通信電源設計前景精選(九篇)
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第1篇：通信電源設計前景范文
本篇文章主要針對電力通信具體使用情況，論述了通信電源的重要作用，對通信電源體系的組成以及技術要點進行了合理的分析，對配置設備、應急措施、巡視檢查等工作內容做出詳細的討論，從而確保電力系統通信電源能夠順利的運作。
關鍵詞：
電力通信設備；電源管理；運行維護
就通信系統而言，通信電源的任務是為了能夠為通信設施提供適當的動力，一般可以叫做通信設備的“心臟”，對電力系統通信的運行有著重要的意義。倘若通信電源發生了問題，那么一定會對通信設備的運作帶來不利影響，甚至可能會致使電網不能順利的運作。因此，為了確保通信電源體系能夠正常的運作，對確保通信系統具有一定的暢通性起著重要的作用。怎樣合理的使用好電源，就目前的情況來看，成為了需要解決的問題。
1.電力系統通信電源的重要性
通信電源是對電力通信體系來說占有重要的地位，雖然在所有的通信網絡里面存在較小的分量，但是該部分對通信網中有著舉足輕重的作用。在最近幾年里，隨著現代化技術的飛速發展，同時也使電網規模在日益擴大，最大程度上推動了電力通信行業的快速進步，使電力通信效率大幅度的提升，這同樣也使電力通信行業面臨更嚴峻的挑戰。當前，通信設備主要采取直流電電源的形式，通常為光纖、微波等相應的設備進行供電。就經營效益而言，通信單元在通信系統中幾乎不是很主要的組成部分，然而從安全的角度來看，隨著一些通信設備的使用，也使其通信電源出現問題的概率不斷的增加。因此，通信電源的安全性變得尤為的重要，做好電源系統的維護工作就變得很迫切。
2.電力系統通信電源的組成和技術要求
在電力系統中，一個完整的通信電源系統一般由高頻開關電源、閥控式密封蓄電池兩部分組成，其中高頻開關電源設備一般集成了交流配電單元、整流模塊、直流配電單元、監控單元等模塊。為了確保電源能夠順利的供電，通常情況下市電輸入普遍都是采取380V三相四線2路，亦或是220V單相交流2路的形式來供電的。為了進一步避免電壓受到自然災害的迫害，相關單位應當在市電輸入端添加適當的避雷設備。為達到通斷互鎖、自動切換的目的，相關單位還應當安裝相應的切換設備，采取電氣互鎖的形式，可以叫做交流接觸器。相關人員在完成切換裝置以后，應當將交流輸入從不同的線路中輸出。在通信直流電源中，整流器占有非常重要的地位，當前隨著電力系統中的整流器通常都利用模塊化的方式進行配置的，并且直流電源給的供電品質是依賴于相關的電氣指標，它可以將AC-DC進行變換并且通過并聯均流的形式來為設備供電，與此同時還可以對蓄電池組采取監控模塊的形式進行供電。直流配電單元將整流器輸出的直流電壓進行分配，一路給蓄電池組充電，其它分配給通信設備和其它直流用戶供電，直流分配部分決定了設備的最終分配容量。蓄電池組對通信直流電源而言，起到了不可缺少的作用，倘若蓄電池組出現問題，尤其是在輸入停電期間，就會致使全面的通信設備停止工作，從而使通信出現中斷的現象。當前相關單位所應用的蓄電池組都是采取閥控式密封鉛酸蓄電池（簡稱VRLA），利用密封的形式，幾乎沒有發生酸氣泄漏的情況，并且可以使用立式、臥式等多種安裝形式；該裝置適用于浮充工作制中，這樣可以使供電系統的電壓能夠具有一定的穩定性。監控單元對于通信直流電源來說具有智能控制中心的作用，主要有監測功能、控制功能、告警功能，此外，監控模塊還可通過RS232/RS485接口與上級監控中心聯系，以實現集中監控。通信電源系統的基本技術要求是可靠性和穩定性。一般通信設備發生故障影響面較小，是局部性的。如果電源系統發生直流供電中斷故障，影響幾乎是災難性的，往往會造成整個網、局、通信樞紐的全部通信中斷，所以要求可靠性高。各種通信設備都有要求電源電壓穩定，不允許超過容許的變化范闈，尤其是計算機控制的通信設備，數字電路工作速度高，頻帶寬，對電壓波動、雜音電壓、瞬變電壓等非常敏感，所以要求穩定性高。
3.電力系統通信電源的運行維護與管理
（1）重視通信電源系統初期的設計及建設。相關人員在對電源系統進行設計的時候，要對交流電源、站點的選擇、發展前景等方面做好全面的思考，從而選用恰當的運作形式、相應的配置，并且對蓄電池組等有關的設備進行合理的選擇，與此同時還應當提高勘查質量、施工流程等環節的工作效率。
（2）相關人員應當將巡視檢查工作水平不斷的提升，對電源的運作情況進行全面的掌握，倘若發現問題及時的解決，并且使電源設備采取模塊化的形式，為更換工作提供方便。
（3）相關單位應當制定出合理的應急方案，落實切實可行的應急措施，并且依據模塊故障、交流出現中斷等情況制定可以實施的方案，從而為設備供電安全提供保障。
（4）相關單位應當對所有通信電源做好集中管理工作，這同時也是通信網的相關要求，進而將管理效率不斷能的提高。相關單位采取集中監控的管理手段能夠在最大程度上提高相關人員在運作期間對突發事情的解決能力。
（5）加強蓄電池維護。就通信系統而言，蓄電池為順利供電提供重要的保障，在整個系統中扮演重要的角色。通信系統目前一般是采取免維護密封的形式供電的，蓄電池的維護工作相對比較簡單。蓄電池在出廠過程中已經完成充電工作，但是在運輸或者儲存時因為自放電而流失少許容量，因此相關單位應當在使用的前期階段做好大充大放的工作；可以將鄰近的接線靠近一些，但是有很多并排應用的接線應當保持散熱功能，其距離要保持大約10毫米為宜；當相關人員將線連接完成以后還應當擰緊絕緣蓋；應當保持充電電壓精度要保持在不大于±2%范圍內為宜；不管使不使用蓄電池，都應當在一年的時間內做好充放電工作；倘若蓄電池組容量沒有達到一半以上的時候，就已經到了壽命終止的時候。
（6）相關人員將通信設備融入到直流配電輸出開關的時候，應當確定電源開關的容量應當大于相應的開關容量，要不然就會發發生越級跳開關的現象，很有很能致使通信直流系統出現問題。
4.結語
通過以上內容的論述，可以得知：通信電源對通信系統有著舉足輕重的作用，同時也很好的說明了不管在何時都不能忽略此設備。通信電源系統整體品質對通信網運作的品質以及安全性都對帶來直接的影響。對此，相關部門應當加大對電源系統維護力度，從而確保電源系統能夠安全、穩定的運作有著重要的意義。相關人員在平常運作維護以及管理時，應當積累經驗和教訓，才可以確保通信系統能夠順利的運作。
參考文獻：
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[2]孫勝.探析電力通信工程設備狀態檢修策略[J].山東工業技術.2016(17)
第2篇：通信電源設計前景范文
現代電力電子技術的發展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,表明傳統電力電子技術已經進入現代電力電子時代。
1.1整流器時代
大功率的工業用電由工頻(50Hz)交流發電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變為直流電,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發與應用得以很大發展。當時國內曾經掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產物。
1.2逆變器時代
七十年代出現了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節能效果顯著而迅速發展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變為0~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態補償等。這時的電力電子技術已經能夠實現整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內。
1.3變頻器時代
進入八十年代,大規模和超大規模集成電路技術的迅猛發展,為現代電力電子技術的發展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合,出現了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導致了中小功率電源向高頻化發展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現,又為大中型功率電源向高頻發展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統的電力電子向現代電力電子轉化的標志。據統計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現代電子技術不斷向高頻化發展,為用電設備的高效節材節能,實現小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。
2.現代電力電子的應用領域
2.1計算機高效率綠色電源
高速發展的計算機技術帶領人類進入了信息社會,同時也促進了電源技術的迅速發展。八十年代,計算機全面采用了開關電源,率先完成計算機電源換代。接著開關電源技術相繼進人了電子、電器設備領域。
計算機技術的發展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環境無害的個人電腦和相關產品，綠色電源系指與綠色電腦相關的高效省電電源,根據美國環境保護署l992年6月17日“能源之星"計劃規定,桌上型個人電腦或相關的設備,在睡眠狀態下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高頻開關電源
通信業的迅速發展極大的推動了通信電源的發展。高頻小型化的開關電源及其技術已成為現代通信供電系統的主流。在通信領域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中,傳統的相控式穩壓電源己被高頻開關電源取代,高頻開關電源(也稱為開關型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內,實現高效率和小型化。近幾年,開關整流器的功率容量不斷擴大,單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。
