基站降耗與通信電源休眠節(jié)能技術(shù)

一、 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴張，通信網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備、動力系統(tǒng)以及機房、基站等成倍增加，需要耗費大量的電能。此外，為了確保核心設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，需要采用空調(diào)等設(shè)備控制室內(nèi)的溫度，又造成了較高的能耗。

目前，整個通信行業(yè)耗電達到200億度以上。從可持續(xù)發(fā)展的角度，節(jié)能減排已成為衡量企業(yè)未來發(fā)展的重要指標(biāo)。

本文從基站的能耗出發(fā)，分析了基站的能耗模型，提出了基站能耗中的級聯(lián)效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上對通信電源設(shè)備的節(jié)能進行了重點分析，提出了休眠節(jié)能模式并給出了實驗室和實際站點的測試結(jié)果。結(jié)果表明，通信電源休眠節(jié)能模式可以有效的降低電源系統(tǒng)及基站能耗。

二、 典型基站的能耗模型與級聯(lián)效應(yīng)

圖1 基站能耗模型

根據(jù)基站的設(shè)備配置及實際運行狀況統(tǒng)計，基站能耗分配如圖1示。據(jù)統(tǒng)計，機房內(nèi)主設(shè)備耗電量約占整個機房耗電量的43%，空調(diào)耗電量約占整個機房耗電量的46%，通信電源耗電量占機房耗電量的8%左右，剩余3%來自于機房配電及照明裝置。

根據(jù)目前網(wǎng)上設(shè)備狀況，各種設(shè)備的典型效率如下表1所示：

根據(jù)機房內(nèi)設(shè)備的工作狀況并結(jié)合表一中設(shè)備的典型參數(shù)，可以推出機房的能效邏輯圖如圖2 。

圖2 機房的能效邏輯圖

通信電源（AC/DC）本身不是空調(diào)的的下級設(shè)備，但是考慮到空調(diào)要對機房內(nèi)的所有設(shè)備（包括空調(diào)自身）進行散熱，因此可以把空調(diào)“等效為”插入機房所有設(shè)備前級。

從圖2中機房的能效邏輯圖可以看到，基站內(nèi)設(shè)備功耗是有級聯(lián)效應(yīng)的，末端設(shè)備功耗會逐級放大?；驹O(shè)備每節(jié)省一瓦電能，可導(dǎo)致整個站點節(jié)省2.68瓦電能。同樣，通信電源設(shè)備的能耗降低，也會降低機房配電及空調(diào)的能耗，因此，站點節(jié)能應(yīng)從末端設(shè)備入手，逐漸的向前端推進。

三、 通信電源設(shè)備節(jié)能

通信電源是通信局站的關(guān)鍵設(shè)備之一。從基站的能耗模型來看，通信電源占基站總能耗的8%左右。考慮能耗的級聯(lián)效應(yīng)，基站電源的降耗也會引起前端配電及空調(diào)耗電量的減少，因此，通信電源設(shè)備節(jié)能對機房的整體節(jié)能降耗有一定的實際意義。

圖3 通信電源系統(tǒng)效率曲線

通信電源系統(tǒng)節(jié)能要從提高系統(tǒng)整體效率出發(fā)。圖3為典型通信電源設(shè)備在不同負載率下的效率曲線。從該效率曲線可以看出，通信電源設(shè)備效率在從低負載率到高負載率呈增加趨勢。考慮目前站點內(nèi)通信電源的配置，整流模塊的配置均包含了電池充電的容量。正常情況下，由于電池充電相對于整個系統(tǒng)工作來講只有很短的時間。因此，大部分時間內(nèi)電源系統(tǒng)工作在50%以下負載率較低的區(qū)間，在話務(wù)量較低的階段，電源系統(tǒng)的負載率會進一步降低。因此，電源系統(tǒng)大部分時間沒有工作在最佳的效率區(qū)間。

