通信網(wǎng)動(dòng)力需求及開(kāi)關(guān)電源發(fā)展趨勢探討
一、前言
通訊電源是通訊網(wǎng)絡(luò )的關(guān)鍵根底設備。在通訊網(wǎng)絡(luò )開(kāi)展初期采用的相控整流電源滿(mǎn)足的只是根本的穩壓供電請求，而在通訊事業(yè)大開(kāi)展的十幾年中，通訊電源行業(yè)在強勁需求帶動(dòng)下閱歷了快速革新�？v觀(guān)通訊電源開(kāi)展過(guò)程，其產(chǎn)品進(jìn)步主要受兩個(gè)要素影響：電力電子技術(shù)和通訊網(wǎng)絡(luò )設備對動(dòng)力平臺的請求。在現階段，除了以上兩個(gè)推進(jìn)通訊電源產(chǎn)品開(kāi)展的要素之外，節能減排請求是通訊電源產(chǎn)品最重要的技術(shù)導向，也是對企業(yè)社會(huì )義務(wù)的請求。
通訊電源設備作為關(guān)鍵的根底設備，在通訊網(wǎng)絡(luò )應用中需求綜合思索建立本錢(qián)、運轉本錢(qián)、技術(shù)先進(jìn)性、穩定性、環(huán)保等各個(gè)方面。自工業(yè)和信息化部發(fā)放3G牌照以來(lái)，運營(yíng)商之間全業(yè)務(wù)、全方位的競爭格局曾經(jīng)構成，國內通訊行業(yè)正在閱歷市場(chǎng)格局的深遠變化。
二、通訊電源技術(shù)與應用開(kāi)展進(jìn)程
通訊電源技術(shù)的開(kāi)展與通訊設備、商用通訊網(wǎng)絡(luò )的開(kāi)展息息相關(guān)。20世紀70年代，網(wǎng)絡(luò )通訊設備簡(jiǎn)直全部采用模仿技術(shù)，輸入電壓范圍窄，配置的啟齒式鉛酸蓄電池組需求增加尾電池，對電源設備輸出特性請求簡(jiǎn)單，而對輸入特性簡(jiǎn)直沒(méi)有請求。這一時(shí)期的通訊電源主要采用相控整流技術(shù)，普通效率在80%以下，功率因數低于0.85，諧波高于30%，且體積龐大。
20世紀80年代，隨著(zhù)能夠寬電壓供電的數字程控交流機的引入，對供電質(zhì)量請求提升；另一方面，電力部門(mén)對用電設備輸入特性也越來(lái)越注重。1994年我國決議大范圍開(kāi)展數字挪動(dòng)通訊網(wǎng)之后，網(wǎng)絡(luò )建立對電源設備提出了新的請求。1994年，在原郵電部請求通訊行業(yè)推行運用高頻開(kāi)關(guān)電源以取代相控電源之后10年時(shí)間內，作為第三代通訊電源的智能高頻開(kāi)關(guān)電源曾經(jīng)完成對第二代通訊電源的替代晉級，在產(chǎn)品設計、本錢(qián)控制、制造才能、質(zhì)量控制等各方面具備相當的成熟度，有效的支撐了商用通訊網(wǎng)絡(luò )的牢靠運轉。
三、第四代通訊用直流電源
目前在網(wǎng)應用的高頻開(kāi)關(guān)電源大多采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，效率已較相控電源進(jìn)步了10%以上，日常較低負載率運轉效率可到達85%左右。2008年以來(lái)，控制技術(shù)和器件技術(shù)的進(jìn)步使得更合理的拓撲得以應用，以整流器效率高于96%為顯著(zhù)標志的第四代電源產(chǎn)品開(kāi)端商用。4年以來(lái)，高效電源有了更大的技術(shù)進(jìn)步，產(chǎn)品成熟度曾經(jīng)完整滿(mǎn)足通訊行業(yè)請求。主流廠(chǎng)商現都能夠消費高效率開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品，局部行業(yè)搶先的廠(chǎng)家曾經(jīng)推出了峰值效率高于98%的整流模塊（為表述便當，下文將第四代通訊用直流電源稱(chēng)為高效直流電源）。
四、第四代通訊用直流電源的應用狀況
國內電信運營(yíng)商從2010年開(kāi)端采用高效直流電源，從應用效果來(lái)看，高效直流電源具有更高的牢靠性、環(huán)境順應才能，并能夠有效的降低基站能耗。