因通信設備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護,且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標準控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。
2.3直流-直流(DC/DC)變換器
DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術被廣泛應用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩、快速響應的性能,并同時收到節約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調壓的作用(開關電源),同時還能起到有效地抑制電網側諧波電流噪聲的作用。
通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術,開關頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規模集成電路的發展,要求電源模塊實現小型化,因此就要不斷提高開關頻率和采用新的電路拓撲結構,目前已有一些公司研制生產了采用零電流開關和零電壓開關技術的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。
2.4不間斷電源(UPS)
不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經逆變器變成交流,經轉換開關送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量,另一路備用電源通過電源轉換開關來實現。
現代UPS普遍了采用脈寬調制技術和功率M0SFET、IGBT等現代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術的引入,可以實現對UPS的智能化管理,進行遠程維護和遠程診斷。
目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發展也很迅速,已經有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規格的產品。
2.5變頻器電源
變頻器電源主要用于交流電機的變頻調速,其在電氣傳動系統中占據的地位日趨重要,已獲得巨大的節能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅動交流異步電動機實現無級調速。
國際上400kVA以下的變頻器電源系列產品已經問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調速技術應用于空調器中。至1997年,其占有率已達到日本家用空調的70%以上。變頻空調具有舒適、節能等優點。國內于90年代初期開始研究變頻空調,96年引進生產線生產變頻空調器,逐漸形成變頻空調開發生產熱點。預計到2000年左右將形成。變頻空調除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調速的壓縮機電機。優化控制策略,精選功能組件,是空調變頻電源研制的進一步發展方向。
2.6高頻逆變式整流焊機電源
高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源,代表了當今焊機電源的發展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應用前景。
逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩定的直流,供電弧使用。
由于焊機電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關鍵的問題,也是用戶最關心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調制(PWM)的相關控制器,通過對多參數、多信息的提取與分析,達到預知系統各種工作狀態的目的,進而提前對系統做出調整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。
國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A,負載持續率60%,全載電壓60~75V,電流調節范圍5~300A,重量29kg。
2.7大功率開關型高壓直流電源
大功率開關型高壓直流電源廣泛應用于靜電除塵、水質改良、醫用X光機和CT機等大型設備。電壓高達50~l59kV,電流達到0.5A以上,功率可達100kW。
自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術,將市電整流后逆變為3kHz左右的中頻,然后升壓。進入80年代,高頻開關電源技術迅速發展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關元件,將電源的開關頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術成功的應用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統的體積進一步減小。
國內對靜電除塵高壓直流電源進行了研制,市電經整流變為直流,采用全橋零電流開關串聯諧振逆變電路將直流電壓逆變為高頻電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下,輸出直流電壓達到55kV,電流達到15mA,工作頻率為25.6kHz。
2.8電力有源濾波器
傳統的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時,將向電網注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時還出現裝置網側功率因數惡化的現象,即所謂“電力公害”,例如,不可控整流加電容濾波時,網側三次諧波含量可達(70~80)%,網側功率因數僅有0.5~0.6。
電力有源濾波器是一種能夠動態抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統LC濾波器的不足,是一種很有發展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關功率變換器和具體控制電路構成。與傳統開關電源的區別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環基準信號為電壓環誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。
2.9分布式開關電源供電系統
分布式電源供電系統采用小功率模塊和大規模控制集成電路作基本部件,利用最新理論和技術成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強電與弱電緊密結合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產效率。
八十年代初期,對分布式高頻開關電源系統的研究基本集中在變換器并聯技術的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術的迅述發展，各種變換器拓撲結構相繼出現,結合大規模集成電路和功率元器件技術,使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動了分布式高頻開關電源系統研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學界的研究熱點,論文數量逐年增加，應用領域不斷擴大。
分布供電方式具有節能、可靠、高效、經濟和維護方便等優點。已被大型計算機、通信設備、航空航天、工業控制等系統逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應加熱電源、電動機驅動電源等領域也有廣闊的應用前景。
3.高頻開關電源的發展趨勢
在電力電子技術的應用及各種電源系統中，開關電源技術均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關電源技術,其體積和重量都會大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中,更是離不開開關電源技術，通過開關電源改變用電頻率,從而達到近于理想的負載匹配和驅動控制。高頻開關電源技術,更是各種大功率開關電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術。
3.1高頻化
理論分析和實踐經驗表明,電氣產品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設備的體積重量大體下降至工頻設計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統“整流行業”的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據這一原理進行改造,成為“開關變換類電源”,其主要材料可以節約90%或更高,還可節電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統高頻設備固態化,帶來顯著節能、節水、節約材料的經濟效益,更可體現技術含量的價值。
