開關(guān)電源節(jié)能的冷關(guān)斷技術(shù)解決方案

節(jié)能減排是全人類的共同責(zé)任, 電信企業(yè)作為節(jié)能減排的踐行者, 減排新技術(shù)、新項(xiàng)目的研究, 多措并舉全力推進(jìn)節(jié)能減排工作的科學(xué)、高效開展。

動(dòng)力運(yùn)維人員根據(jù)在網(wǎng)運(yùn)行年限較長開關(guān)電源工作效率較低的現(xiàn)狀, 提出采用冷關(guān)斷技術(shù)實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源工作效率提升的思路, 由相關(guān)公司開發(fā)控制器并實(shí)際應(yīng)用, 取得較好的實(shí)際效果。

1 前言

通信電源的發(fā)展經(jīng)歷了從相控電源到高頻開關(guān)電源的轉(zhuǎn)變, 系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)高可靠性、可維護(hù)性、高功率密度及高智能化, “如何降低運(yùn)營成本”成為當(dāng)前運(yùn)維關(guān)注重點(diǎn)。

隨著國家對(duì)節(jié)能減排要求提升及運(yùn)營商運(yùn)營成本壓力, 近年大規(guī)模推廣開關(guān)電源模塊軟休眠技術(shù), 該方案通過關(guān)閉部分模塊輸出來實(shí)現(xiàn)電源效率的提高從而降低系統(tǒng)損耗。依據(jù)這幾年實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù), 采用模塊軟休眠技術(shù)之后, 每基站開關(guān)電源年節(jié)電普遍在1000度以上, 企業(yè)取得經(jīng)濟(jì)效益顯著。軟休眠方案存在一定局限性, 要求開關(guān)電源需具備相關(guān)功能, 適用于近年生產(chǎn)的較新開關(guān)電源, 而對(duì)于在網(wǎng)運(yùn)行的大量無休眠功能的開關(guān)電源, 整流模塊采用N+1備份方式, 基本上負(fù)載率在20~30%, 模塊的空載損耗和低負(fù)載率時(shí)系統(tǒng)帶載損耗較大。

良好的經(jīng)濟(jì)效益促使運(yùn)營商和設(shè)備廠家對(duì)技術(shù)革新, 通過與電源廠家的技術(shù)交流共同確認(rèn)技術(shù)細(xì)節(jié), 定制通用型節(jié)能控制器, 可實(shí)現(xiàn)對(duì)所有在網(wǎng)老開關(guān)電源的節(jié)能改造, 節(jié)能效果顯著、系統(tǒng)可靠性進(jìn)一步提高。該方案解決了模塊軟休眠技術(shù)運(yùn)用局限性的問題, 適用所有開關(guān)電源、各廠家、各種型號(hào)的通信電源產(chǎn)品。

2 解決方案

冷關(guān)斷技術(shù)是整流模塊軟休眠技術(shù)的擴(kuò)大和補(bǔ)充, 是對(duì)不具備休眠功能的開關(guān)電源實(shí)施節(jié)能的一種解決方案, 對(duì)模塊沒有任何要求, 適用于所有廠家的在網(wǎng)中小容量開關(guān)電源系統(tǒng), 有廣范的應(yīng)用前景。

開關(guān)電源模塊冷關(guān)斷方案對(duì)開關(guān)電源本身不進(jìn)行改造, 只是增加了自動(dòng)控制部分, 通過控制開關(guān)電源整流模塊的輸入交流電源的通斷來控制開關(guān)電源模塊工作與關(guān)閉。即通過外掛硬件控制器的方式, 強(qiáng)制關(guān)閉冗余模塊來實(shí)現(xiàn)節(jié)能, 模塊僅作為被控制對(duì)象。

工作原理:如圖1所示, 節(jié)能控制器利用交流互感器測(cè)得整流模塊電流和電壓值, 通過相關(guān)計(jì)算間接判斷電源負(fù)載率, 控制整流模塊交流輸入通斷, 達(dá)到關(guān)閉冗余模塊的目的, 從而提高其它整流模塊帶載率, 使系統(tǒng)效率得到提升。圖2為正在使用的開關(guān)電源冷關(guān)斷控制器。

圖1 冷關(guān)斷控制器原理示意圖

圖2 冷關(guān)斷控制器

幾種狀態(tài)的控制過程:

2.1 整流模塊關(guān)閉

當(dāng)整流模塊負(fù)載率低于60% (可設(shè)置) 時(shí), 冷關(guān)斷控制系統(tǒng)向整流模塊的交流輸入控制繼電器發(fā)出控制信號(hào), 使繼電器動(dòng)作斷開模塊交流輸入電源, 從而關(guān)閉整流模塊。

2.2 整流模塊開啟

根據(jù)負(fù)荷情況, 冷關(guān)斷控制器將主用整流模塊的控制繼電器處于斷電常閉狀態(tài), 使主用模塊開啟;當(dāng)主用開關(guān)電源模塊負(fù)載率大于80% (可設(shè)置) 時(shí), 冷關(guān)斷控制系統(tǒng)給冗余整流模塊的交流輸入控制繼電器發(fā)出控制信號(hào), 使繼電器釋放接通模塊交流輸入電源, 從而開啟冗余開關(guān)電源模塊。

