1前言
根據(jù)中國(guó)電信電源支撐中心的統(tǒng)計(jì)：在中國(guó)電信，通信設(shè)備用電占總用電量的40％～50%。如何 在這40％～50%上找到一條節(jié)能的突破口？中國(guó)電信協(xié)調(diào)各設(shè)備廠商在這方面投入了大量的精力，研發(fā)新一代電信節(jié)能設(shè)備產(chǎn)品和技術(shù)。其中，開關(guān)電源整流模 塊休眠技術(shù)（電源整流模塊呼吸式管理技術(shù)）就是最近發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)安全可靠、簡(jiǎn)便易行的節(jié)能技術(shù)。
該技術(shù)主要是基于目前通信行業(yè)電源系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況提出。目前，通信行業(yè)大多數(shù)通信設(shè)備采用 的是直流-48V供電，且出于對(duì)通信系統(tǒng)安全性、可靠性的考慮，配套的電源系統(tǒng)往往采用多級(jí)冗余配置，如規(guī)模稍大的局站或比較重要局站的變配電系統(tǒng)、發(fā)電 機(jī)組、蓄電池組等，開關(guān)電源系統(tǒng)容量也是按“負(fù)荷”的最大需求采取整流模塊冗余配置，且系統(tǒng)在“負(fù)荷”達(dá)不到最大時(shí)，這部分冗余往往處于低效工作狀態(tài)，極 大地浪費(fèi)了能源。開關(guān)電源整流模塊休眠技術(shù)（以下統(tǒng)稱休眠技術(shù)）就是通過(guò)軟件運(yùn)算后，自動(dòng)地“開關(guān)”整流模塊，調(diào)整開關(guān)電源整流模塊系統(tǒng)的負(fù)荷率，控制其 工作在相對(duì)高效區(qū)，從而降低系統(tǒng)低效區(qū)的自身功耗，達(dá)到節(jié)能的目的。休眠節(jié)能不同于模塊的冷備份。休眠節(jié)能模式下，模塊的主電路完全停止工作，控制電路仍 在工作，整個(gè)系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)，一旦負(fù)載增大到一定程度或系統(tǒng)異常，系統(tǒng)會(huì)立即根據(jù)需要喚醒部分休眠模塊，使整個(gè)系統(tǒng)始終處于安全可靠的工作狀態(tài)之下。
2測(cè)試方法
為保證此次調(diào)研的準(zhǔn)確性，我們與全省各本地網(wǎng)的技術(shù)主管共同商討測(cè)試流程及辦法，部分業(yè)務(wù)骨干 也參與其中。最后確定對(duì)我省主體直流系統(tǒng)艾默生電源、武漢洲際、珠江電源、北京動(dòng)力源、中興電源5個(gè)廠商的直流系統(tǒng)予以重點(diǎn)測(cè)試；要求測(cè)試每個(gè)廠商的系統(tǒng) 不少于5套，均從各分公司最大的系統(tǒng)開始，大系統(tǒng)數(shù)量不足時(shí)用相對(duì)小的系統(tǒng)補(bǔ)充，以確保數(shù)據(jù)來(lái)源的廣泛性。
在通信用開關(guān)電源系統(tǒng)應(yīng)用中，一旦系統(tǒng)正式投入使用，其負(fù)荷就比較固定，沒(méi)有外界因素，電源負(fù) 荷一般不會(huì)有太大的變化。利用這一點(diǎn)，可在保證開關(guān)電源輸出功率不變的情況下，人工手動(dòng)逐個(gè)關(guān)閉整流模塊（每操作一次，詳細(xì)記錄系統(tǒng)有關(guān)電流、電壓等數(shù) 據(jù)），使每個(gè)模塊的帶載率/負(fù)荷率接近100%（但不能超過(guò)），來(lái)觀察系統(tǒng)輸入功率的變化，計(jì)算出系統(tǒng)效率。通過(guò)這種方法將系統(tǒng)的負(fù)荷率與開關(guān)電源效率加 以聯(lián)系，找到效率最高時(shí)所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)負(fù)荷率。
2.1 相關(guān)計(jì)算公式
被測(cè)系統(tǒng)的效率=被測(cè)系統(tǒng)的輸出功率/被測(cè)系統(tǒng)的輸入功率
