一、概述
能源是發(fā)展國民經(jīng)濟和提高人民生活水平的重要物質(zhì)基礎；節(jié)約能源是合理有效地利用能源、緩解能源緊缺狀況、提高企業(yè)經(jīng)濟效益和保護環(huán)境的重要措施。在通信 行業(yè)中，人們通常把電源比喻為通信系統(tǒng)的“心臟”。 隨著我通信產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,通信電源和空調(diào)設備的規(guī)模將越來越大,消耗的電能也是一個龐大的數(shù)目.通 信電源作為電信運營商運行維護的"心臟",在節(jié)能降耗方面具有很大的潛力.電費作為最后一項未被控制的成本,在節(jié)能方面更具有緊迫性。

隨著通信由語音為主的通信時代轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)通信為主的時代,人們對通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了越來越高的要求.相應的,對通信直流電源設備而言,其各方面的性能要 求也越來越高,否則無法滿足通信網(wǎng)絡的高性能要求.同時,隨著人們對于環(huán)境保護意識的不斷增強,以及能源價格的不斷上漲,對通信直流電源產(chǎn)品在環(huán)境保護和 節(jié)能方面提出了更高的要求。從宏觀、全局和經(jīng)營效益的角度來看，通信電源似乎顯得并不十分搶眼，但從微觀和電源專業(yè)本身來看，從確保通信質(zhì)量、生產(chǎn)安全和 財產(chǎn)安全的角度提出高度重視通信電源的運行管理與應用研究，頗有一定道理。

消耗能源巨大，設備資源豐富，需要精心管理通信生產(chǎn)用電和確保通信機房環(huán)境溫度等用電，所消耗的電能源是巨大的。而且通信電源設備的種類多、數(shù)量多，通信 電源、空調(diào)設備資產(chǎn)大約占總資產(chǎn)的3％～5％，在一個擁有雄厚資產(chǎn)的強大通信企業(yè)——中國網(wǎng)通集團公司，通信電源、空調(diào)設備的資產(chǎn)所占通信設備資產(chǎn)比例是 非常高的，因此加強管理，提高使用效率，降低成本，意義重大。

而在通信機房中，除了雜項用電外，空調(diào)用電與通信用電各占一半。

因此說，節(jié)能降耗的能效有多大，很大程度上取決于對機房空調(diào)和通信電源設備的節(jié)能降耗改革的成果。

在本文中，我們一起探討兩種途徑來實現(xiàn)通信電源設備的節(jié)能降耗。

二、開關電源的關鍵技術(shù)帶來節(jié)能降耗
開關電源被譽為高效、節(jié)能電源，它代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向。采用開關電源可有效減小功率損耗，通過外部電路還可進一步提高電源的工作效率。

通信電源，尤其是通信直流電源技術(shù)發(fā)展很快，但它的發(fā)展有以下幾個特征，以及開關電源技術(shù)有四大趨勢。這些新的技術(shù)和趨勢是實現(xiàn)通信電源節(jié)能降耗的重要途徑。

（一）通信直流電源技術(shù)發(fā)展的4個特征：

1．通信直流電源產(chǎn)品內(nèi)部各部分技術(shù)的發(fā)展存在不均衡性
通信直流電源產(chǎn)品一般由交、直流配電單元、整流器單元、監(jiān)控單元、蓄電池系統(tǒng)等幾部分構(gòu)成,但這幾部分的技術(shù)發(fā)展是不均衡的.其中發(fā)展最快的是整流器技術(shù),而配電技術(shù)則相對發(fā)展緩慢.這樣導致了整個通信直流電源系統(tǒng)內(nèi)部各部分的不均衡發(fā)展。 
2．新型器件和材料得到不斷應用
新型器件和材料的不斷涌現(xiàn)并被應用到通信直流電源產(chǎn)品中。例如碳化硅(SiC)器件和新型磁性材料(如非晶材料)逐步開始應用到通信用整流器中,DSP芯 片也開始在整流器中得到規(guī)模應用.更高性能的單片機系統(tǒng)在監(jiān)控單元中不斷得到應用,膠體電池得到大量應用等。
3．功率變換技術(shù)不斷發(fā)展
作為通信直流電源的核心部件---整流器在技術(shù)上發(fā)展最為迅速,各種新型線路技術(shù)、開關變換器技術(shù)、諧振開關技術(shù)、新型軟開關技術(shù)、功率因數(shù)校正技術(shù)、環(huán)路控制技術(shù)、均流技術(shù)都在不斷迅速發(fā)展并在產(chǎn)品中得到商用。
4．新的監(jiān)控技術(shù)不斷應用 
伴隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,一些新型技術(shù)也不斷在通信直流電源產(chǎn)品中得到應用,如CAN總線技術(shù)、IP通信技術(shù)、USB技術(shù)、基于英特網(wǎng)的組網(wǎng)技術(shù)等。這些技術(shù)的應用推動了通信直流的智能化發(fā)展。

