節能減排是全人類的共同責任, 電信企業作為節能減排的踐行者, 減排新技術、新項目的研究, 多措并舉全力推進節能減排工作的科學、高效開展。

動力運維人員根據在網運行年限較長開關電源工作效率較低的現狀, 提出采用冷關斷技術實現開關電源工作效率提升的思路, 由相關公司開發控制器并實際應用, 取得較好的實際效果。

1 前言

通信電源的發展經歷了從相控電源到高頻開關電源的轉變, 系統已實現高可靠性、可維護性、高功率密度及高智能化, “如何降低運營成本”成為當前運維關注重點。

隨著國家對節能減排要求提升及運營商運營成本壓力, 近年大規模推廣開關電源模塊軟休眠技術, 該方案通過關閉部分模塊輸出來實現電源效率的提高從而降低系統損耗。依據這幾年實際運行數據, 采用模塊軟休眠技術之后, 每基站開關電源年節電普遍在1000度以上, 企業取得經濟效益顯著。軟休眠方案存在一定局限性, 要求開關電源需具備相關功能, 適用于近年生產的較新開關電源, 而對于在網運行的大量無休眠功能的開關電源, 整流模塊采用N+1備份方式, 基本上負載率在20~30%, 模塊的空載損耗和低負載率時系統帶載損耗較大。

良好的經濟效益促使運營商和設備廠家對技術革新, 通過與電源廠家的技術交流共同確認技術細節, 定制通用型節能控制器, 可實現對所有在網老開關電源的節能改造, 節能效果顯著、系統可靠性進一步提高。該方案解決了模塊軟休眠技術運用局限性的問題, 適用所有開關電源、各廠家、各種型號的通信電源產品。

2 解決方案

冷關斷技術是整流模塊軟休眠技術的擴大和補充, 是對不具備休眠功能的開關電源實施節能的一種解決方案, 對模塊沒有任何要求, 適用于所有廠家的在網中小容量開關電源系統, 有廣范的應用前景。

開關電源模塊冷關斷方案對開關電源本身不進行改造, 只是增加了自動控制部分, 通過控制開關電源整流模塊的輸入交流電源的通斷來控制開關電源模塊工作與關閉。即通過外掛硬件控制器的方式, 強制關閉冗余模塊來實現節能, 模塊僅作為被控制對象。

工作原理:如圖1所示, 節能控制器利用交流互感器測得整流模塊電流和電壓值, 通過相關計算間接判斷電源負載率, 控制整流模塊交流輸入通斷, 達到關閉冗余模塊的目的, 從而提高其它整流模塊帶載率, 使系統效率得到提升。圖2為正在使用的開關電源冷關斷控制器。

圖1 冷關斷控制器原理示意圖

圖2 冷關斷控制器

幾種狀態的控制過程:

2.1 整流模塊關閉

當整流模塊負載率低于60% (可設置) 時, 冷關斷控制系統向整流模塊的交流輸入控制繼電器發出控制信號, 使繼電器動作斷開模塊交流輸入電源, 從而關閉整流模塊。

2.2 整流模塊開啟

根據負荷情況, 冷關斷控制器將主用整流模塊的控制繼電器處于斷電常閉狀態, 使主用模塊開啟;當主用開關電源模塊負載率大于80% (可設置) 時, 冷關斷控制系統給冗余整流模塊的交流輸入控制繼電器發出控制信號, 使繼電器釋放接通模塊交流輸入電源, 從而開啟冗余開關電源模塊。

2.3 冷關斷控制退出

開關電源模塊冷關斷具有必要的安全措施, 保證特殊情況下系統工作可靠。系統保證至少一個整流模塊工作, 當出現整流模塊故障、控制器失效、市電異常、電池均充等情況時, 系統自動取消模塊休眠功能;當異常情況消失, 系統處于浮充狀態時, 再啟動模塊休眠功能, 從而保證系統安全穩定運行。

2.4 整流模塊輪換運行

開關電源模塊休眠數量可根據負載變化而動態調整, 當負載增大到設定值時, 自動喚醒休眠模塊, 保證開關電源整體輸出容量。同時可以通過軟件設置整流模塊的休眠時間和休眠次序, 使各整流模塊輪換休眠, 維持各整流模塊工作時長的平均, 提高整流模塊使用壽命。

3 主要技術特點

開關電源冷關斷技術解決了整流模塊軟休眠技術運用局限性的問題, 具有以下特點:

節能效率高:控制整流模塊交流輸入電源的通/斷, 休眠模式的整流模塊完全處于斷電狀態, 大幅提高開關電源運行效率。

可靠性高:控制開關采用了常閉型控制器件, 硬件節能系統失效或故障不會影響到開關電源系統的正常電流輸出能力。

適用范圍廣:支持最多12個整流模塊, 冷關斷休眠節能裝置適應性強, 可用于各類單相模塊組成的電源系統。

故障或非正常狀態自動退出:電源處于故障、電池充放電等非正常狀態, 冷關斷自動退出, 有效保護電源。

低負載率節能效果明顯:適用于系統負載率小于30% (不含電池充電電流) 的電源系統。

該技術節能效果明顯, 年節電收益約15%, 預計收回投資為27個月。

4 節能效益分析

開關電源冷關斷技術解決了整流模塊軟休眠技術運用局限性的問題, 可靠性高、適用范圍廣、實施簡單, 能夠大幅提高開關電源的效率, 可用于各品牌、型號的通信電源產品。

效益預測:

(1) 冷關斷控制器適用于所有采用單相供電且無軟休眠功能的整流模塊, 此類開關電源目前普遍在網時間4年以上, 按照平均6年計算, 冷關斷控制器還可以使用4年 (按開關電源10年壽命計算) 。

(2) 通過現場6個通信站點實測, 用電能質量測試儀測試開關電源冷關斷前后輸入功率, 在整流模塊數量符合規范配置的條件下, 節電約115W, 年節電約115W×24h×365d/1000≈1000度。

節能項目每個局點總實施費用約2000元, 按照工業電費0.88元/度, 預計收回投資時間為2000元/ (0.88元/度×1000每站點估算年節電度數) ≈2.27年≈27個月。

按照平均收益, 冷關斷控制器在4年使用期內, 每個局站節約電費3520元, 壽命周期內投入產出比3520元 (年節電度數) /2000 (元/套) =1.76。按照年度平均收益折算, 年收益約15%。

5 結束語

開關電源冷關斷技術解決了整流模塊軟休眠技術運用局限性的問題, 通過關閉冗余模塊來實現節能, 對模塊沒有任何要求, 適用于任何高頻通信電源系統, 應用廣范, 節電效率更高。該裝置安裝使用簡便, 不需更改系統結構, 整流模塊啟停通過控制交流輸入實現, 可靠性高。該技術節能效果明顯, 年節電收益約15%。