單模塊平均負(fù)載率=系統(tǒng)電流/工作模塊數(shù)/模塊的額定電流
被測(cè)系統(tǒng)的輸入功率=UAIAcosΦA+ UBIBcosΦB+ UCICcosΦC （cosΦ不能實(shí)測(cè)到時(shí)，整流器、UPS均取0.9）。
被測(cè)系統(tǒng)的輸出功率=整流器輸出電壓×各整流器電流之和
2.2 測(cè)試注意事項(xiàng)
每次只能關(guān)閉本系統(tǒng)的一臺(tái)整流模塊，在系統(tǒng)完全穩(wěn)定后記錄數(shù)值，當(dāng)單模塊平均負(fù)載率接近100%時(shí)為止。
數(shù)據(jù)采集的儀表精度要求：三位半或精度級(jí)別更高的數(shù)字式電壓、電流表、功率計(jì)或電能分析儀。
3測(cè)試結(jié)果分析
深圳艾默生開關(guān)電源系統(tǒng)節(jié)能效果比較見(jiàn)表1。對(duì)艾默生開關(guān)電源16套系統(tǒng)節(jié)能率抽測(cè)排序，16 套系統(tǒng)均有節(jié)能的條件，節(jié)能率為1.8%～20.84%，按年估算可節(jié)約電費(fèi)352～1.7萬(wàn)元。北京動(dòng)力源開關(guān)電源系統(tǒng)節(jié)能效果比較見(jiàn)表２。武漢洲際開 關(guān)電源系統(tǒng)節(jié)能效果比較見(jiàn)表３。廣州珠江開關(guān)電源系統(tǒng)節(jié)能效果比較見(jiàn)表4。
4節(jié)能效果分析
4.1開關(guān)模塊節(jié)能有潛可挖
無(wú)論哪一種節(jié)能技術(shù)或節(jié)能設(shè)備，最關(guān)鍵的是評(píng)估它在確保電源系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的前提下，能不能 把成本降下來(lái)。通過(guò)本次對(duì)我省36套各類型號(hào)開關(guān)電源模擬休眠測(cè)試，有節(jié)能效果的系統(tǒng)達(dá)30套，占到總數(shù)量83%。可見(jiàn)大部分開關(guān)電源系統(tǒng)確實(shí)具有節(jié)能的 條件，為此我們特意將被測(cè)系統(tǒng)節(jié)約的電量轉(zhuǎn)換成每年的節(jié)約電費(fèi)（按0.7元/ kW·h）,53%的系統(tǒng)每年節(jié)約的電費(fèi)在3 000元以上。這樣根據(jù)一些電源廠商提供的實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源模塊休眠的技術(shù)改造費(fèi)用在3 000元/系統(tǒng)左右，這些系統(tǒng)一年就可收回成本。另外，從測(cè)試數(shù)據(jù)看，被測(cè)試的絕大部分系統(tǒng)還處于低效工作狀態(tài)，所以開關(guān)電源整流模塊休眠技術(shù)有應(yīng)用空 間，值得推廣。
本次測(cè)試采用人工手動(dòng)關(guān)閉整流模塊輸入交流開關(guān)的方式，忽略了模塊休眠仍需消耗部分能源，但這部分能源消耗畢竟非常有限。本次測(cè)試也存在一定的測(cè)試誤差以及一些偶然因素，影響測(cè)試結(jié)果，但這些不會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果造成重大影響。
4.2 負(fù)載-效率曲線各有差異（包括同規(guī)格型號(hào)），不能一概而論
本次測(cè)試所得負(fù)載-效率曲線與各廠商提供的資料大相徑庭，每套系統(tǒng)均表現(xiàn)出了不同的負(fù)載-效率特性（每套系統(tǒng)均存在差異），這 應(yīng)該和各個(gè)系統(tǒng)所處的海拔、溫濕度、電磁環(huán)境、供電網(wǎng)品質(zhì)等因素有關(guān)。所以說(shuō)，廠商對(duì)某類型系統(tǒng)采用一套改造方案是不科學(xué)的。如果要進(jìn)行改造，應(yīng)對(duì)所改造 系統(tǒng)做更為細(xì)致的測(cè)試，以確定該系統(tǒng)的負(fù)載-效率曲線，再調(diào)整軟件控制程序，使系統(tǒng)工作在最佳效率狀態(tài)，而不能一概而論，對(duì)一個(gè)型號(hào)只設(shè)計(jì)一種方案。
