通信开关电源休眠节能技术的应用分析

何 霞

（中国铁塔股份有限公司 广州市公司，广东 广州 510000）

0 引 言

通信开关电源在选择电源容量时，需要保证负载最大功耗状态下的供电，同时有足够的容量用于电池充电，再考虑N+1冗余，然而系统日常运行时的负载率往往较低，无法达到标称的系统效率，造成了能源的浪费。通信开关电源的节能措施中，可以开展技术改进及加强开关电源能效管理，使整流模块运行于最佳效率点附近，进而达到节能效果。

1 通信开关电源休眠节能的必要性

在通信企业中，降低电力消耗是实现节能减排的核心。近年来，通过对大量节能降耗测试推广工作的开展，通信行业中已经明确了通信机房的节能工作，涉及到了机房环境通风隔热、通信设备节电、空调节电等方面的内容[1]。以常规通信基站的运行情况、设备配置来看，能耗的构成要素主要包括：机房配电照明占比3%、通信电源设备耗电占比8%、空调用电占比46%、通信主设备耗电占比43%。从中能够看出，通信基站节能减排中，作为保证通信主设备带载及不间断运行的通信开关电源节电也不能忽视。因此，在基站降耗工作中，积极开展通信开关电源的休眠节能也有很大的必要性。

现广州通信基站每日电量大于200 kW·h的站点约4 400个，而广州公司每日需承载约有15 000多个基站滴水般的耗电。在能源价格不断上涨、电量增长不可逆转的形势下，坚持开源与节流并重，优化节能，降低基站耗电量势在必行。

2 通信开关电源休眠节能的主要原理

在通信开关电源节能方面，将系统整体效率提高是一个关键点。结合不同负载率条件下通信开关电源设备的效率，能够发现随着负载率的提升，通信开关电源设备的效率也会增加[2]。通信基站电源配置方面，通常都是根据最大负载、蓄电池充电电流、N+1备份等原则确定。在具体运行时，相对于整个电源系统，蓄电池充电时间很短，所以很多情况下，电源系统都是在50%以下负载率较低的区间内工作。如果基站话务比较低，还会进一步降低电源系统的负载率。因此，在很长时间内，电源系统整流模块都处于低负载状态，并未达到最佳工作效率区间。由此能够看出，结合电源系统效率进行分析，可以改进电源系统监控模块的管理功能，达到整流模块智能休眠的效果，保证开关电源系统的工作效率区间最理想，提升电源系统效率，以满足节能的效果要求。

不同负载率的模块效率如图1所示。如果整流模块的负载率处在A以下，则整流模块处于较低的效率水平；如果整流模块的负载率在A、B之间，则整流模块处于最高的工作效率；如果整流模块的负载率在B以上，则整流模块处于降低效率输出的状态。当整流模块的负载率在A以下时，则开关电源可以利用监控单元，将部分整流模块关闭，调整为待机热备份的状态。这种状态不会产生较高功耗，系统中运行的电源模块也能保持在A点以上的负载率[3]。此外，如果整流模块的负载率在B以上，效能管理使整流模块调整为休眠关闭，那么监控单元可以将关闭的模块自动打开，从而确保系统整流模块的负载率始终维持在A、B之间，这样电源系统的运行效率就能保持在较高水平。

图1 不同负载率的模块效率

电源系统应用智能休眠功能后，如果出现负载率明显增加的情况，如模块故障、停电恢复后蓄电池充电等状态时，在确保系统冗余安全的基础上，监控单元可以将休眠待机整流模块有选择性地及时打开，进而保证系统的工作状态可靠、安全、稳定。监控单元能够定期开关转换工作和休眠的整流器，让各个模块基本保持相同的工作和待机时长，这样能够确保模块老化进程均匀，工作寿命基本相同[4]。通过将各个整流模块处于相同工作状态，防止出现部分模块长时间高负荷运行而发生损坏的情况。此外，休眠节能技术（见图2）和传统的遥控关机技术不同，在模块休眠部分中，工作运行的只有控制部分。而遥控关机功能只能将直流电源转直流电源（Direct Current/Direct Current，DC/DC）部分也就是模块输出部分关闭，所以会产生一定的损耗，因此休眠节能技术的效果更好。

图2 休眠节能技术

3 通信开关电源休眠节能技术的测试应用

当前电信运营企业对于新入网的通信电源都提出了明确的要求，必须要具备模块智能休眠功能，以满足节能降耗的工作要求。以往的在网运行开关电源基本都没有整流模块智能休眠节能管理的功能，对此可以更换升级监控单元控制芯片，使其具备休眠管理的功能。某省两家主流通信电源厂家基站开关电源开展了休眠节能升级改造测试，后续在基站中大范围应用。分别在该省两个地市分公司基站选择两种在网运行电源[5]。同种电源各选取3个不同负载率基站，更换监控单元控制芯片，具备整流模块智能休眠节电功能。将电表安装在开关电源输入端，对改造前后不用时间电源耗电量进行统计，测试中确保开关电源没有和其他交流用电设备连接。注意选取的站点系统负载率不超过50%，负载无较大波动基本不变，每日严格在相同时间抄取电表读数，且使用的电表为高精度，保证数据精准[6]。测试结果如表1所示。