3.2模塊化
模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開關器件和與之反并聯的續流二極管,實質上都屬于“標準”功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關器件的驅動保護電路也裝到功率模塊中去,構成了“智能化”功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體積,更方便了整機的設計制造。實際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重,對器件造成更大的電應力(表現為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統的可靠性,有些制造商開發了“用戶專用”功率模塊(ASPM),它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件之間不再有傳統的引線連接,這樣的模塊經過嚴格、合理的熱、電、機械方面的設計,達到優化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個模塊固定在相應的散熱器上,就構成一臺新型的開關電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機體積,更重要的是取消傳統連線,把寄生參數降到最小,從而把器件承受的電應力降至最低,提高系統的可靠性。另外,大功率的開關電源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮,一般采用多個獨立的模塊單元并聯工作,采用均流技術,所有模塊共同分擔負載電流,一旦其中某個模塊失效,其它模塊再平均分擔負載電流。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過增加相對整個系統來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統可靠性,即使萬一出現單模塊故障,也不會影響系統的正常工作,而且為修復提供充分的時間。
3.3數字化
在傳統功率電子技術中,控制部分是按模擬信號來設計和工作的。在六、七十年代,電力電子技術完全是建立在模擬電路基礎上的。但是,現在數字式信號、數字電路顯得越來越重要,數字信號處理技術日趨完善成熟,顯示出越來越多的優點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調試和遙感遙測遙調,也便于自診斷、容錯等技術的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統的設計來說,模擬技術還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術的知識,但是對于智能化的開關電源,需要用計算機控制時,數字化技術就離不開了。
3.4綠色化
電源系統的綠色化有兩層含義:首先是顯著節電,這意味著發電容量的節約,而發電是造成環境污染的重要原因,所以節電就可以減少對環境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網產生污染,國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標準,如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多功率電子節電設備,往往會變成對電網的污染源:向電網注入嚴重的高次諧波電流,使總功率因數下降,使電網電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現缺角和畸變。20世紀末,各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生,有了多種修正功率因數的方法。這些為2l世紀批量生產各種綠色開關電源產品奠定了基礎。
現代電力電子技術是開關電源技術發展的基礎。隨著新型電力電子器件和適于更高開關頻率的電路拓撲的不斷出現,現代電源技術將在實際需要的推動下快速發展。在傳統的應用技術下,由于功率器件性能的限制而使開關電源的性能受到影響。為了極大發揮各種功率器件的特性,使器件性能對開關電源性能的影響減至最小,新型的電源電路拓撲和新型的控制技術,可使功率開關工作在零電壓或零電流狀態,從而可大大的提高工作頻率,提高開關電源工作效率,設計出性能優良的開關電源。
總而言之,電力電子及開關電源技術因應用需求不斷向前發展,新技術的出現又會使許多應用產品更新換代,還會開拓更多更新的應用領域。開關電源高頻化、模塊化、數字化、綠色化等的實現,將標志著這些技術的成熟,實現高效率用電和高品質用電相結合。這幾年,隨著通信行業的發展,以開關電源技術為核心的通信用開關電源,僅國內有20多億人民幣的市場需求,吸引了國內外一大批科技人員對其進行開發研究。開關電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨,因此,同樣具有幾十億產值需求的電力操作電源系統的國內市場正在啟動,并將很快發展起來。還有其它許多以開關電源技術為核心的專用電源、工業電源正在等待著人們去開發。
參考文獻
(l)林渭勛:淺談半導體高頻電力電子技術,電力電子技術選編,浙江大學,384-390,1992
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張國君,男,1962年生,博士后,副總工程師,1997年5月于天津大學測控博士后流動站出站,現從事通信電源和電力直流操作電源系統的研究開發工作,并在清華大學電力電子研究中心進行第二站博士后研究工作。
第3篇：通信電源設計前景范文
1.電力電子技術的發展
現代電力電子技術的發展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,表明傳統電力電子技術已經進入現代電力電子時代。
1.1整流器時代
大功率的工業用電由工頻(50Hz)交流發電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變為直流電,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發與應用得以很大發展。當時國內曾經掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產物。
1.2逆變器時代
七十年代出現了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節能效果顯著而迅速發展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變為0~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態補償等。這時的電力電子技術已經能夠實現整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內。
1.3變頻器時代
進入八十年代,大規模和超大規模集成電路技術的迅猛發展,為現代電力電子技術的發展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合,出現了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導致了中小功率電源向高頻化發展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現,又為大中型功率電源向高頻發展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統的電力電子向現代電力電子轉化的標志。據統計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現代電子技術不斷向高頻化發展,為用電設備的高效節材節能,實現小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。
2.現代電力電子的應用領域
2.1計算機高效率綠色電源
高速發展的計算機技術帶領人類進入了信息社會,同時也促進了電源技術的迅速發展。八十年代,計算機全面采用了開關電源,率先完成計算機電源換代。接著開關電源技術相繼進人了電子、電器設備領域。
計算機技術的發展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環境無害的個人電腦和相關產品，綠色電源系指與綠色電腦相關的高效省電電源,根據美國環境保護署l992年6月17日“能源之星"計劃規定,桌上型個人電腦或相關的設備,在睡眠狀態下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高頻開關電源
通信業的迅速發展極大的推動了通信電源的發展。高頻小型化的開關電源及其技術已成為現代通信供電系統的主流。在通信領域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中,傳統的相控式穩壓電源己被高頻開關電源取代,高頻開關電源(也稱為開關型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內,實現高效率和小型化。近幾年,開關整流器的功率容量不斷擴大,單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。
因通信設備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護,且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標準控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。