4.3 要具體實(shí)施，不能只單純追求節(jié)能率
看節(jié)能效果，不能一味地看節(jié)能率，節(jié)能率低不一定就不值得改造。一套系統(tǒng)是否值得改造，不能只單純看節(jié)能率，而應(yīng)該結(jié)合該系統(tǒng)的實(shí)際負(fù)荷功率而定。
另一方面，考慮成本因素，雖說(shuō)大部分開關(guān)電源具有節(jié)能的條件，但當(dāng)年就見(jiàn)效（前提是系統(tǒng)改造費(fèi) 用在3 000元以下）的只是53%，有40%處于每年節(jié)約100～1 000元，這部分系統(tǒng)可能大部分集中在模塊局或接入網(wǎng)，交流引入供電環(huán)境普遍不好、改造難度大、負(fù)荷小、節(jié)約費(fèi)用有限、相對(duì)成本回收周期較長(zhǎng)（需3～5年 才能收回成本，到時(shí)該套設(shè)備可能也該退網(wǎng)了）。如果要具體實(shí)施開關(guān)電源休眠改造，建議這40%放棄改造，不予考慮，而應(yīng)從大容量的系統(tǒng)中篩選，模塊數(shù)量配 置較多的優(yōu)先。對(duì)另外的7%（年節(jié)電費(fèi)在1 000～3 000元），要具體情況具體分析。
4.4 高可靠性、高安全性仍然是關(guān)鍵
供電安全是通信電源技術(shù)應(yīng)用的精髓，所以對(duì)電源系統(tǒng)的任何改造都要遵循高可靠性、高安全性的原 則。首先是軟件邏輯控制的科學(xué)性，是否考慮到了特殊情況下自動(dòng)把休眠功能旁路掉，如系統(tǒng)整流模塊損壞數(shù)量較多、電池均充電等情況。其次，為避免模塊老化程 度不一致，應(yīng)確保一定周期內(nèi)每個(gè)模塊的累計(jì)工作時(shí)間基本一致，即系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)置的工作時(shí)間使模塊輪流休眠。
根據(jù)中國(guó)電信電源支撐中心的統(tǒng)計(jì)：在中國(guó)電信，通信設(shè)備用電占總用電量的40％～50%。如何 在這40％～50%上找到一條節(jié)能的突破口？中國(guó)電信協(xié)調(diào)各設(shè)備廠商在這方面投入了大量的精力，研發(fā)新一代電信節(jié)能設(shè)備產(chǎn)品和技術(shù)。其中，開關(guān)電源整流模 塊休眠技術(shù)（電源整流模塊呼吸式管理技術(shù)）就是最近發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)安全可靠、簡(jiǎn)便易行的節(jié)能技術(shù)。
該技術(shù)主要是基于目前通信行業(yè)電源系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況提出。目前，通信行業(yè)大多數(shù)通信設(shè)備采用 的是直流-48V供電，且出于對(duì)通信系統(tǒng)安全性、可靠性的考慮，配套的電源系統(tǒng)往往采用多級(jí)冗余配置，如規(guī)模稍大的局站或比較重要局站的變配電系統(tǒng)、發(fā)電 機(jī)組、蓄電池組等，開關(guān)電源系統(tǒng)容量也是按“負(fù)荷”的最大需求采取整流模塊冗余配置，且系統(tǒng)在“負(fù)荷”達(dá)不到最大時(shí)，這部分冗余往往處于低效工作狀態(tài)，極 大地浪費(fèi)了能源。開關(guān)電源整流模塊休眠技術(shù)（以下統(tǒng)稱休眠技術(shù)）就是通過(guò)軟件運(yùn)算后，自動(dòng)地“開關(guān)”整流模塊，調(diào)整開關(guān)電源整流模塊系統(tǒng)的負(fù)荷率，控制其 工作在相對(duì)高效區(qū)，從而降低系統(tǒng)低效區(qū)的自身功耗，達(dá)到節(jié)能的目的。休眠節(jié)能不同于模塊的冷備份。休眠節(jié)能模式下，模塊的主電路完全停止工作，控制電路仍 在工作，整個(gè)系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)，一旦負(fù)載增大到一定程度或系統(tǒng)異常，系統(tǒng)會(huì)立即根據(jù)需要喚醒部分休眠模塊，使整個(gè)系統(tǒng)始終處于安全可靠的工作狀態(tài)之下。
