通信网动力需求及开关电源发展趋势探讨

一、前言

  通讯电源是通讯网络的关键根底设备。在通讯网络开展初期采用的相控整流电源满足的只是根本的稳压供电请求,而在通讯事业大开展的十几年中,通讯电源行业在强劲需求带动下阅历了快速革新。纵观通讯电源开展过程,其产品进步主要受两个要素影响:电力电子技术和通讯网络设备对动力平台的请求。在现阶段,除了以上两个推进通讯电源产品开展的要素之外,节能减排请求是通讯电源产品最重要的技术导向,也是对企业社会义务的请求。

  通讯电源设备作为关键的根底设备,在通讯网络应用中需求综合思索建立本钱、运转本钱、技术先进性、稳定性、环保等各个方面。自工业和信息化部发放3G牌照以来,运营商之间全业务、全方位的竞争格局曾经构成,国内通讯行业正在阅历市场格局的深远变化。

  二、通讯电源技术与应用开展进程

  通讯电源技术的开展与通讯设备、商用通讯网络的开展息息相关。20世纪70年代,网络通讯设备简直全部采用模仿技术,输入电压范围窄,配置的启齿式铅酸蓄电池组需求增加尾电池,对电源设备输出特性请求简单,而对输入特性简直没有请求。这一时期的通讯电源主要采用相控整流技术,普通效率在80%以下,功率因数低于0.85,谐波高于30%,且体积庞大。

  20世纪80年代,随着能够宽电压供电的数字程控交流机的引入,对供电质量请求提升;另一方面,电力部门对用电设备输入特性也越来越注重。1994年我国决议大范围开展数字挪动通讯网之后,网络建立对电源设备提出了新的请求。1994年,在原邮电部请求通讯行业推行运用高频开关电源以取代相控电源之后10年时间内,作为第三代通讯电源的智能高频开关电源曾经完成对第二代通讯电源的替代晋级,在产品设计、本钱控制、制造才能、质量控制等各方面具备相当的成熟度,有效的支撑了商用通讯网络的牢靠运转。

  三、第四代通讯用直流电源

  目前在网应用的高频开关电源大多采用软开关技术,效率已较相控电源进步了10%以上,日常较低负载率运转效率可到达85%左右。2008年以来,控制技术和器件技术的进步使得更合理的拓扑得以应用,以整流器效率高于96%为显著标志的第四代电源产品开端商用。4年以来,高效电源有了更大的技术进步,产品成熟度曾经完整满足通讯行业请求。主流厂商现都能够消费高效率开关电源产品,局部行业抢先的厂家曾经推出了峰值效率高于98%的整流模块(为表述便当,下文将第四代通讯用直流电源称为高效直流电源)。

      四、第四代通讯用直流电源的应用状况

  国内电信运营商从2010年开端采用高效直流电源,从应用效果来看,高效直流电源具有更高的牢靠性、环境顺应才能,并能够有效的降低基站能耗。

  1)更高的牢靠性

  由于产品的能耗降低,所以高效直流电源的发热量降低。相比普通效率电源,高效直流电源发热量降低50%以上。如图1所示,在机房温度25℃~35℃时,高效模块内部关键器件(整流桥、开关器件、主变压器、电解电容)的温度相比普效模块降低约5℃~15℃,从而寿命得到进步。其中对温度最为敏感的电解电容,寿命可进步40%以上。从实践应用的毛病率统计数据来看,第四代通讯电源产品比普通效率产品低10%~20%。

 2)更好的环境顺应才能

  随着节能减排的深化,基站运转温度逐渐提升,以最大限度的减少制冷能耗。在长期实验获得良好效果之后,提升站点空调的工作温度曾经成为运营商节能减排的重要手腕。

  中国挪动公布的《关于中国挪动“2011年绿色行动方案”工作的指导意见》中请求80%的基站运转温度进步到30℃,20%的基站运转温度进步到35℃。而随着WLAN、FTTx的建立,网络不时深化,装置于弱电井、楼梯间等缺乏特地的环境调理设备场所的站点越来越多,温度、湿度、空气干净度都无法保证。另一方面,户外型站点由于建站速度快,投资运转本钱低,近年开展也呈上升态势。站点的开展请求电源设备具备愈加良好的环境顺应性。

  基站现网应用的直流电源允许工作温度范围普通是-5℃~40℃,且日均匀气温不高于35℃。而高效模块数字化水平的进步和发热量的显著降低为愈加优化的热设计提供了可能,55℃下可满载输出的产品也已在市面呈现,最高允许工作温度允许到达65℃。直流电源工作温度范围的提升,能够让电源设备正常工作于弱电井、楼梯间等缺乏特地的环境调理设备的场所,也能够使电源设备正常工作于户外型站点。各厂商的普通效率直流电源在这些场景下工作时,毛病率普遍增加30%以上,采用高效直流电源以后,毛病率大大降低,能够与普通效率模块在有空调站点运转的毛病率持平。