（二）通信開關電源的4種發(fā)展趨勢：

1、同步整流技術(shù)實現(xiàn)高效
從上世紀90年代末期同步整流技術(shù)誕生以來，開關電源技術(shù)得到了極大的發(fā)展，采用IC控制技術(shù)的同步整流方案已經(jīng)為研發(fā)工程師普遍接受，現(xiàn)在的同步整流技術(shù)都在努力實現(xiàn)ZVS、ZCS方式的同步整流。
從2002年美國銀河公司發(fā)表了ZVS同步整流技術(shù)之后，現(xiàn)在已經(jīng)得到了廣泛應用。這種方式的同步整流系巧妙地將二次側(cè)驅(qū)動同步整流的脈沖信號調(diào)為比一次 側(cè)的PWM脈沖信號的上升沿超前，下降沿滯后的方法實現(xiàn)了同步整流MOS的ZVS方式工作。最新問世的雙輸出式PWM控制IC幾乎都在控制邏輯內(nèi)增加了對 二次側(cè)實現(xiàn)ZVS同步整流的控制端子。例如：Linear公司的LTC3722、LTC3723，INTERSIL公司的ISL6752等。這些IC不僅 努力解決好初級側(cè)功率MOSFET的軟開關，而且著力解決好二次側(cè)的ZVS方式的同步整流，轉(zhuǎn)換效率可達94%以上。
2、開關電源吹響數(shù)字化號角 
目前在整個的電子模擬電路系統(tǒng)中，電視、音響設備、照片處理、通訊、網(wǎng)絡等都逐步實現(xiàn)了數(shù)字化，而最后一個沒有數(shù)字化的堡壘就是電源領域了。近年來，數(shù)字 電源的研究勢頭不減，成果也越來越多。在電源數(shù)字化方面走在前面的公司有TI和Microchip。TI公司既有DSP方面的優(yōu)勢，又兼并了PWMIC專 業(yè)制造商UNITRODE公司，該公司已經(jīng)用TMS320C28F10制成了通訊用的48V輸出大功率電源模塊，其中PFC和PWM部分完全為數(shù)字式控 制?，F(xiàn)在，TI公司已經(jīng)研發(fā)出了多款數(shù)字式PWM控制芯片。目前主要是UCD7000系列、UCD8000系列和UCD9000系列，它們將成為下一代數(shù) 字電源的探路者。它們總體上既包括硬件部分，還要做軟件編程。硬件部分包括PWM的邏輯部分、時鐘、放大器環(huán)路的模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換以及數(shù)字處理、驅(qū)動， 同步整流的檢測和處理等。 
目前在電源領域里的競爭主要還是性能價格的競爭，所以數(shù)字電源還有很長的路要走，然而電源領域的數(shù)字化的號角已經(jīng)吹響了。
3、非隔離DC/DC技術(shù)迅速發(fā)展
近年來，非隔離DC/DC技術(shù)發(fā)展迅速。目前一套電子設備或電子系統(tǒng)由于負載不同，會要求電源系統(tǒng)提供多個電壓擋級。小到臺式PC機就要求 有+12V、+5V、+3.3V、-12V四種電壓以及待機的+5V電壓，主機板上則需要2.5V、1.8V、1.5V甚至1V等。一套AC/DC中不可 能給出這樣多的電壓輸出，而大多數(shù)低壓供電電流都很大，因此開發(fā)了很多非隔離的DC/DC，它們基本上可以分成兩大類。一類在內(nèi)部含有功率開關元件，稱 DC/DC轉(zhuǎn)換器。另一類不含功率開關，需要外接功率MOSFET，稱DC/DC控制器。按照電路功能劃分，有降壓的STEP-DOWN、升壓的 BOOST，還有能升降壓的BUCK-BOOST或SEPIC等，以及正壓轉(zhuǎn)成負壓的INVERTOR等。其中品種最多，發(fā)展最快的還是降壓的STEP- DOWN。根據(jù)輸出電流的大小，分為單相、兩相及多相?？刂品绞缴弦訮WM為主，少部分為PFM。 
在非隔離的DC/DC轉(zhuǎn)換技術(shù)中，TI公司的預檢測柵驅(qū)動技術(shù)采用數(shù)字技術(shù)控制同步BUCK，采用這種技術(shù)的DC/DC轉(zhuǎn)換效率最高可以達到97%，其中 TPS40071等是其代表產(chǎn)品。BOOST升壓方式也出現(xiàn)了采用MOSFET代替二極管的同步BOOST的產(chǎn)品。在低壓領域，增加效率的幅度很大，而且 正在設法進一步消除MOSFET的體二極管的導通及反向恢復問題。
4、初級PWM控制IC不斷優(yōu)化
有源箝位技術(shù)歷經(jīng)十余年經(jīng)久不衰，如今已發(fā)展為采用電流型控制方式，綜合了高邊箝位、低邊箝位兩種控制方案，給出了全新的控制技巧。
隨著開關電源的技術(shù)不斷革新，功率控制技術(shù)的不斷純熟，控制電路的不斷發(fā)展，通信電源的節(jié)能降耗能效日益凸顯，成為眾多運營商關注的重要元素之一。