1）更高的牢靠性
由于產(chǎn)品的能耗降低，所以高效直流電源的發(fā)熱量降低。相比普通效率電源，高效直流電源發(fā)熱量降低50%以上。如圖1所示，在機房溫度25℃～35℃時(shí)，高效模塊內部關(guān)鍵器件（整流橋、開(kāi)關(guān)器件、主變壓器、電解電容）的溫度相比普效模塊降低約5℃～15℃，從而壽命得到進(jìn)步。其中對溫度最為敏感的電解電容，壽命可進(jìn)步40%以上。從實(shí)踐應用的毛病率統計數據來(lái)看，第四代通訊電源產(chǎn)品比普通效率產(chǎn)品低10％～20％。
2）更好的環(huán)境順應才能
隨著(zhù)節能減排的深化，基站運轉溫度逐漸提升，以最大限度的減少制冷能耗。在長(cháng)期實(shí)驗獲得良好效果之后，提升站點(diǎn)空調的工作溫度曾經(jīng)成為運營(yíng)商節能減排的重要手腕。
中國挪動(dòng)公布的《關(guān)于中國挪動(dòng)“2011年綠色行動(dòng)方案”工作的指導意見(jiàn)》中請求80%的基站運轉溫度進(jìn)步到30℃，20%的基站運轉溫度進(jìn)步到35℃。而隨著(zhù)WLAN、FTTx的建立，網(wǎng)絡(luò )不時(shí)深化，裝置于弱電井、樓梯間等缺乏特地的環(huán)境調理設備場(chǎng)所的站點(diǎn)越來(lái)越多，溫度、濕度、空氣干凈度都無(wú)法保證。另一方面，戶(hù)外型站點(diǎn)由于建站速度快，投資運轉本錢(qián)低，近年開(kāi)展也呈上升態(tài)勢。站點(diǎn)的開(kāi)展請求電源設備具備愈加良好的環(huán)境順應性。
基站現網(wǎng)應用的直流電源允許工作溫度范圍普通是－5℃～40℃，且日均勻氣溫不高于35℃。而高效模塊數字化水平的進(jìn)步和發(fā)熱量的顯著(zhù)降低為愈加優(yōu)化的熱設計提供了可能，55℃下可滿(mǎn)載輸出的產(chǎn)品也已在市面呈現，最高允許工作溫度允許到達65℃。直流電源工作溫度范圍的提升，能夠讓電源設備正常工作于弱電井、樓梯間等缺乏特地的環(huán)境調理設備的場(chǎng)所，也能夠使電源設備正常工作于戶(hù)外型站點(diǎn)。各廠(chǎng)商的普通效率直流電源在這些場(chǎng)景下工作時(shí)，毛病率普遍增加30%以上，采用高效直流電源以后，毛病率大大降低，能夠與普通效率模塊在有空調站點(diǎn)運轉的毛病率持平。
采用高效直流電源，能夠為通訊網(wǎng)絡(luò )的深度掩蓋提供更好的供電保證。
3）更低的能耗程度
全球氣候變暖對世界的影響曾經(jīng)越來(lái)越深化，節能減排是全球每個(gè)企業(yè)和每個(gè)人應當承當的社會(huì )義務(wù)。1992年經(jīng)過(guò)的《結合國氣候變化框架條約》和1997年經(jīng)過(guò)并于2005年生效的《京都議定書(shū)》強化了全社會(huì )一切團體、組織、企業(yè)和個(gè)人的義務(wù)。
另一方面，2008年以來(lái)通訊網(wǎng)絡(luò )再次高速開(kāi)展，2011年底三大運營(yíng)商基站總量已達180萬(wàn)，較2008年增長(cháng)近4倍。固然多載波功率放大、散布式基站等技術(shù)的普遍應用有效降低了單站點(diǎn)能耗，電費依然成為運營(yíng)商綜合本錢(qián)當中增加最快的局部。通訊網(wǎng)絡(luò )能耗的進(jìn)一步降落成為運營(yíng)商實(shí)行社會(huì )義務(wù)和降低運營(yíng)本錢(qián)的共同請求。詳細到開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品，最主要的技術(shù)目的是進(jìn)步其能源轉換效率。
目前，普通效率直流電源主要的節能手腕為休眠節能，日常工作效率約為90%，另有約20%站點(diǎn)的電源設備因建立較早無(wú)法應用該技術(shù)，實(shí)踐運轉效率更低，約85%。而高效直流電源系統工作效率可到95%以上。