  采用高效直流电源,能够为通讯网络的深度掩盖提供更好的供电保证。

       3)更低的能耗程度

  全球气候变暖对世界的影响曾经越来越深化,节能减排是全球每个企业和每个人应当承当的社会义务。1992年经过的《结合国气候变化框架条约》和1997年经过并于2005年生效的《京都议定书》强化了全社会一切团体、组织、企业和个人的义务。

  另一方面,2008年以来通讯网络再次高速开展,2011年底三大运营商基站总量已达180万,较2008年增长近4倍。固然多载波功率放大、散布式基站等技术的普遍应用有效降低了单站点能耗,电费依然成为运营商综合本钱当中增加最快的局部。通讯网络能耗的进一步降落成为运营商实行社会义务和降低运营本钱的共同请求。详细到开关电源产品,最主要的技术目的是进步其能源转换效率。

  目前,普通效率直流电源主要的节能手腕为休眠节能,日常工作效率约为90%,另有约20%站点的电源设备因建立较早无法应用该技术,实践运转效率更低,约85%。而高效直流电源系统工作效率可到95%以上。

  站点的实践运转状况的比照数据见表1,三个基站负荷均为2103W,分别采用高效直流电源、普通效率直流电源和早期直流电源。

 按以上实践的运转测试状况计算,基站因选用高效电源所增加投资,两年左右能够回收;采用高效电源改造老旧站点,两年半即可收回设备投资。目前高效开关电源采购本钱比普通效率开关电源产品增加较多,主要缘由国内采购高效模块较少,在厂家完成范围化的消费之后,投资报答周期将进一步缩短。

  除已采用高效的约站点外,全网其他约160万站点如采用高效开关电源替代现有电源,年可节约用电约29亿度。除基站外,国内全网还有约5万套分立电源,目前能效程度普遍不高,且不适用休眠节能功用,如全部采用高效电源,年可节约用电也将超越20亿度。能够看到,固然单站年节电仅几千度,但滴水成海,第四代电源的效率进步关于日益庞大的通讯网络能耗控制意义特殊。

      4) 第四代通讯电源国内开展状况

  固然应用效果很好,但国内运营商高效直流电源的采购范围不断不高于直流电源总量的10%,分立式电源中高效电源的采购比例更低。国内运营商资本开支压力逐年增大,对设备采购的初期投入控制较严。采用高效直流电源初期投入每套电源增加3000~4000元,但是从久远来看,其TCO要大大优于采用普通效率直流电源,普通状况下,两年左右即能够收回初期增加的设备投资。

  国内通讯行业还处于开展期,电源设备的应用依然坚持较大范围;现有开关电源运用时间最长超越了15年,今后将逐渐进入替代改换期。针对国内通讯行业的开关电源应用,应改动以低价为导向的采购形式,需求综合思索建立本钱、运转本钱、技术先进性、稳定性、环保等各个方面。作为大型国有企业,电信运运营商应主动承当社会义务。倡议在今后的集采中中止采购普效电源产品,全面采购第四代高效率电源产品;针对在网老旧设备,采用第四代高效率电源产品分批停止逐渐交换。

  五、 世界主要运营商能耗及电源应用状况

  依据各自年报,中国运营商和欧洲主要运营商单位收入的能耗状况见表2和表3。固然各运营商各自的业务构成、业务资费、能耗本钱对该能效值存在影响,但仍可看出我们的能耗程度还远高于欧洲同行,这也阐明我们的节能降耗还有较大的提升空间。

另一方面,目前在国内的通讯电源设备采购中,产品的效率指标并未得到充沛注重,实践采购的电源产品仍以第三代普通效率电源产品为主。相比照之下,欧洲主要运营商在2011年起,高效率电源设备的采购比例即到达了80%以上,远高于国内应用比例。六、 完毕语

  电信行业重组后运营商的竞争格局正在阅历变化,日益庞大、不时深化开展的通讯网络关于承载其运转关键设备的通讯电源也提出了新的请求。能耗、体积、环境顺应性等特性影响到整个网络的部署、牢靠性和商用价值,正越来越遭到运营商关注。得益于器件、控制技术和电力电子拓扑研讨的停顿,新一代数字化高效率通讯电源设备顺应这些请求,正在成为承载通讯网络的主要力气,也是完成节能减排的主要技术手腕。


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