通信电源的节能方案 呼吸式功率管理显效

1 前言

　　“节能减排”成为2008年通信领域最热门的话题之一，行业内对此进行讨论和交流的研讨会不断召开，中国移动等运营商甚至为此成立了专门的管理办公室。多家运营商在各类产品的集中采购中，将是否具备节能功能作为重要的技术评价指标。在中国移动和联通的集中采购中，通信电源全系列的产品都明确了“节能减排” 的功能要求。

　　中兴通讯动力产品线关注通信电源及UPS产品的节能功能已有两年时间，通信电源方面之前已为国内及国际运营商开发过定制版本，模块化UPS产品也在研发初期将相应节能功能写入开发任务书。随着通信电源产品节能功能的实现和模块化UPS产品T080的问世，中兴动力产品的“呼吸式”功率管理也应运而生。

　　2 呼吸式功率管理的意义

　　通信电源和UPS的效率在50%以上的负载条件下都可以达到90%，自身能耗不到10%，从绝对值来说，这类电源转换设备的功耗远小于主设备和空调等动环设备。但具体到自身的运行可以看出，由于通信电源和UPS初始容量设计时，同时考虑了最大负载、蓄电池充电容量和备份容量，导致了实际运行负载往往处于轻载和超轻载状态，这种状态下，电源转换设备的效率往往较低，因此增加了自身的损耗。

　　“呼吸式”功率管理通过跟踪负载的变化，控制功率模块的开通与休眠，使系统尽量在最佳效率点附近进行工作，将功率模块的备份方式从热备份变为冷备份和半冷备份，减少处于轻载和超轻载状态下运行的模块。对于整个动力系统而言，减少电力使用，节省电费，提升运营商TCO。

　　3 呼吸式功率管理的效益测算

　　从通信机房整体看，“呼吸式”功率管理仅仅是在不到10%的效率上做文章，但对于电源自身而言，从轻载的85%效率提升到92%左右的高效率，电源设备自身节能则接近50%。

　　以基站电源200A配置为例，如为50A四个整流器组成，长期工作负载不超过40A的工可作情况下，采用中兴“呼吸式”功率管理，可每天节电3～4度。一年内总节电达1000度以上，假设电价1元/度，则一个这样的站点每年可能节约超千元。以通信电源的使用寿命大多在10年左右，也就是在整个的设备使用周期，节能费用相当于设备总价的80%以上。对于单省基站数量15000个点的运营商的中等规模省份来说，每年可以节省电费超过1500万元。

　　4 呼吸式功率管理的实现方法

　　呼吸式功率管理实现的方法主要有三方面：

　　（1） 通过跟随负载功率 控制功率模块的开启和休眠，使系统工作于最佳效率区域，实现效率的最优化和节能的最大化。以通信电源为例，其工作的最佳效率段在50%～80%的负载段（见图1），通过最佳效率跟踪，避免多模块开启导致的长期轻载工作。

　　（2） 降低休眠功率 为更深入的节能，需进一步降低功率模块的休眠功耗。传统软关断模式，休眠功率约为15W～20W，3～4个模块的休眠功率也达到50W～80W，占通信电源节能的比例较大。因此，中兴新一代通信电源将整流模块的休眠功耗降低到5W以下，在功率模块开关的基础上，锦上添花，进一步强化节能效果。

　　（3）通过节能模式的变化实现满足不同客户需求的节能 呼吸式功率管理，采用安全、节能、错峰、自由四种模式相结合的控制方式，节能功能需求不同的客户可根据现网条件，针对现有局站、新建局站在改造和新建采用不同的控制模式，并结合动力环境监控，实现最优化的控制。

　　5 呼吸式功率管理的软硬件容错设计

　　动力设备作为基础网络产品，其可靠性是第一位的。呼吸式功率管理本质上是通过软件对硬件的控制实现能耗的管理，某种程度上存在一定的可靠性风险，必须在通过软硬件的容错设计给予可靠性的确保，其主要措施如下。

　　（1）工作与休眠的功率模块定期切换（见图2），确保不同模块的工作时间保持基本的一致，避免少数模块长期工作而另一部分模块长期休眠导致的可靠性隐患。

　　（2）对功率模块的冗余备份数量的控制，通过结合软件计算和人工菜单定义，既确保节能效果，又确保冗余备份模块满足现场运行要求。

　　（3）“先开后关”、“先开先关”的控制机制，确保整流器切换期间负载的可靠运行。

　　（4）超轻载状态下对功率模块开启关闭数量的针对性计算和控制机制，确保备份模块少或无备份模块条件下的运行可靠性。

　　（5）交流市电断电、蓄电池故障、功率模块及监控单元故障条件下的针对性控制机制，按照优先确保可靠性再考虑节能的思路确保系统的稳定可靠运行。

　　6 结语

　　千里之行，始于足下。节能减排工作的开展只是让我们华夏更绿、神州更美走出的第一步。“呼吸式功率管理”也仅仅是通信动力系统节能工作迈步而前的一小步，后面还需要完成的工作很多。需要运营商、设备厂商、行业内的专家及全体动力从业人员共同不懈的努力，向着绿色通信未来的目标前进。