站點(diǎn)的實(shí)踐運轉狀況的比照數據見(jiàn)表1，三個(gè)基站負荷均為2103W，分別采用高效直流電源、普通效率直流電源和早期直流電源。
按以上實(shí)踐的運轉測試狀況計算，基站因選用高效電源所增加投資，兩年左右能夠回收；采用高效電源改造老舊站點(diǎn)，兩年半即可收回設備投資。目前高效開(kāi)關(guān)電源采購本錢(qián)比普通效率開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品增加較多，主要緣由國內采購高效模塊較少，在廠(chǎng)家完成范圍化的消費之后，投資報答周期將進(jìn)一步縮短。
除已采用高效的約站點(diǎn)外，全網(wǎng)其他約160萬(wàn)站點(diǎn)如采用高效開(kāi)關(guān)電源替代現有電源，年可節約用電約29億度。除基站外，國內全網(wǎng)還有約5萬(wàn)套分立電源，目前能效程度普遍不高，且不適用休眠節能功用，如全部采用高效電源，年可節約用電也將超越20億度。能夠看到，固然單站年節電僅幾千度，但滴水成海，第四代電源的效率進(jìn)步關(guān)于日益龐大的通訊網(wǎng)絡(luò )能耗控制意義特殊。
4） 第四代通訊電源國內開(kāi)展狀況
固然應用效果很好，但國內運營(yíng)商高效直流電源的采購范圍不斷不高于直流電源總量的10%，分立式電源中高效電源的采購比例更低。國內運營(yíng)商資本開(kāi)支壓力逐年增大，對設備采購的初期投入控制較嚴。采用高效直流電源初期投入每套電源增加3000～4000元，但是從久遠來(lái)看，其TCO要大大優(yōu)于采用普通效率直流電源，普通狀況下，兩年左右即能夠收回初期增加的設備投資。
國內通訊行業(yè)還處于開(kāi)展期，電源設備的應用依然堅持較大范圍；現有開(kāi)關(guān)電源運用時(shí)間最長(cháng)超越了15年，今后將逐漸進(jìn)入替代改換期。針對國內通訊行業(yè)的開(kāi)關(guān)電源應用，應改動(dòng)以低價(jià)為導向的采購形式，需求綜合思索建立本錢(qián)、運轉本錢(qián)、技術(shù)先進(jìn)性、穩定性、環(huán)保等各個(gè)方面。作為大型國有企業(yè)，電信運運營(yíng)商應主動(dòng)承當社會(huì )義務(wù)。倡議在今后的集采中中止采購普效電源產(chǎn)品，全面采購第四代高效率電源產(chǎn)品；針對在網(wǎng)老舊設備，采用第四代高效率電源產(chǎn)品分批停止逐漸交換。
五、 世界主要運營(yíng)商能耗及電源應用狀況
依據各自年報，中國運營(yíng)商和歐洲主要運營(yíng)商單位收入的能耗狀況見(jiàn)表2和表3。固然各運營(yíng)商各自的業(yè)務(wù)構成、業(yè)務(wù)資費、能耗本錢(qián)對該能效值存在影響，但仍可看出我們的能耗程度還遠高于歐洲同行，這也闡明我們的節能降耗還有較大的提升空間。
另一方面，目前在國內的通訊電源設備采購中，產(chǎn)品的效率指標并未得到充沛注重，實(shí)踐采購的電源產(chǎn)品仍以第三代普通效率電源產(chǎn)品為主。相比照之下，歐洲主要運營(yíng)商在2011年起，高效率電源設備的采購比例即到達了80%以上，遠高于國內應用比例。六、 完畢語(yǔ)
電信行業(yè)重組后運營(yíng)商的競爭格局正在閱歷變化，日益龐大、不時(shí)深化開(kāi)展的通訊網(wǎng)絡(luò )關(guān)于承載其運轉關(guān)鍵設備的通訊電源也提出了新的請求。能耗、體積、環(huán)境順應性等特性影響到整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的部署、牢靠性和商用價(jià)值，正越來(lái)越遭到運營(yíng)商關(guān)注。得益于器件、控制技術(shù)和電力電子拓撲研討的停頓，新一代數字化高效率通訊電源設備順應這些請求，正在成為承載通訊網(wǎng)絡(luò )的主要力氣，也是完成節能減排的主要技術(shù)手腕。
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