2測(cè)試方法
為保證此次調(diào)研的準(zhǔn)確性，我們與全省各本地網(wǎng)的技術(shù)主管共同商討測(cè)試流程及辦法，部分業(yè)務(wù)骨干 也參與其中。最后確定對(duì)我省主體直流系統(tǒng)艾默生電源、武漢洲際、珠江電源、北京動(dòng)力源、中興電源5個(gè)廠商的直流系統(tǒng)予以重點(diǎn)測(cè)試；要求測(cè)試每個(gè)廠商的系統(tǒng) 不少于5套，均從各分公司最大的系統(tǒng)開始，大系統(tǒng)數(shù)量不足時(shí)用相對(duì)小的系統(tǒng)補(bǔ)充，以確保數(shù)據(jù)來(lái)源的廣泛性。
在通信用開關(guān)電源系統(tǒng)應(yīng)用中，一旦系統(tǒng)正式投入使用，其負(fù)荷就比較固定，沒(méi)有外界因素，電源負(fù) 荷一般不會(huì)有太大的變化。利用這一點(diǎn)，可在保證開關(guān)電源輸出功率不變的情況下，人工手動(dòng)逐個(gè)關(guān)閉整流模塊（每操作一次，詳細(xì)記錄系統(tǒng)有關(guān)電流、電壓等數(shù) 據(jù)），使每個(gè)模塊的帶載率/負(fù)荷率接近100%（但不能超過(guò)），來(lái)觀察系統(tǒng)輸入功率的變化，計(jì)算出系統(tǒng)效率。通過(guò)這種方法將系統(tǒng)的負(fù)荷率與開關(guān)電源效率加 以聯(lián)系，找到效率最高時(shí)所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)負(fù)荷率。
2.1 相關(guān)計(jì)算公式
被測(cè)系統(tǒng)的效率=被測(cè)系統(tǒng)的輸出功率/被測(cè)系統(tǒng)的輸入功率
單模塊平均負(fù)載率=系統(tǒng)電流/工作模塊數(shù)/模塊的額定電流
被測(cè)系統(tǒng)的輸入功率=UAIAcosΦA+ UBIBcosΦB+ UCICcosΦC （cosΦ不能實(shí)測(cè)到時(shí)，整流器、UPS均取0.9）。
被測(cè)系統(tǒng)的輸出功率=整流器輸出電壓×各整流器電流之和
2.2 測(cè)試注意事項(xiàng)
每次只能關(guān)閉本系統(tǒng)的一臺(tái)整流模塊，在系統(tǒng)完全穩(wěn)定后記錄數(shù)值，當(dāng)單模塊平均負(fù)載率接近100%時(shí)為止。
數(shù)據(jù)采集的儀表精度要求：三位半或精度級(jí)別更高的數(shù)字式電壓、電流表、功率計(jì)或電能分析儀。
3測(cè)試結(jié)果分析
深圳艾默生開關(guān)電源系統(tǒng)節(jié)能效果比較見(jiàn)表1。對(duì)艾默生開關(guān)電源16套系統(tǒng)節(jié)能率抽測(cè)排序，16 套系統(tǒng)均有節(jié)能的條件，節(jié)能率為1.8%～20.84%，按年估算可節(jié)約電費(fèi)352～1.7萬(wàn)元。北京動(dòng)力源開關(guān)電源系統(tǒng)節(jié)能效果比較見(jiàn)表２。武漢洲際開 關(guān)電源系統(tǒng)節(jié)能效果比較見(jiàn)表３。廣州珠江開關(guān)電源系統(tǒng)節(jié)能效果比較見(jiàn)表4。
4節(jié)能效果分析
4.1開關(guān)模塊節(jié)能有潛可挖