2.3直流-直流(DC/DC)變換器
DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術被廣泛應用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩、快速響應的性能,并同時收到節約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調壓的作用(開關電源),同時還能起到有效地抑制電網側諧波電流噪聲的作用。
通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術,開關頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規模集成電路的發展,要求電源模塊實現小型化,因此就要不斷提高開關頻率和采用新的電路拓撲結構,目前已有一些公司研制生產了采用零電流開關和零電壓開關技術的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。
2.4不間斷電源(UPS)
不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經逆變器變成交流,經轉換開關送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量,另一路備用電源通過電源轉換開關來實現。
現代UPS普遍了采用脈寬調制技術和功率M0SFET、IGBT等現代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術的引入,可以實現對UPS的智能化管理,進行遠程維護和遠程診斷。
目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發展也很迅速,已經有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規格的產品。
2.5變頻器電源
變頻器電源主要用于交流電機的變頻調速,其在電氣傳動系統中占據的地位日趨重要,已獲得巨大的節能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅動交流異步電動機實現無級調速。
國際上400kVA以下的變頻器電源系列產品已經問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調速技術應用于空調器中。至1997年,其占有率已達到日本家用空調的70%以上。變頻空調具有舒適、節能等優點。國內于90年代初期開始研究變頻空調,96年引進生產線生產變頻空調器,逐漸形成變頻空調開發生產熱點。預計到2000年左右將形成。變頻空調除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調速的壓縮機電機。優化控制策略,精選功能組件,是空調變頻電源研制的進一步發展方向。
2.6高頻逆變式整流焊機電源
高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源,代表了當今焊機電源的發展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應用前景。
逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩定的直流,供電弧使用。
由于焊機電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關鍵的問題,也是用戶最關心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調制(PWM)的相關控制器,通過對多參數、多信息的提取與分析,達到預知系統各種工作狀態的目的,進而提前對系統做出調整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。
國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A,負載持續率60%,全載電壓60~75V,電流調節范圍5~300A,重量29kg。
2.7大功率開關型高壓直流電源
大功率開關型高壓直流電源廣泛應用于靜電除塵、水質改良、醫用X光機和CT機等大型設備。電壓高達50~l59kV,電流達到0.5A以上,功率可達100kW。
自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術,將市電整流后逆變為3kHz左右的中頻,然后升壓。進入80年代,高頻開關電源技術迅速發展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關元件,將電源的開關頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術成功的應用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統的體積進一步減小。
國內對靜電除塵高壓直流電源進行了研制,市電經整流變為直流,采用全橋零電流開關串聯諧振逆變電路將直流電壓逆變為高頻電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下,輸出直流電壓達到55kV,電流達到15mA,工作頻率為25.6kHz。
2.8電力有源濾波器
傳統的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時,將向電網注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時還出現裝置網側功率因數惡化的現象,即所謂“電力公害”,例如,不可控整流加電容濾波時,網側三次諧波含量可達(70~80)%,網側功率因數僅有0.5~0.6。
電力有源濾波器是一種能夠動態抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統LC濾波器的不足,是一種很有發展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關功率變換器和具體控制電路構成。與傳統開關電源的區別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環基準信號為電壓環誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。
2.9分布式開關電源供電系統
分布式電源供電系統采用小功率模塊和大規模控制集成電路作基本部件,利用最新理論和技術成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強電與弱電緊密結合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產效率。
八十年代初期,對分布式高頻開關電源系統的研究基本集中在變換器并聯技術的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術的迅述發展，各種變換器拓撲結構相繼出現,結合大規模集成電路和功率元器件技術,使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動了分布式高頻開關電源系統研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學界的研究熱點,論文數量逐年增加，應用領域不斷擴大。
分布供電方式具有節能、可靠、高效、經濟和維護方便等優點。已被大型計算機、通信設備、航空航天、工業控制等系統逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應加熱電源、電動機驅動電源等領域也有廣闊的應用前景。
3.高頻開關電源的發展趨勢
在電力電子技術的應用及各種電源系統中，開關電源技術均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關電源技術,其體積和重量都會大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中,更是離不開開關電源技術，通過開關電源改變用電頻率,從而達到近于理想的負載匹配和驅動控制。高頻開關電源技術,更是各種大功率開關電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術。
3.1高頻化
理論分析和實踐經驗表明,電氣產品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設備的體積重量大體下降至工頻設計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統“整流行業”的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據這一原理進行改造,成為“開關變換類電源”,其主要材料可以節約90%或更高,還可節電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統高頻設備固態化,帶來顯著節能、節水、節約材料的經濟效益,更可體現技術含量的價值。
3.2模塊化
