通信網動力需求及開關電源發(fā)展趨勢探討
一、前言
通訊電源是通訊網絡的關鍵根底設備。在通訊網絡開展初期采用的相控整流電源滿足的只是根本的穩(wěn)壓供電請求，而在通訊事業(yè)大開展的十幾年中，通訊電源行業(yè)在強勁需求帶動下閱歷了快速革新。縱觀通訊電源開展過程，其產品進步主要受兩個要素影響：電力電子技術和通訊網絡設備對動力平臺的請求。在現階段，除了以上兩個推進通訊電源產品開展的要素之外，節(jié)能減排請求是通訊電源產品最重要的技術導向，也是對企業(yè)社會義務的請求。
通訊電源設備作為關鍵的根底設備，在通訊網絡應用中需求綜合思索建立本錢、運轉本錢、技術先進性、穩(wěn)定性、環(huán)保等各個方面。自工業(yè)和信息化部發(fā)放3G牌照以來，運營商之間全業(yè)務、全方位的競爭格局曾經構成，國內通訊行業(yè)正在閱歷市場格局的深遠變化。
二、通訊電源技術與應用開展進程
通訊電源技術的開展與通訊設備、商用通訊網絡的開展息息相關。20世紀70年代，網絡通訊設備簡直全部采用模仿技術，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單，而對輸入特性簡直沒有請求。這一時期的通訊電源主要采用相控整流技術，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，隨著能夠寬電壓供電的數字程控交流機的引入，對供電質量請求提升；另一方面，電力部門對用電設備輸入特性也越來越注重。1994年我國決議大范圍開展數字挪動通訊網之后，網絡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)推行運用高頻開關電源以取代相控電源之后10年時間內，作為第三代通訊電源的智能高頻開關電源曾經完成對第二代通訊電源的替代晉級，在產品設計、本錢控制、制造才能、質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絡的牢靠運轉。
三、第四代通訊用直流電源
目前在網應用的高頻開關電源大多采用軟開關技術，效率已較相控電源進步了10%以上，日常較低負載率運轉效率可到達85%左右。2008年以來，控制技術和器件技術的進步使得更合理的拓撲得以應用，以整流器效率高于96%為顯著標志的第四代電源產品開端商用。4年以來，高效電源有了更大的技術進步，產品成熟度曾經完整滿足通訊行業(yè)請求。主流廠商現都能夠消費高效率開關電源產品，局部行業(yè)搶先的廠家曾經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
國內電信運營商從2010年開端采用高效直流電源，從應用效果來看，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，高效模塊內部關鍵器件（整流橋、開關器件、主變壓器、電解電容）的溫度相比普效模塊降低約5℃～15℃，從而壽命得到進步。其中對溫度最為敏感的電解電容，壽命可進步40%以上。從實踐應用的毛病率統計數據來看，第四代通訊電源產品比普通效率產品低10％～20％。
2）更好的環(huán)境順應才能
隨著節(jié)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。在長期實驗獲得良好效果之后，提升站點空調的工作溫度曾經成為運營商節(jié)能減排的重要手腕。
中國挪動公布的《關于中國挪動“2011年綠色行動方案”工作的指導意見》中請求80%的基站運轉溫度進步到30℃，20%的基站運轉溫度進步到35℃。而隨著WLAN、FTTx的建立，網絡不時深化，裝置于弱電井、樓梯間等缺乏特地的環(huán)境調理設備場所的站點越來越多，溫度、濕度、空氣干凈度都無法保證。另一方面，戶外型站點由于建站速度快，投資運轉本錢低，近年開展也呈上升態(tài)勢。站點的開展請求電源設備具備愈加良好的環(huán)境順應性。
基站現網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步和發(fā)熱量的顯著降低為愈加優(yōu)化的熱設計提供了可能，55℃下可滿載輸出的產品也已在市面呈現，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)境調理設備的場所，也能夠使電源設備正常工作于戶外型站點。各廠商的普通效率直流電源在這些場景下工作時，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運轉的毛病率持平。
采用高效直流電源，能夠為通訊網絡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越來越深化，節(jié)能減排是全球每個企業(yè)和每個人應當承當的社會義務。1992年經過的《結合國氣候變化框架條約》和1997年經過并于2005年生效的《京都議定書》強化了全社會一切團體、組織、企業(yè)和個人的義務。
另一方面，2008年以來通訊網絡再次高速開展，2011年底三大運營商基站總量已達180萬，較2008年增長近4倍。固然多載波功率放大、散布式基站等技術的普遍應用有效降低了單站點能耗，電費依然成為運營商綜合本錢當中增加最快的局部。通訊網絡能耗的進一步降落成為運營商實行社會義務和降低運營本錢的共同請求。詳細到開關電源產品，最主要的技術目的是進步其能源轉換效率。
目前，普通效率直流電源主要的節(jié)能手腕為休眠節(jié)能，日常工作效率約為90%，另有約20%站點的電源設備因建立較早無法應用該技術，實踐運轉效率更低，約85%。而高效直流電源系統工作效率可到95%以上。
站點的實踐運轉狀況的比照數據見表1，三個基站負荷均為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，兩年半即可收回設備投資。目前高效開關電源采購本錢比普通效率開關電源產品增加較多，主要緣由國內采購高效模塊較少，在廠家完成范圍化的消費之后，投資報答周期將進一步縮短。
除已采用高效的約站點外，全網其他約160萬站點如采用高效開關電源替代現有電源，年可節(jié)約用電約29億度。除基站外，國內全網還有約5萬套分立電源，目前能效程度普遍不高，且不適用休眠節(jié)能功用，如全部采用高效電源，年可節(jié)約用電也將超越20億度。能夠看到，固然單站年節(jié)電僅幾千度，但滴水成海，第四代電源的效率進步關于日益龐大的通訊網絡能耗控制意義特殊。
4） 第四代通訊電源國內開展狀況
固然應用效果很好，但國內運營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。國內運營商資本開支壓力逐年增大，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)還處于開展期，電源設備的應用依然堅持較大范圍；現有開關電源運用時間最長超越了15年，今后將逐漸進入替代改換期。針對國內通訊行業(yè)的開關電源應用，應改動以低價為導向的采購形式，需求綜合思索建立本錢、運轉本錢、技術先進性、穩(wěn)定性、環(huán)保等各個方面。作為大型國有企業(yè)，電信運運營商應主動承當社會義務。倡議在今后的集采中中止采購普效電源產品，全面采購第四代高效率電源產品；針對在網老舊設備，采用第四代高效率電源產品分批停止逐漸交換。
五、 世界主要運營商能耗及電源應用狀況
依據各自年報，中國運營商和歐洲主要運營商單位收入的能耗狀況見表2和表3。固然各運營商各自的業(yè)務構成、業(yè)務資費、能耗本錢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(jié)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，產品的效率指標并未得到充沛注重，實踐采購的電源產品仍以第三代普通效率電源產品為主。相比照之下，歐洲主要運營商在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
電信行業(yè)重組后運營商的競爭格局正在閱歷變化，日益龐大、不時深化開展的通訊網絡關于承載其運轉關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網絡的部署、牢靠性和商用價值，正越來越遭到運營商關注。得益于器件、控制技術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絡的主要力氣，也是完成節(jié)能減排的主要技術手腕。
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