無(wú)論哪一種節(jié)能技術(shù)或節(jié)能設(shè)備，最關(guān)鍵的是評(píng)估它在確保電源系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的前提下，能不能 把成本降下來(lái)。通過(guò)本次對(duì)我省36套各類型號(hào)開關(guān)電源模擬休眠測(cè)試，有節(jié)能效果的系統(tǒng)達(dá)30套，占到總數(shù)量83%。可見(jiàn)大部分開關(guān)電源系統(tǒng)確實(shí)具有節(jié)能的 條件，為此我們特意將被測(cè)系統(tǒng)節(jié)約的電量轉(zhuǎn)換成每年的節(jié)約電費(fèi)（按0.7元/ kW·h）,53%的系統(tǒng)每年節(jié)約的電費(fèi)在3 000元以上。這樣根據(jù)一些電源廠商提供的實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源模塊休眠的技術(shù)改造費(fèi)用在3 000元/系統(tǒng)左右，這些系統(tǒng)一年就可收回成本。另外，從測(cè)試數(shù)據(jù)看，被測(cè)試的絕大部分系統(tǒng)還處于低效工作狀態(tài)，所以開關(guān)電源整流模塊休眠技術(shù)有應(yīng)用空 間，值得推廣。
本次測(cè)試采用人工手動(dòng)關(guān)閉整流模塊輸入交流開關(guān)的方式，忽略了模塊休眠仍需消耗部分能源，但這部分能源消耗畢竟非常有限。本次測(cè)試也存在一定的測(cè)試誤差以及一些偶然因素，影響測(cè)試結(jié)果，但這些不會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果造成重大影響。
4.2 負(fù)載-效率曲線各有差異（包括同規(guī)格型號(hào)），不能一概而論
本次測(cè)試所得負(fù)載-效率曲線與各廠商提供的資料大相徑庭，每套系統(tǒng)均表現(xiàn)出了不同的負(fù)載-效率特性（每套系統(tǒng)均存在差異），這 應(yīng)該和各個(gè)系統(tǒng)所處的海拔、溫濕度、電磁環(huán)境、供電網(wǎng)品質(zhì)等因素有關(guān)。所以說(shuō)，廠商對(duì)某類型系統(tǒng)采用一套改造方案是不科學(xué)的。如果要進(jìn)行改造，應(yīng)對(duì)所改造 系統(tǒng)做更為細(xì)致的測(cè)試，以確定該系統(tǒng)的負(fù)載-效率曲線，再調(diào)整軟件控制程序，使系統(tǒng)工作在最佳效率狀態(tài)，而不能一概而論，對(duì)一個(gè)型號(hào)只設(shè)計(jì)一種方案。
4.3 要具體實(shí)施，不能只單純追求節(jié)能率
看節(jié)能效果，不能一味地看節(jié)能率，節(jié)能率低不一定就不值得改造。一套系統(tǒng)是否值得改造，不能只單純看節(jié)能率，而應(yīng)該結(jié)合該系統(tǒng)的實(shí)際負(fù)荷功率而定。
另一方面，考慮成本因素，雖說(shuō)大部分開關(guān)電源具有節(jié)能的條件，但當(dāng)年就見(jiàn)效（前提是系統(tǒng)改造費(fèi) 用在3 000元以下）的只是53%，有40%處于每年節(jié)約100～1 000元，這部分系統(tǒng)可能大部分集中在模塊局或接入網(wǎng)，交流引入供電環(huán)境普遍不好、改造難度大、負(fù)荷小、節(jié)約費(fèi)用有限、相對(duì)成本回收周期較長(zhǎng)（需3～5年 才能收回成本，到時(shí)該套設(shè)備可能也該退網(wǎng)了）。如果要具體實(shí)施開關(guān)電源休眠改造，建議這40%放棄改造，不予考慮，而應(yīng)從大容量的系統(tǒng)中篩選，模塊數(shù)量配 置較多的優(yōu)先。對(duì)另外的7%（年節(jié)電費(fèi)在1 000～3 000元），要具體情況具體分析。
4.4 高可靠性、高安全性仍然是關(guān)鍵
供電安全是通信電源技術(shù)應(yīng)用的精髓，所以對(duì)電源系統(tǒng)的任何改造都要遵循高可靠性、高安全性的原 則。首先是軟件邏輯控制的科學(xué)性，是否考慮到了特殊情況下自動(dòng)把休眠功能旁路掉，如系統(tǒng)整流模塊損壞數(shù)量較多、電池均充電等情況。其次，為避免模塊老化程 度不一致，應(yīng)確保一定周期內(nèi)每個(gè)模塊的累計(jì)工作時(shí)間基本一致，即系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)置的工作時(shí)間使模塊輪流休眠。