根据表1能够得知，两种参与休眠节能试验的基站电源均为20%左右的平均负载率，使用节能管理芯片更换后，取得了显著的节电效果。其中，A电源和B电源的每日节电分别为6.7 kW·h和5.4 kW·h。以B站为例，每个基站每月的节电量约为162 kW·h，每年的节电量约为1 944 kW·h，相当于关闭2个120万kW的中型发电厂，约为2个中型城市的用电量。模块休眠的应用不仅具有巨大的经济效益，更有巨大的环保效益和社会效益。

通过比较基站1和基站4的数据能够得知，如果负载电流相同，两种不同电源也会存在较大的静态功耗差异。两个测试基站都是31 A的系统负载电流，而电源系统日均总耗电的差距是14.4 kW·h。

模块负载电流曲线如图3所示，利用动环监控系统，对基站6中4个整流模块负载电流的变化情况加以考虑，结合表1的数据可知，系统负载总电流为60 A，配置了2组500 Ah蓄电池。根据数据能够对电源模块在休眠关闭、停电复电后全部开启的工作状态进行了解。例如，在A点之前，4个整流模块都是均流运行，每个模块都有15 A的电流；在A点之后，模块3休眠关闭，其余3个模块的电流均增加到20 A；在B点之后，开始交流停电，所有模块关闭；C点时恢复交流供电，4个整流模块都开启，休眠停止，对负载电流、蓄电池充电电流等同时分担，每个模块中最大可达到40 A的电流；在D点之后，电池充电完成，模块电流降低；在E点之后，模块4的电流变为0，完全软关断休眠，其余3个模块以均流的方式供电，每个模块的电流变为停电之前20 A。据此能够了解到，在停电复电之后，休眠模块也能够及时开启并将工作恢复[7]。

图3 模块负载电流曲线

表1 基站电源休眠节能测试数据

对于A电源的休眠节能功能，有关部门检测中心也进行了相应的测试，结果显示，相比于正常工作状态，智能休眠工作状态下的通信电源系统能发挥明显的节能效果。在应用了休眠节能技术之后，电源系统能够保持稳定，同时还明显增加了效率。因此，在不同负载条件下，休眠控制都能保证系统最佳工作效率状态，同时满足节能要求。此外，在负载率越低的情况下，采用休眠节能工作模式就能够达到越明显的节能效果[8]。例如，当运行状态负载率为10%时，在节能之后，可以降低50%的系统功耗，效果十分显著。

4 通信开关电源休眠节能技术的效果分析

在通信开关电源休眠节能技术中，为了保证良好的节能效果和实际应用，应当对几个方面的内容重点关注。在通信开关电源中，休眠节能技术与遥控关机、模块关机等有所差异，可以针对整流模块进行智能开关管理，提升系统运行效率。如果通信开关电源系统是在网运行状态，则可以将其管理芯片进行升级更换，达到智能休眠的节能效果[9]。当前主流厂家提供的各种常用新型开关电源中，大多数都具备了智能休眠节能的功能。但由于技术应用较新，所以在未来应用中应对系统工作状态做好监测，确保系统升级之后，可以和后台监控保持良好通信，及时发现和解决新系统的各种问题，并验证新系统长期工作的稳定性。这样能够在达到节能降耗效果的同时，也为系统运行的安全性提供保证。

在电源系统中增加节能功能，借助监控模块单元的作用进行正常运行模式或节能运行模式的设定。测试验证电源系统节电功能后，在实际应用中还要进一步改进电源系统模块，标记好系统模块节能工作状态，以免维修人员判断错误。及时更新后台软件，使管理人员可以对相关数据准确分析[10]。通过对电源休眠节能效果的测试，基站试点显示日均节电可达到5.4～6.7 kW·h，测试结果显示日均节电为0.06～6.80 kW·h，表明达到了理想的实际节能效果。休眠节电实施具有便利性，节能效果的实现可利用控制芯片更换达成。运用休眠节能技术能够延长整流模块的使用寿命和电源设备的使用周期，实现了成本节约。通过运用开关电源节能系统，能够有效减少交流配电和空调的耗电，从而达到更好的整体节能效果。

5 结 论

在通信开关电源控制中，应用休眠节能技术具有很大的必要性，是实现通信领域降低能耗的重要手段。很多研究表明，休眠节能技术可以发挥出理想的效果，将智能休眠节电模式应用于开关电源系统，可保证模块智能休眠控制，保持稳定运行，同时满足节能要求。此外，实际应用中要考虑不同的配置及工作特性，选取最合理的方案。