開關電源節能原理及現網設備節能改造

1 節能意義及運營商的壓力

近年來，環境問題越來越受到大家的重視，世界經濟論壇《2007年全球風險報告》中指出：氣候變化將成為21世紀全球面臨的最嚴重挑戰之一。中國政府在節能減排上有明確的規劃，要求“十一五”期間，單位國內生產總值能耗降低20%，主要污染物排放總量減少10%。通訊行業同樣面臨著嚴峻的節能減排壓力，各運營商近幾年來越來越關注設備的節能，并且把節能作為重要的戰略任務來抓。在這個背景下，對于開關電源，同樣提出了極高的節能要求，紛紛尋找節能的產品和現網設備的節能改造方法。

2 開關電源節能的原理

電源的節能有兩個方法，第一個最直接的節能方式是提升整流器效率。從開關電源的出現到現在，一直都是所有電源人努力的方向，從最初的80%提升到現在的90%以上，近一年多，已經出現96%以上效率的整流器。相信隨著器件成本的下降和技術進一步成熟，不久將得到規模應用。效率提升如圖1所示。

圖1 整流器效率提升

開關電源節能的另一個方法是，在整流器效率曲線固定的情況下，通過模塊的休眠提升系統實際的工作效率。以50A模塊為例，負載10A時，效率為87%-88%，負載40A時，效率超過93%，這兩者之間能耗節省超過5%。其原理如圖2所示。

圖2 電源負載-效率曲線

整流器休眠的實現方法是：通過監控單元，自動檢測負載電流大小，根據需要開啟整流模塊，讓另外的模塊進行休眠，從而實現節能。 其過程如圖3所示。

圖3 模塊休眠節能原理圖

3 現網設備節能改造的建議

開關電源休眠節能的方法最近兩年才開始使用，對于三大電信運營商幾十萬套現網老設備并不具備這個功能。是否進行節能改造和以什么原則進行改造是大家關心的問題，我們的建議是成本回收和社會效益相結合的原則進行改造。以配置200A(4個50A模塊)的開關電源為例進行分析，數據如表1。設備改造成本為1000元/站點，電費0.9元/kWh。

表1 不同負載率下的節能數據

從表1可知，負載率小于25%的站點非常具有改造的價值，大約1年左右就能收回成本，且節能效果非常明顯;負載率25%～40%的站點可以根據情況選擇改造，一般需要2年左右才能收回成本，在資金比較充裕的情況下可以進行，畢竟有社會效益; 負載率40%以上的站點不建議改造，因為節能效果比較小，成本回收期非常長。

4 現網設備節能改造案例

中興通訊從2008年5月～2010年3月近2年的時間，先后對國內三大電信運營商十幾個省份的兩萬多個站點進行了模塊休眠節能改造。從改造后測試的數據分析，實際節能效果同理論計算基本吻合。以云南某運營商5個站點的節能改造為例進行說明，如表2所示。

表2 云南某運營商5個站點節能測試數據

從以上理論分析數據和云南實際改造的數據綜合分析看，對于現網負載率小于40%的站點具備較好的改造前景，改造后節能效果明顯。中興通訊在對運營商的節能改造過程中發現，現網電源設備在電網正常時的負載率分布如表3所示。

表3 不同負載率的基站站點比例

負載率20%以下20%～40%40%以上

站點所占比例25%50%25%

從表3可以看出，負載率40%以下的站點占比達到75%，因此節能改造的應用前景非常大。截至2009年底，三大運營商現網基站累計數近70萬個，有改造意義的站點有50萬套，即使每個站點改造后每天節能2kWh，50萬基站每天可以節省電能100萬kWh，每年節電3.65億kWh，具備很高的經濟價值和社會效益。