模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開關器件和與之反并聯的續流二極管,實質上都屬于“標準”功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關器件的驅動保護電路也裝到功率模塊中去,構成了“智能化”功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體積,更方便了整機的設計制造。實際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重,對器件造成更大的電應力(表現為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統的可靠性,有些制造商開發了“用戶專用”功率模塊(ASPM),它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件之間不再有傳統的引線連接,這樣的模塊經過嚴格、合理的熱、電、機械方面的設計,達到優化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個模塊固定在相應的散熱器上,就構成一臺新型的開關電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機體積,更重要的是取消傳統連線,把寄生參數降到最小,從而把器件承受的電應力降至最低,提高系統的可靠性。另外,大功率的開關電源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮,一般采用多個獨立的模塊單元并聯工作,采用均流技術,所有模塊共同分擔負載電流,一旦其中某個模塊失效,其它模塊再平均分擔負載電流。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過增加相對整個系統來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統可靠性,即使萬一出現單模塊故障,也不會影響系統的正常工作,而且為修復提供充分的時間。
3.3數字化
在傳統功率電子技術中,控制部分是按模擬信號來設計和工作的。在
六、七十年代,電力電子技術完全是建立在模擬電路基礎上的。但是,現在數字式信號、數字電路顯得越來越重要,數字信號處理技術日趨完善成熟,顯示出越來越多的優點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調試和遙感遙測遙調,也便于自診斷、容錯等技術的植入。所以,在
八、九十年代,對于各類電路和系統的設計來說,模擬技術還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術的知識,但是對于智能化的開關電源,需要用計算機控制時,數字化技術就離不開了。
3.4綠色化
電源系統的綠色化有兩層含義:首先是顯著節電,這意味著發電容量的節約,而發電是造成環境污染的重要原因,所以節電就可以減少對環境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網產生污染,國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標準,如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多功率電子節電設備,往往會變成對電網的污染源:向電網注入嚴重的高次諧波電流,使總功率因數下降,使電網電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現缺角和畸變。20世紀末,各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生,有了多種修正功率因數的方法。這些為2l世紀批量生產各種綠色開關電源產品奠定了基礎。
第4篇：通信電源設計前景范文
現代電力電子技術的發展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,表明傳統電力電子技術已經進入現代電力電子時代。
1.1整流器時代
大功率的工業用電由工頻(50Hz)交流發電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變為直流電,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發與應用得以很大發展。當時國內曾經掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產物。
1.2逆變器時代
七十年代出現了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節能效果顯著而迅速發展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變為0~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態補償等。這時的電力電子技術已經能夠實現整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內。
1.3變頻器時代
進入八十年代,大規模和超大規模集成電路技術的迅猛發展,為現代電力電子技術的發展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合,出現了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導致了中小功率電源向高頻化發展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現,又為大中型功率電源向高頻發展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統的電力電子向現代電力電子轉化的標志。據統計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現代電子技術不斷向高頻化發展,為用電設備的高效節材節能,實現小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。
2.現代電力電子的應用領域
2.1計算機高效率綠色電源
高速發展的計算機技術帶領人類進入了信息社會,同時也促進了電源技術的迅速發展。八十年代,計算機全面采用了開關電源,率先完成計算機電源換代。接著開關電源技術相繼進人了電子、電器設備領域。
計算機技術的發展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環境無害的個人電腦和相關產品，綠色電源系指與綠色電腦相關的高效省電電源,根據美國環境保護署l992年6月17日"能源之星"計劃規定,桌上型個人電腦或相關的設備,在睡眠狀態下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高頻開關電源
通信業的迅速發展極大的推動了通信電源的發展。高頻小型化的開關電源及其技術已成為現代通信供電系統的主流。在通信領域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中,傳統的相控式穩壓電源己被高頻開關電源取代,高頻開關電源(也稱為開關型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內,實現高效率和小型化。近幾年,開關整流器的功率容量不斷擴大,單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。
因通信設備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護,且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標準控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。
2.3直流-直流(DC/DC)變換器
DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術被廣泛應用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩、快速響應的性能,并同時收到節約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調壓的作用(開關電源),同時還能起到有效地抑制電網側諧波電流噪聲的作用。
通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術,開關頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規模集成電路的發展,要求電源模塊實現小型化,因此就要不斷提高開關頻率和采用新的電路拓撲結構,目前已有一些公司研制生產了采用零電流開關和零電壓開關技術的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。
2.4不間斷電源(UPS)
不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經逆變器變成交流,經轉換開關送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量,另一路備用電源通過電源轉換開關來實現。
現代UPS普遍了采用脈寬調制技術和功率M0SFET、IGBT等現代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術的引入,可以實現對UPS的智能化管理,進行遠程維護和遠程診斷。
目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發展也很迅速,已經有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規格的產品。
2.5變頻器電源
變頻器電源主要用于交流電機的變頻調速,其在電氣傳動系統中占據的地位日趨重要,已獲得巨大的節能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅動交流異步電動機實現無級調速。