通過以上分析可以看出，通過電源系統(tǒng)控制使電源系統(tǒng)工作在最佳效率區(qū)間可以提高電源系統(tǒng)效率，從而達到節(jié)能的目的。

四、 通信電源休眠節(jié)能技術(shù)

通信電源休眠節(jié)能技術(shù)是艾默生公司提出的降低通信電源能耗的有效手段。休眠節(jié)能技術(shù)的主要思路是電源系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)的負載情況和系統(tǒng)當(dāng)前模塊的工作情況，通過合理的邏輯判斷和控制，在保證系統(tǒng)冗余安全的條件下，有選擇的打開或休眠部分模塊，使系統(tǒng)工作在最佳效率點并保證模塊間同步老化。

休眠節(jié)能模式不同于模塊的冷備份模式。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，整個系統(tǒng)處于待機狀態(tài)。一旦有告警等異常情況，休眠模塊可以立即進入工作狀態(tài)。這與模塊的冷備份是完全不同的。

休眠節(jié)能技術(shù)也不同于傳統(tǒng)的遙控關(guān)機技術(shù)，傳統(tǒng)的遙控關(guān)機功能只關(guān)閉模塊的輸出部分，模塊輸入及其它輔助電路仍處于工作狀態(tài)。因此，模塊在遙控關(guān)機狀態(tài)下仍有一定的損耗。在模塊休眠模式下，模塊的輸入輸出完全處于關(guān)閉狀態(tài)，整個模塊的待機損耗明顯降低。

統(tǒng)工作在休眠節(jié)能狀態(tài)下，一旦負載增大到一定程度或系統(tǒng)異常，系統(tǒng)會立即根據(jù)需要喚醒部分休眠模塊。使整個系統(tǒng)始終處于安全可靠的工作狀態(tài)之下。

此外，系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)置的工作時間使模塊輪流休眠，從而使每個模塊的累計工作時間基本一致，從而使所有模塊均勻老化，避免個別模塊過度老化的現(xiàn)象。

經(jīng)過實驗室測試和實際站點的運行實驗，通信電源休眠節(jié)能模式可以有效降低通信電源的能耗，對整個機房的能耗降低也有明顯的作用。表2為網(wǎng)上運行的某型通信電源系統(tǒng)通過節(jié)能改造后，實際配置210A系統(tǒng)，在不同負載率條件下節(jié)能前后的效率比較和節(jié)能效果測試數(shù)據(jù)， 從測試結(jié)果可看出，采用休眠節(jié)能技術(shù)后，電源系統(tǒng)效率得到明顯提升且在不同負載率下保持較平穩(wěn)的狀態(tài)。因此休眠節(jié)能技術(shù)達到了控制系統(tǒng)在不同負載條件下工作在最佳效率點實現(xiàn)能耗降低的目的。

表2：電源系統(tǒng)休眠節(jié)能測試結(jié)果

休眠節(jié)能技術(shù)已經(jīng)過實際站點的運行驗證，通過比較站點的平均日耗電量，表明電源休眠節(jié)能對降低機房能耗是非常有效的。

五、 總結(jié)

通過本文的分析，可以得到以下結(jié)論：

1． 通信局站設(shè)備的能耗具有級聯(lián)效應(yīng)，末端設(shè)備功耗會向上逐級放大。因此，局站當(dāng)中末端設(shè)備能耗降低會帶來整個機房能耗更大的降低。

2． 通信電源設(shè)備由于配置和工作特性，大部分時間沒有工作在設(shè)備的最佳效率點。

3． 通信電源的休眠節(jié)能功能不同于模塊關(guān)機和遙控關(guān)機。休眠節(jié)能技術(shù)可以保證電源系統(tǒng)正常工作的條件下使系統(tǒng)工作在最佳效率區(qū)間，最大程度的降低設(shè)備能耗。

4. 實驗室測試和實際站點運行的結(jié)果表明，休眠節(jié)能技術(shù)對降低設(shè)備能耗有明顯效果。