三．通信機房空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能降耗
通信機房節(jié)約能源的主要途徑：
1、利用大自然環(huán)境溫濕度的變化——是節(jié)約能源的途徑之一
大自然的環(huán)境溫濕度，晝夜、季節(jié)、地區(qū)都在變化，而通信機房發(fā)熱量是不變的，充分利用大自然冷熱對機房熱輻射效應的變化，自動改變空調(diào)合理運行所應有的溫 度和濕度設置值，減少壓縮機工作時間，控制空調(diào)的總制冷量輸出，做到“按需制冷、供冷”,節(jié)約空調(diào)的耗電量。準確統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，在上海地區(qū)夏季的空調(diào)用電 量一般要比冬季高出約40%左右。采用自適應節(jié)能技術(shù)，通過精確控制把大自然溫度變化的能量轉(zhuǎn)化為空調(diào)可節(jié)約的電量部分，這是人工控制做不到的。
通信機房的空調(diào)數(shù)量或者說冷量（大卡）的配置值n臺數(shù)，在機房設計時就已經(jīng)充分考慮到了。其主要的“冷量峰值”是夏季高溫季節(jié)的最高溫度時段，如午后太陽 西曬時，也就是說空調(diào)的制冷大卡量是滿足夏季最高溫度時對通信設備的冷卻標準。加上 1 臺備用空調(diào)機組（即n+1臺）大部分時間也會投入使用，因此隨著 晝夜、季節(jié)、地區(qū)的溫度變化，空調(diào)制冷富余量幾乎永遠存在，只是大小差異而已。見如下示意圖；

我們通常講的采用自適應技術(shù)平均節(jié)電率20%是指一年的平均節(jié)電率。由外部環(huán)境溫度的變化而產(chǎn)生的空調(diào)富余量直接影響節(jié)電率或者說節(jié)電度數(shù)的絕對值。不同機房的工況環(huán)境條件與節(jié)電率大小也是有密切關系的。
根據(jù)大連網(wǎng)通機房近幾年的空調(diào)用電數(shù)據(jù)統(tǒng)計，1臺3.2萬大卡的空調(diào)，夏季耗電190度/天，冬季耗電133度/天。全年平均耗電153度/天。夏季比冬 季耗電量高40%左右。下表數(shù)據(jù)可見，不同季節(jié)的節(jié)電率是不同的，而且節(jié)電度數(shù)的絕對值也是不同的。事實上，白天和晚上的耗電量都是不同的。
 

2、跟蹤機房區(qū)域環(huán)境溫濕度，使空調(diào)更“聰明”——是節(jié)約能源的途徑之二
自動跟蹤機房“各區(qū)域”內(nèi)真實的溫濕度數(shù)據(jù)值，控制空調(diào)的“去濕”、“加濕”等功能，讓空調(diào)始終處于合理的工作狀態(tài)，避免做“無用功”。具體的辦法是：
首先將自適應節(jié)能監(jiān)控器通過數(shù)據(jù)三通與原空調(diào)監(jiān)控平臺并聯(lián)，不影響原監(jiān)控系統(tǒng)的正常工作。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖：
 

