通信網(wǎng)動力需求及開關(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(shè)備。在通訊網(wǎng)絡(luò)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�？v觀通訊電源開展過程，其產(chǎn)品進(jìn)步主要受兩個要素影響：電力電子技術(shù)和通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對動力平臺的請求。在現(xiàn)階段，除了以上兩個推進(jìn)通訊電源產(chǎn)品開展的要素之外，節(jié)能減排請求是通訊電源產(chǎn)品最重要的技術(shù)導(dǎo)向，也是對企業(yè)社會義務(wù)的請求。
通訊電源設(shè)備作為關(guān)鍵的根底設(shè)備，在通訊網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中需求綜合思索建立本錢、運轉(zhuǎn)本錢、技術(shù)先進(jìn)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(wù)、全方位的競爭格局曾經(jīng)構(gòu)成，國內(nèi)通訊行業(yè)正在閱歷市場格局的深遠(yuǎn)變化。
二、通訊電源技術(shù)與應(yīng)用開展進(jìn)程
通訊電源技術(shù)的開展與通訊設(shè)備、商用通訊網(wǎng)絡(luò)的開展息息相關(guān)。20世紀(jì)70年代，網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備簡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(shè)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(shù)，普通效率在80%以下，功率因數(shù)低于0.85，諧波高于30%，且體積龐大。
20世紀(jì)80年代，隨著能夠?qū)掚妷汗╇姷臄?shù)字程控交流機的引入，對供電質(zhì)量請求提升；另一方面，電力部門對用電設(shè)備輸入特性也越來越注重。1994年我國決議大范圍開展數(shù)字挪動通訊網(wǎng)之后，網(wǎng)絡(luò)建立對電源設(shè)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(guān)電源以取代相控電源之后10年時間內(nèi)，作為第三代通訊電源的智能高頻開關(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(shè)計、本錢控制、制造才能、質(zhì)量控制等各方面具備相當(dāng)?shù)某墒於�，有效的支撐了商用通訊網(wǎng)絡(luò)的牢靠運轉(zhuǎn)。
三、第四代通訊用直流電源
目前在網(wǎng)應(yīng)用的高頻開關(guān)電源大多采用軟開關(guān)技術(shù)，效率已較相控電源進(jìn)步了10%以上，日常較低負(fù)載率運轉(zhuǎn)效率可到達(dá)85%左右。2008年以來，控制技術(shù)和器件技術(shù)的進(jìn)步使得更合理的拓?fù)涞靡詰?yīng)用，以整流器效率高于96%為顯著標(biāo)志的第四代電源產(chǎn)品開端商用。4年以來，高效電源有了更大的技術(shù)進(jìn)步，產(chǎn)品成熟度曾經(jīng)完整滿足通訊行業(yè)請求。主流廠商現(xiàn)都能夠消費高效率開關(guān)電源產(chǎn)品，局部行業(yè)搶先的廠家曾經(jīng)推出了峰值效率高于98%的整流模塊（為表述便當(dāng)，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(yīng)用狀況
國內(nèi)電信運營商從2010年開端采用高效直流電源，從應(yīng)用效果來看，高效直流電源具有更高的牢靠性、環(huán)境順應(yīng)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，高效模塊內(nèi)部關(guān)鍵器件（整流橋、開關(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。從實踐應(yīng)用的毛病率統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，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(yīng)才能
隨著節(jié)能減排的深化，基站運轉(zhuǎn)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(diào)的工作溫度曾經(jīng)成為運營商節(jié)能減排的重要手腕。
中國挪動公布的《關(guān)于中國挪動“2011年綠色行動方案”工作的指導(dǎo)意見》中請求80%的基站運轉(zhuǎn)溫度進(jìn)步到30℃，20%的基站運轉(zhuǎn)溫度進(jìn)步到35℃。而隨著WLAN、FTTx的建立，網(wǎng)絡(luò)不時深化，裝置于弱電井、樓梯間等缺乏特地的環(huán)境調(diào)理設(shè)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(zhuǎn)本錢低，近年開展也呈上升態(tài)勢。站點的開展請求電源設(shè)備具備愈加良好的環(huán)境順應(yīng)性。