國際上400kVA以下的變頻器電源系列產品已經問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調速技術應用于空調器中。至1997年,其占有率已達到日本家用空調的70%以上。變頻空調具有舒適、節能等優點。國內于90年代初期開始研究變頻空調,96年引進生產線生產變頻空調器,逐漸形成變頻空調開發生產熱點。預計到2000年左右將形成。變頻空調除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調速的壓縮機電機。優化控制策略,精選功能組件,是空調變頻電源研制的進一步發展方向。
2.6高頻逆變式整流焊機電源
高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源,代表了當今焊機電源的發展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應用前景。
逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩定的直流,供電弧使用。
由于焊機電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關鍵的問題,也是用戶最關心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調制(PWM)的相關控制器,通過對多參數、多信息的提取與分析,達到預知系統各種工作狀態的目的,進而提前對系統做出調整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。
國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A,負載持續率60%,全載電壓60~75V,電流調節范圍5~300A,重量29kg。
2.7大功率開關型高壓直流電源
大功率開關型高壓直流電源廣泛應用于靜電除塵、水質改良、醫用X光機和CT機等大型設備。電壓高達50~l59kV,電流達到0.5A以上,功率可達100kW。
自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術,將市電整流后逆變為3kHz左右的中頻,然后升壓。進入80年代,高頻開關電源技術迅速發展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關元件,將電源的開關頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術成功的應用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統的體積進一步減小。
國內對靜電除塵高壓直流電源進行了研制,市電經整流變為直流,采用全橋零電流開關串聯諧振逆變電路將直流電壓逆變為高頻電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下,輸出直流電壓達到55kV,電流達到15mA,工作頻率為25.6kHz。
2.8電力有源濾波器
傳統的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時,將向電網注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時還出現裝置網側功率因數惡化的現象,即所謂"電力公害",例如,不可控整流加電容濾波時,網側三次諧波含量可達(70~80)%,網側功率因數僅有0.5~0.6。
電力有源濾波器是一種能夠動態抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統LC濾波器的不足,是一種很有發展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關功率變換器和具體控制電路構成。與傳統開關電源的區別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環基準信號為電壓環誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。
2.9分布式開關電源供電系統
分布式電源供電系統采用小功率模塊和大規模控制集成電路作基本部件,利用最新理論和技術成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強電與弱電緊密結合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產效率。
八十年代初期,對分布式高頻開關電源系統的研究基本集中在變換器并聯技術的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術的迅述發展，各種變換器拓撲結構相繼出現,結合大規模集成電路和功率元器件技術,使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動了分布式高頻開關電源系統研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學界的研究熱點,論文數量逐年增加，應用領域不斷擴大。
分布供電方式具有節能、可靠、高效、經濟和維護方便等優點。已被大型計算機、通信設備、航空航天、工業控制等系統逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應加熱電源、電動機驅動電源等領域也有廣闊的應用前景。
3.高頻開關電源的發展趨勢
在電力電子技術的應用及各種電源系統中，開關電源技術均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關電源技術,其體積和重量都會大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中,更是離不開開關電源技術，通過開關電源改變用電頻率,從而達到近于理想的負載匹配和驅動控制。高頻開關電源技術,更是各種大功率開關電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術。
3.1高頻化
理論分析和實踐經驗表明,電氣產品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設備的體積重量大體下降至工頻設計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統"整流行業"的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據這一原理進行改造,成為"開關變換類電源",其主要材料可以節約90%或更高,還可節電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統高頻設備固態化,帶來顯著節能、節水、節約材料的經濟效益,更可體現技術含量的價值。
3.2模塊化
模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開關器件和與之反并聯的續流二極管,實質上都屬于"標準"功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關器件的驅動保護電路也裝到功率模塊中去,構成了"智能化"功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體積,更方便了整機的設計制造。實際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重,對器件造成更大的電應力(表現為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統的可靠性,有些制造商開發了"用戶專用"功率模塊(ASPM),它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件之間不再有傳統的引線連接,這樣的模塊經過嚴格、合理的熱、電、機械方面的設計,達到優化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個模塊固定在相應的散熱器上,就構成一臺新型的開關電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機體積,更重要的是取消傳統連線,把寄生參數降到最小,從而把器件承受的電應力降至最低,提高系統的可靠性。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過增加相對整個系統來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統可靠性,即使萬一出現單模塊故障,也不會影響系統的正常工作,而且為修復提供充分的時間。
3.3數字化
在傳統功率電子技術中,控制部分是按模擬信號來設計和工作的。在六、七十年代,電力電子技術擬電路基礎上的。但是,現在數字式信號、數字電路顯得越來越重要,數字信號處理技術日趨完善成熟,顯示出越來越多的優點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調試和遙感遙測遙調,也便于自診斷、容錯等技術的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統的設計來說,模擬技術還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術的知識,但是對于智能化的開關電源,需要用計算機控制時,數字化技術就離不開了。
3.4綠色化