機房平面環(huán)境溫濕度監(jiān)測點分布示意圖： 
 

由于建立了這些虛擬的機房“溫度區(qū)域”，空調(diào)可以有的放矢，按需供冷，不會發(fā)生由于某一點的偽信息，而讓整臺空調(diào)機組產(chǎn)生誤動作。

3、在目標溫濕度值控制范圍內(nèi)，讓空調(diào)作節(jié)能控制——是節(jié)約能源的途徑之三
過去專用空調(diào)的控制大部分是在22℃±2℃,50±5%，其實國標控制值是23℃±2℃，40—70%。
下圖是以濕度控制為例，說明專用空調(diào)節(jié)電的方法。 
 

 
改變手動設置壓縮機頻繁工作的狀況，讓空調(diào)濕度設置點，在目標值內(nèi)盡可能與環(huán)境濕度接近，從而大大節(jié)約了空調(diào)用電度數(shù)。
4、“N+1”臺空調(diào)富余量的自動控制，而且自動優(yōu)先排序——是節(jié)約能源的途徑之四
根據(jù)“空調(diào)組群”里“N+1”臺空調(diào)所產(chǎn)生的制冷量總和，自動判斷空調(diào)需要“n+1”或者“n-1”的物理位置，控制其合理的開啟或關閉狀態(tài)，達到節(jié)約能源的效果。
機房內(nèi)發(fā)熱源（交換機、計算機）的分布是不均衡的，所以“空調(diào)組群”里的每臺空調(diào)所對應區(qū)域的制冷負荷量必然是不同的。對“空調(diào)組群”實現(xiàn)自動控制，而且自動優(yōu)先排序，使冷量利用效率最大化是有效的節(jié)能措施，也是確保機房恒溫恒濕工作環(huán)境的技術(shù)保障。
通過上述技術(shù)措施，可以達到以下效果：
1、有效降低機房內(nèi)環(huán)境的溫差△t，提高機房整體恒溫恒濕效果，確保機房內(nèi)通信設備的安全性，降低主設備故障率。
2、自動控制空調(diào)溫濕度數(shù)據(jù)設置值，自動優(yōu)化空調(diào)工作性能和狀態(tài)，控制“空調(diào)群”的組合使用效率，減少空調(diào)不合理的耗電量部分。
3、自動優(yōu)化和控制空調(diào)壓縮機合理的負荷運行狀態(tài)，延長了空調(diào)使用壽命。
由此我們可以得出以下4個結(jié)論：
1、根據(jù)前面介紹的節(jié)能途徑和原理，自適應節(jié)能技術(shù)節(jié)電率大小主要取決于空調(diào)富余量（相對于機架發(fā)熱總量）。除了夏季高溫時段外，一年四季絕大部分時間內(nèi)的機房空調(diào)富余量是比較大的。
2、空調(diào)的富余量，既取決于室外晝夜、季節(jié)、地區(qū)的氣侯變化、又取決于空調(diào)機組自身的制冷效率、機房密封性能、機房工況條件等諸多不同因素。
3、不同季節(jié)的節(jié)電率是不同的，年平均節(jié)電率一般約為20%左右。
4、自適應控制專用空調(diào)的節(jié)能技術(shù)，有效解決了機房安全與節(jié)能的問題。尤其是避免了為節(jié)能而影響機房環(huán)境的安全。

四．節(jié)能措施
為了迎合新技術(shù)和市場的變化達到節(jié)能目的，根據(jù)省公司的統(tǒng)一部署安排結(jié)合實際情況，將設備實占率低開關電源冗余模塊多、耗電大的設備，依據(jù)設備負載和蓄電池容量的大小，適時關閉冗余模塊數(shù)量近120塊，每年節(jié)電近5萬元人民幣。
由于投入的資金有限，空調(diào)設備的節(jié)能降耗只能采用有限的方法：
封閉空間減少能量流失；
根據(jù)季節(jié)、溫度變化人工調(diào)節(jié)溫濕度；
改善冷凝器通風環(huán)境和保持清潔，減少用電消耗；
通過三線分離改變送風走向和風量。

五．結(jié)束語
通信電源作為通信的心臟和能源消耗的主要核心，也是節(jié)能的主要重點。本著通信暢通設備完好的思想，利用科學的方法和手段，合理、科學、安全使用調(diào)配現(xiàn)有的設備，提高效率達到降耗的目的。