2.3 冷關(guān)斷控制退出

開關(guān)電源模塊冷關(guān)斷具有必要的安全措施, 保證特殊情況下系統(tǒng)工作可靠。系統(tǒng)保證至少一個(gè)整流模塊工作, 當(dāng)出現(xiàn)整流模塊故障、控制器失效、市電異常、電池均充等情況時(shí), 系統(tǒng)自動(dòng)取消模塊休眠功能;當(dāng)異常情況消失, 系統(tǒng)處于浮充狀態(tài)時(shí), 再啟動(dòng)模塊休眠功能, 從而保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.4 整流模塊輪換運(yùn)行

開關(guān)電源模塊休眠數(shù)量可根據(jù)負(fù)載變化而動(dòng)態(tài)調(diào)整, 當(dāng)負(fù)載增大到設(shè)定值時(shí), 自動(dòng)喚醒休眠模塊, 保證開關(guān)電源整體輸出容量。同時(shí)可以通過軟件設(shè)置整流模塊的休眠時(shí)間和休眠次序, 使各整流模塊輪換休眠, 維持各整流模塊工作時(shí)長的平均, 提高整流模塊使用壽命。

3 主要技術(shù)特點(diǎn)

開關(guān)電源冷關(guān)斷技術(shù)解決了整流模塊軟休眠技術(shù)運(yùn)用局限性的問題, 具有以下特點(diǎn):

節(jié)能效率高:控制整流模塊交流輸入電源的通/斷, 休眠模式的整流模塊完全處于斷電狀態(tài), 大幅提高開關(guān)電源運(yùn)行效率。

可靠性高:控制開關(guān)采用了常閉型控制器件, 硬件節(jié)能系統(tǒng)失效或故障不會(huì)影響到開關(guān)電源系統(tǒng)的正常電流輸出能力。

適用范圍廣:支持最多12個(gè)整流模塊, 冷關(guān)斷休眠節(jié)能裝置適應(yīng)性強(qiáng), 可用于各類單相模塊組成的電源系統(tǒng)。

故障或非正常狀態(tài)自動(dòng)退出:電源處于故障、電池充放電等非正常狀態(tài), 冷關(guān)斷自動(dòng)退出, 有效保護(hù)電源。

低負(fù)載率節(jié)能效果明顯:適用于系統(tǒng)負(fù)載率小于30% (不含電池充電電流) 的電源系統(tǒng)。

該技術(shù)節(jié)能效果明顯, 年節(jié)電收益約15%, 預(yù)計(jì)收回投資為27個(gè)月。

4 節(jié)能效益分析

開關(guān)電源冷關(guān)斷技術(shù)解決了整流模塊軟休眠技術(shù)運(yùn)用局限性的問題, 可靠性高、適用范圍廣、實(shí)施簡單, 能夠大幅提高開關(guān)電源的效率, 可用于各品牌、型號(hào)的通信電源產(chǎn)品。

效益預(yù)測(cè):

(1) 冷關(guān)斷控制器適用于所有采用單相供電且無軟休眠功能的整流模塊, 此類開關(guān)電源目前普遍在網(wǎng)時(shí)間4年以上, 按照平均6年計(jì)算, 冷關(guān)斷控制器還可以使用4年 (按開關(guān)電源10年壽命計(jì)算) 。

(2) 通過現(xiàn)場(chǎng)6個(gè)通信站點(diǎn)實(shí)測(cè), 用電能質(zhì)量測(cè)試儀測(cè)試開關(guān)電源冷關(guān)斷前后輸入功率, 在整流模塊數(shù)量符合規(guī)范配置的條件下, 節(jié)電約115W, 年節(jié)電約115W×24h×365d/1000≈1000度。

節(jié)能項(xiàng)目每個(gè)局點(diǎn)總實(shí)施費(fèi)用約2000元, 按照工業(yè)電費(fèi)0.88元/度, 預(yù)計(jì)收回投資時(shí)間為2000元/ (0.88元/度×1000每站點(diǎn)估算年節(jié)電度數(shù)) ≈2.27年≈27個(gè)月。

按照平均收益, 冷關(guān)斷控制器在4年使用期內(nèi), 每個(gè)局站節(jié)約電費(fèi)3520元, 壽命周期內(nèi)投入產(chǎn)出比3520元 (年節(jié)電度數(shù)) /2000 (元/套) =1.76。按照年度平均收益折算, 年收益約15%。

5 結(jié)束語

開關(guān)電源冷關(guān)斷技術(shù)解決了整流模塊軟休眠技術(shù)運(yùn)用局限性的問題, 通過關(guān)閉冗余模塊來實(shí)現(xiàn)節(jié)能, 對(duì)模塊沒有任何要求, 適用于任何高頻通信電源系統(tǒng), 應(yīng)用廣范, 節(jié)電效率更高。該裝置安裝使用簡便, 不需更改系統(tǒng)結(jié)構(gòu), 整流模塊啟停通過控制交流輸入實(shí)現(xiàn), 可靠性高。該技術(shù)節(jié)能效果明顯, 年節(jié)電收益約15%。