電源系統的綠色化有兩層含義:首先是顯著節電,這意味著發電容量的節約,而發電是造成環境污染的重要原因,所以節電就可以減少對環境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網產生污染,國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標準,如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多功率電子節電設備,往往會變成對電網的污染源:向電網注入嚴重的高次諧波電流,使總功率因數下降,使電網電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現缺角和畸變。20世紀末,各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生,有了多種修正功率因數的方法。
總而言之,電力電子及開關電源技術因應用需求不斷向前發展,新技術的出現又會使許多應用產品更新換代,還會開拓更多更新的應用領域。開關電源高頻化、模塊化、數字化、綠色化等的實現,將標志著這些技術的成熟,實現高效率用電和高品質用電相結合。這幾年,隨著通信行業的發展,以開關電源技術為核心的通信用開關電源,僅國內有20多億人民幣的市場需求,吸引了國內外一大批科技人員對其進行開發研究。開關電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨,因此,同樣具有幾十億產值需求的電力操作電源系統的國內市場正在啟動,并將很快發展起來。還有其它許多以開關電源技術為核心的專用電源、工業電源正在等待著人們去開發。
參考文獻：
[1]林渭勛:淺談半導體高頻電力電子技術,電力電子技術選編,浙江大學,384-390,1992。
[2]季幼章:迎接知識經濟時代,發展電源技術應用,電源技術應用,N0.2,l998。
[3]葉治正,葉靖國:開關穩壓電源。高等教育出版社,1998。
第5篇：通信電源設計前景范文
一、電子技術概述
電子技術是依據電子學的基本原理,利用電子元器件設計和制造某種特定功能的電路以解決實際問題的科學,其中包括電力電子技術和信息電子技術兩大分支。在二十世紀五十年代自從晶閘管問世之后,逐漸發展出電子技術這門學科,緊接著在開辟了整流器時代,在七十年代和八十年代又發展成為變頻器時代,八十年代和九十年代電子技術又迎來高電壓和高功率為代表的半導體時代,同時這一時期也開始了低頻電子技術像高頻技術轉變的萌芽。如今,電子技術已經被廣泛運用到各個行業當中,在生活中處處都可以看見他們的身影,在各行各業都有著非常重要的價值,它所包含的內容逐漸豐富,現如今其技術已經日趨完善,迎來發展的高峰期。
僅僅以電子技術發展的綜合實力來看,我國電子技術的開發能力與發達國家相比仍有較大的差距,中國電子技術的發展要形成相應的產業規模,就必須依據中國實際發展國情,借鑒國外相關經驗,走出一條具有中國特色的道路。從研究并分析國外先進技術,逐步走上自主創新,學科交叉滲透的創新,從電子器件選擇和電路結構轉型上進行技術上的創新,這是特別有用的電子技術創新的發展。同時也應該從新材料科學的應用,設備制造過程中技術的不斷推動和促進實際應用電子技術,將產品應用、技術創新、市場營銷三個部分進行有機整合,并促進中國的電子技術強有力的發展和轉變為生產力的高度顯著,快速促進國民經濟的可持續發展。
二、電子技術在行業中的應用
(1)隨著計算機技術的越來越完善,電子科學領域的電氣設備研究也發展的較為迅速,在通信行業中電源技術運用的比較多,現如今已經成為通信電源系統的必不可少的部分,一旦電源是單相或三相交流電流轉換成直流8V。然而,交換機使用的一次電源,高頻開關電源已經實現電源的穩定傳輸,同時可以實現供電的分流和效率的提高。目前,在日常生活中通信移動設備的開關穩壓器的功率容量的使用情況也逐漸增加,通常使用的是從總線上的電壓轉換為直流電壓的電源模塊的高頻隔離,不僅便于維護,易于安裝,可以大大減少損失。
(2)電子技術中,DC轉換器中的二次電源模塊已經非常的商業化,它使用的是PWM的高頻技術。隨著電子技術的不斷發展,集成電路、電源模塊也越來越高,其功率密度電源模塊的小型化的主要要求有更高的要求。
(3)變頻器中所包含的電子技術,主要是體現在交流電機變頻調速上面,這種技術在整個電力系統中起著不可替代的作用,同時還可以節能,主電路一般用于從AC到DC交換路由。通過整流器轉換為一個固定的直流電壓,高頻率逆變器由一個晶體管具有大的功率,然后,由一個可變頻率的交流輸出的直流電壓轉換成輸出。
(4)電子技術還運用在分布式電源系統。這種分布式電源系統主要是小型電源模塊和大型控制電路圖上,多數的電源系統都是由這兩個基本部分組成,采用一定的新技術,完成智能化大功率開關電源系統,強弱電進行有機結合,高功率組件的使用耗能、壓力被大大降低,生產效率將得到極大改善。該電源還具有高效節能的優點,已被廣泛應用于在各種通信設備和計算機系統的低電壓電源,分布式電源系統或一個更合適的電源,電機驅動電源擁有使用方便、體積小的特點,具有良好的發展前景,被廣泛用于高新技術領域。
三、電子技術發展引用前景
中國的電子技術發展已經進入智能化和高速化,電氣產品的高速發展不僅可以節省材料,也能夠進行節能,電子技術只繼續開拓創新,為了更好地適應人們高科技時代電子技術的發展需求。創新和發展是當今電子技術的發展指引,并積極轉向高頻的方向發展,同時注重創新和發展,是電子技術發展今后發展的關鍵。達到較高的統一水平。高頻開關電源和模塊化技術的發展將帶動整個電子技術的高速發展,更好地整合高效率和高品質的電力。更多類型的電源開關電源,而不是將成為一個必然的發展趨勢。
第6篇：通信電源設計前景范文
在綠色消費與可持續發展日益受到關注的形勢下，臺達以高效節能為切入點，高調亮相2013上海國際工業博覽會。這家在國際代工領域久負盛名的企業，正在以電源管理與散熱管理解決方案提供商的身份，走在從代工向品牌轉型之路上。
綠色成就企業發展
像臺灣很多電子企業一樣，臺達也是從代工切入的。在不斷積累技術、錘煉內功的同時，臺達敏銳地抓住了外部機遇，從而實現了從代工低端產品逐步發展到代工高端產品。
1971年，從美國TRW公司離職后，鄭崇華創辦了臺達。最初，臺達只是做電視機線圈，市場也在島內。1973年全球遭遇石油危機，島內市場需求急劇萎縮，逼得臺達將目光轉向國際市場，這樣，臺達“被迫”完成了重心從國內市場到國際市場的轉移。
上個世紀80年代初，臺達又一次抓住了個人電腦高速發展刺激了開關電源的市場需求的機遇，企業實現了從低端產品代工到高端產品代工的升級。為了滿足PC跨國企業全球交付的要求，臺達再次“被迫”實現了全球化。如今，臺達在全球服務器電源市場的占有率超過50%，其中白金級用戶市場占有率超過90%。谷歌、微軟、Facebook、亞馬遜這些全球最大的云計算廠商都是臺達的客戶。
在寶島臺灣，鄭崇華被譽為第一綠巨人。他為臺達定下了“環保、綠色、愛地球”的經營使命。1990年臺達成立了環保教育基金會，并在1999年開始評估無鉛焊接，于2001年在臺達江蘇吳江工廠建立了重金屬及毒性物質檢驗實驗室。最初，有些同行并不看好，因為無鉛焊接將提高成本，而代工業對成本控制十分嚴格。這種堅持很快就帶來了回報，2001年，索尼找到臺達洽談游戲機電源代工。索尼本來還建議臺達逐步改用無鉛工藝，沒想到臺達已經實現了無鉛工藝，于是，索尼增加訂單數量并于2003年將海外首張“綠色伙伴”認證證書頒給了臺達。
如今，人們熟知的RoHS（關于限制在電子電器設備中使用某些有害成分的指令），是歐盟在2002年頒布并于2006年開始執行的。
2013年，臺達連續三年入選道瓊斯與SAM聯合的世界可持續發展指數企業，并且在SAM的《2013可持續發展年鑒》中，獲得電子設備行業金牌（領先者），三星獲得銀牌，而另一家知名UPS廠商也獲得了電氣部件與設備行業銅牌的良好成績。
打破能耗瓶頸
“節能環保的理念不僅體現在從2005年開始臺達在全球各地的新建設施都滿足綠建筑的要求，而且體現在其產品生產上。從按照RoHS標準采購物料，到生產線低耗能，再到產品包裝，都體現了這一理念。” 臺達關鍵基礎架構事業部總經理蔡文蔭博士表示，“更為重要的是，臺達高效的產品可以為客戶降低能耗。最近我們推出的電源產品的效率都達到了96%，通信電源產品還達到了97%。”
千萬不要小看了電源產品效率百分之幾甚至百分之一的提高。蔡文蔭介紹說：“2012年國內數據中心耗電1634億千瓦時，當年三峽水電站的發電量為981億千瓦時。預計2013年國內數據中心的耗電量將增長到1897億千瓦時。這幾乎等于兩個三峽水電站的年發電總量。”
“如果數據中心的生命周期為20年，那么，包括用電和制冷在內的能源支出將占到數據中心總成本的75%。”蔡文蔭說。
通常，人們用PUE來評價數據中心的能源效率，即數據中心消耗的所有能源與IT負載使用的能源之比。理想情況是PUE=1，即能源100%用在IT負載上，沒有一點浪費。國內多數數據中心的PUE在2.2～3.0，美國數據中心在2左右，而臺達在上海的數據中心PUE達到了1.5。
今年10月，Facebook毗鄰北極圈的數據中心創造出了PUE=1.04的紀錄。這個數據中心是基于Facebook倡導的開放計算項目（OCP）的示范數據中心。該項目專注于數據中心供電、制冷、網絡等基礎設施的開放標準制定。無論是作為OCP成員，還是作為Facebook UPS的供應商，臺達與Facebook都有著深度的合作。臺達也是國內天蝎計劃的核心成員，天蝎計劃是百度、阿里巴巴和騰訊這三個互聯網倡導的基于OCP的項目。
臺達做品牌的底氣
做代工與做品牌是兩種差異很大的商業模式。“當初我們做代工，主要是做ODM（原始設計制造商），生意單純，只要把品質做好，把成本控制好就行了。但是，隨著UPS市場的品牌集中化，有的廠商開始自行制造UPS。這就使得臺達的客戶群過于集中，從而帶來運營風險。”蔡文蔭表示，“于是，臺達從2010年開始嘗試做自有品牌。”
臺達做自有品牌UPS的底氣來自多方面。
“臺達在中國臺灣、上海及美國建有公司級的研究中心，以周期為10年以上的長期研究為主。而各事業部面向周期為3～5年的研發和當前產品的開發而建立的研發中心，則分布在亞洲、北美和歐洲，僅在祖國大陸臺達就建有十多個研發中心。臺達2013財年總收入為71億美元，臺達會將總收入的5%投入到研發中。”蔡文蔭表示。
