(jié)電率大小主要取決于空調(diào)富余量（相對(duì)于機(jī)架發(fā)熱總量）。除了夏季高溫時(shí)段外，一年四季絕大部分時(shí)間內(nèi)的機(jī)房空調(diào)富余量是比較大的。
2、空調(diào)的富余量，既取決于室外晝夜、季節(jié)、地區(qū)的氣侯變化、又取決于空調(diào)機(jī)組自身的制冷效率、機(jī)房密封性能、機(jī)房工況條件等諸多不同因素。
3、不同季節(jié)的節(jié)電率是不同的，年平均節(jié)電率一般約為20%左右。
4、自適應(yīng)控制專用空調(diào)的節(jié)能技術(shù)，有效解決了機(jī)房安全與節(jié)能的問題。尤其是避免了為節(jié)能而影響機(jī)房環(huán)境的安全。
四．節(jié)能措施
為了迎合新技術(shù)和市場(chǎng)的變化達(dá)到節(jié)能目的，根據(jù)省公司的統(tǒng)一部署安排結(jié)合實(shí)際情況，將設(shè)備實(shí)占率低開關(guān)電源冗余模塊多、耗電大的設(shè)備，依據(jù)設(shè)備負(fù)載和蓄電池容量的大小，適時(shí)關(guān)閉冗余模塊數(shù)量近120塊，每年節(jié)電近5萬元人民幣。
由于投入的資金有限，空調(diào)設(shè)備的節(jié)能降耗只能采用有限的方法：
封閉空間減少能量流失；
根據(jù)季節(jié)、溫度變化人工調(diào)節(jié)溫濕度；
改善冷凝器通風(fēng)環(huán)境和保持清潔，減少用電消耗；
通過三線分離改變送風(fēng)走向和風(fēng)量。
五．結(jié)束語
通信電源作為通信的心臟和能源消耗的主要核心，也是節(jié)能的主要重點(diǎn)。本著通信暢通設(shè)備完好的思想，利用科學(xué)的方法和手段，合理、科學(xué)、安全使用調(diào)配現(xiàn)有的設(shè)備，提高效率達(dá)到降耗的目的。
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