基站現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)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(shù)字化水平的進(jìn)步和發(fā)熱量的顯著降低為愈加優(yōu)化的熱設(shè)計提供了可能，55℃下可滿載輸出的產(chǎn)品也已在市面呈現(xiàn)，最高允許工作溫度允許到達(dá)65℃。直流電源工作溫度范圍的提升，能夠讓電源設(shè)備正常工作于弱電井、樓梯間等缺乏特地的環(huán)境調(diào)理設(shè)備的場所，也能夠使電源設(shè)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(diào)站點運轉(zhuǎn)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)越來越深化，節(jié)能減排是全球每個企業(yè)和每個人應(yīng)當(dāng)承當(dāng)?shù)纳鐣x務(wù)。1992年經(jīng)過的《結(jié)合國氣候變化框架條約》和1997年經(jīng)過并于2005年生效的《京都議定書》強化了全社會一切團(tuán)體、組織、企業(yè)和個人的義務(wù)。
另一方面，2008年以來通訊網(wǎng)絡(luò)再次高速開展，2011年底三大運營商基站總量已達(dá)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(shù)的普遍應(yīng)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(dāng)中增加最快的局部。通訊網(wǎng)絡(luò)能耗的進(jìn)一步降落成為運營商實行社會義務(wù)和降低運營本錢的共同請求。詳細(xì)到開關(guān)電源產(chǎn)品，最主要的技術(shù)目的是進(jìn)步其能源轉(zhuǎn)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(shè)備因建立較早無法應(yīng)用該技術(shù)，實踐運轉(zhuǎn)效率更低，約85%。而高效直流電源系統(tǒng)工作效率可到95%以上。
站點的實踐運轉(zhuǎn)狀況的比照數(shù)據(jù)見表1，三個基站負(fù)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(zhuǎn)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(shè)備投資。目前高效開關(guān)電源采購本錢比普通效率開關(guān)電源產(chǎn)品增加較多，主要緣由國內(nèi)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(jìn)一步縮短。
除已采用高效的約站點外，全網(wǎng)其他約160萬站點如采用高效開關(guān)電源替代現(xiàn)有電源，年可節(jié)約用電約29億度。除基站外，國內(nèi)全網(wǎng)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(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(nèi)開展?fàn)顩r
固然應(yīng)用效果很好，但國內(nèi)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(nèi)運營商資本開支壓力逐年增大，對設(shè)備采購的初期投入控制較嚴(yán)。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(yuǎn)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(shè)備投資。
國內(nèi)通訊行業(yè)還處于開展期，電源設(shè)備的應(yīng)用依然堅持較大范圍；現(xiàn)有開關(guān)電源運用時間最長超越了15年，今后將逐漸進(jìn)入替代改換期。針對國內(nèi)通訊行業(yè)的開關(guān)電源應(yīng)用，應(yīng)改動以低價為導(dǎo)向的采購形式，需求綜合思索建立本錢、運轉(zhuǎn)本錢、技術(shù)先進(jìn)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(yīng)主動承當(dāng)社會義務(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(shè)備，采用第四代高效率電源產(chǎn)品分批停止逐漸交換。
五、 世界主要運營商能耗及電源應(yīng)用狀況
依據(jù)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(wù)構(gòu)成、業(yè)務(wù)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(yuǎn)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(nèi)的通訊電源設(shè)備采購中，產(chǎn)品的效率指標(biāo)并未得到充沛注重，實踐采購的電源產(chǎn)品仍以第三代普通效率電源產(chǎn)品為主。相比照之下，歐洲主要運營商在2011年起，高效率電源設(shè)備的采購比例即到達(dá)了80%以上，遠(yuǎn)高于國內(nèi)應(yīng)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(wǎng)絡(luò)關(guān)于承載其運轉(zhuǎn)關(guān)鍵設(shè)備的通訊電源也提出了新的請求。能耗、體積、環(huán)境順應(yīng)性等特性影響到整個網(wǎng)絡(luò)的部署、牢靠性和商用價值，正越來越遭到運營商關(guān)注。得益于器件、控制技術(shù)和電力電子拓?fù)溲杏懙耐ｎD，新一代數(shù)字化高效率通訊電源設(shè)備順應(yīng)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(jié)能減排的主要技術(shù)手腕。
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