品質控制是代工企業的核心競爭力之一。臺達成立時，鄭崇華就把他在TRW力主的“第一次就把事情做對”的理念繼承下來。“根據產品的生命周期，臺達的質量管理分為設計質量保障（DQA）、材料質量保證（VQC）、制造質量保證（MQA）和售后質量保證（SQA）。”蔡文蔭說，“這些書本上都有，關鍵是落實和執行。臺達在設計和制造體系上已經相當完善了，在與國際頂級企業合作中，臺達的執行力得到進一步強化。臺達的電源產品被用于美國宇航局火星探測。”
在亮出自有品牌之前，臺達已在祖國大陸通信市場耕耘多年。中國移動、中國電信和中國聯通三大運營商都是臺達的客戶，電信運營商對服務質量要求很苛刻。當臺達把這種服務拓展到其他行業時也使得這些用戶感到滿意。
“臺達有著豐富的產品線，能夠滿足從小企業幾平方米的機房到大中型企業和銀行，直至百度這樣的互聯網公司對UPS和制冷的需求。”蔡文蔭表示，“在為Facebook等互聯網巨頭提供定制化服務的過程中，臺達解決方案的能力得到長足的提升，我們在祖國大陸有一個專家團隊來為客戶提供全方位的服務。”
此前，臺達曾抓住石油危機和PC崛起的機遇，使得企業超常規發展。如今，變高耗能的粗放式發展為可持續發展模式已經成為國家經濟發展的當務之急，對于電源管理和散熱管理解決方案供應商而言，沒有比這更好的打造品牌的機會了。
鏈 接
《可持續發展年鑒》
第7篇：通信電源設計前景范文
關鍵詞:節能降耗;綠色通道;核心網絡
近幾年來，全球移動通信產業蓬勃發展。2007年，全球移動用戶數增長了25.9%，2008年由于umts3g網絡的開通，用戶數增長了14%，2009年3g網絡的開通，用戶將向wimax網絡和4g網絡轉移。總之，全球移動市場仍處于快速增長期。通信產業是一個高科技行業，也是一個高耗能行業，隨著網絡規模的不斷擴張，通信網絡的核心設備、動力系統、冷卻系統以及機房、基站等成倍增加，能耗巨大，目前我國的通信網絡有上萬臺的核心交換設備，有幾十萬的基站，大量的設備不僅需要人員的支撐，而且不間斷的網絡環境也更需要能源來保障。據有關部門估計，2007年我國it產品的總耗電預計為300億—500億千瓦時。這幾乎相當于三峽電站一年的發電總量（2006年為492.50億千瓦時）。這些林林總總的it產品，已經讓我們的生活發生了翻天覆地的變化，改變著人們的生產和生活狀態，但是這些it產品功耗大而且數量眾多，累積起來所消耗的電能可以說是觸目驚心。2008年世界金融風暴使得全球能源供給日趨緊張，2009年能源緊張的格局將會更加嚴峻，因此節能降耗的綠色通道對于通信行業來說顯得尤為重要。
由于it設備需要成年累月不間斷地運行，除了it設備自身耗電量巨大外，為滿足機房環境溫度、濕度、空氣含塵濃度的要求，機房內要獨立設置空調調節系統，加上用于機房環境條件技術保障的其他設備，這些最終導致機房成為電力消耗的“大戶”。從機房用電分配上來看，其中it設備占電能總能耗的44%，制冷系統占38%，電源系統占到15%，照明系統占3%。在機房的it設備中，網絡設備大概占30%，即大約占機房總能耗的13%。同時，如果網絡設備的功耗降低，相應的空調等外圍設備的消耗也會相應降低，因此目前網絡中心耗能最大的是服務器，其次是一些主干網采用的大型網絡設備，當然其他低端網絡設備因為數量眾多也是不容忽視的。主設備是指服務器、bts（基站收發臺），其功耗由接入設備的數量和網絡的負荷決定；配套設備主要指空調，基站設備對環境溫度、濕度和潔凈度有一定要求，以保證通信設備的正常運行，空調占了總功耗的絕大部分，平均下來約為總功耗的50%，以中國電信為例，2007年全年消耗電能超過200億度，各種能耗費用超過100億元人民幣；其它功耗成分來自配電系統等。
各國政府已經開始行動以減少能源的消耗、二氧化碳及其他污染物的排放，我國“十一五”規劃就明確了節能減排的工作指標：到2010年，單位國內生產總值能耗降低20％左右。能源的消耗可以用二氧化碳的排放量來計算，1千瓦時約等于0.658kg二氧化碳排放量，除主設備外其他設備的能源消耗也可以用二氧化碳的排放量來計算。假設一個正常基站可使用10年，總二氧化碳排放量為422噸。在所有的影響因素中，主設備占了總二氧化碳排放量的30.9%。根據對二氧化碳排放量的分析，通信產業節能降耗的綠色通道可以從以下5方面展開：1、打造綠色基站，采用新型的功放芯片和高效功放技術，提高設備的能效；2、應用綠色基站軟件有效降低靜態功耗，大幅降低業務量少時的能耗。3、綠色高效的冷卻方案，即減少冷卻能耗和提高電信設備耐熱能力，這樣設備可工作在室溫或更大濕度環境中。4、使用高集成度或分布式方案來減少基站占用空間，即采用多密度載波和射頻寬帶技術實現單模塊支持4到6個載波，同等容量下基站體積更小，重量更輕，ups等配套要求更低。5、綠色能源的使用，即充分利用太陽能和風能等綠色環保能源。
一、建立綠色核心網絡
從這么多年從事通信網絡設計工作的經驗中，筆者了解到傳統的核心網絡架構是相當復雜的，不僅一二級核心網絡層次多，而且大量的網元導致網絡復雜，整網能耗偏高。以筆者設計的機房為例：機房空間有限，服務器的能耗非常高，導致散熱程度差，而且需要加裝空調，再加上每年擴容的需要，交換機走線和設備布局的不合理，使機房無法實施更進一步的節能降耗措施。因此建立綠色核心網絡勢在必行。建立綠色核心網絡首先應該優化核心網絡架構，實行網絡的扁平化管理，減少核心網中網元的數量，使核心設備上移，逐步使用集成度高，電信級別的平臺代替傳統的服務器，同時建立專業的機房散熱管理方案，如采用自下而上的回風流方式提高冷風的利用率，尤其是在北方城市，這樣就可以有效減少機房空調的使用。
筆者還要強調一下，在工程前期調研及初設階段首先考慮選擇擁有綠色基站技術的供應商和運營商，例如華為和vodafone。他們擁有ip組網、分布式基站、先進功放、智能電源管理、多載頻技術、統一架構等關鍵綠色技術。這樣設計的基站穩定性、可靠性高，功耗能夠得到進一步優化，而且更有利于網絡的平穩升級。
二、充分利用軟件技術降低能耗
除提高設計水平和利用硬件升級等手段降低能耗以外，充分利用軟件技術實現節能降耗也越來越重要。隨著軟件技術的飛速發展，其應用領域也越來越廣泛，大到網絡轉型，小到cpu超頻。以筆者所在單位為例，通信網絡轉型的速度遠遠高于其他單位基礎設施的更新換代，如果頻繁地對網絡轉型，將造成大量在線設備的退網淘汰以及更多的資源消耗，那么利用軟件技術提高現有網絡設備的工作效率，從而降低能耗也是非常重要的手段。通過對上網用戶在線時間的統計分析，全網在忙時和閑時網絡負荷變換最大，那么就可以通過軟件調整核心網絡設備的主頻，讓它隨網絡負荷變化，在閑時自動將設備處理能力降低，減少電能的消耗。
三、提高空間利用率降低設備冗余度
隨著通信產業的蓬勃發展，每年入網用戶日益增多，基站和設備間能夠利用的空間越來越小，設備密度也越來越大，電力消耗明顯提高，因此采用高集成度或分布式設計方案來減少基站和設備間的空間占用，使用體積更小，重量更輕，支持端口更多的設備來有效降低設備冗余度，對于降低能耗也是重要的綠色手段。對于高端網絡設備來講，性能和功能無疑是最重要的，功耗降低會以性能的降低為代價。一般的情況下，為保證功能、性能、業務卡的數量和運行可靠，設備的功耗也會較大。這類設備數量較少，放置位置的環境情況也比較好。因此，在選擇高端設備方面我們只是把功耗指標作為一個輔助的參考指標。
對于低端的網絡產品，如數量巨大的接入層交換機，雖然他們的功能都很強大，但是我們實際應用時只會用到它的部分功能，完全可以通過犧牲一些我們不需要的性能來換取設備的功耗降低。現在有一些接入層交換機因為自身功耗小，已經實現了設備內部無風扇，這類產品就能很好地降低設備的功耗。對于低端網絡設備來說，采購過程中會把功耗作為一個比較重要的指標來考慮
四、推崇綠色環保能源的使用
利用太陽能和風能等混合能源，可更好地保護環境，減少污染物排放。在有條件的地區充分利用太陽能、風能作為輔助能源，降低電能消耗，分解能源問題。在北方城市，利用季節明顯，冬季日夜溫差較大的特點，優化基站、核心機房、設備間的通風設計方案和溫度控制方案，充分利用自然環境溫度實現溫控的目的，減少冷卻系統和大功率空調的使用，降低能耗，建立更多能源使用的綠色通道，使能源利用率更高。
為了使通信產業向著更加綠色的方向發展，節能降耗勢在必行，讓我們共同努力，打造出更多的綠色通道，從技術上提高設備、能源的使用效率，減少不必要的損耗，以實際行動來保護環境，推動通信產業持續健康發展。
參考文獻：
第8篇：通信電源設計前景范文
電力電子技術是以電力為對象的電子技術，它將電子技術和控制技術引入傳統的電力技術領域，利用半導體電力開關器件組成各種電力變換電路實現電能的變換和控制，構成了一門完整的學科，該學科被國際電工委員會命名為電力電子學（PowerElectronics）或稱為電力電子技術。它是一門綜合了電子技術、控制技術和電力技術的新興交叉學科。電力電子技術包括電力電子器件、電力電子電路和控制技術三個部分，它的研究任務是電力電子器件的應用、電力電子電路的電能變換原理、控制技術以及電力電子裝置的開發與應用。
1.電力電子器件的發展
電力電子技術的發展取決于電力電子器件的研制與應用。電力電子器件是電力電子技術的基礎，也是電力電子技術發展的動力，電力電子技術的每一次飛躍都是以新器件的出現為契機的。1947年，美國的貝爾實驗室發明了晶體管，引發了電子技術的一場革命。以此為基礎，美國在1956年研制出了最先用于電力領域的半導體器件——硅整流二極管（SemiconductorRectifier，SR），又稱為電力二極管（PowerDiodes，PD）。20世紀80年代中后期，為了進一步減少低壓高頻開關電源中電力半導體器件的管壓降和損耗，同步整流管也應運而生。1957年，美國通用電氣公司（GE）發明了普通反向阻斷型可控硅整流管（SilliconControlledRectifier，SCR），以后稱為晶閘管（Thyristor）。它標志著電力電子技術的誕生。經過工藝完善和應用開發，到了20世紀70年代，晶閘管已形成從低壓小電流到高壓大電流的系列產品。以晶閘管為主要器件的電力電子技術很快在電化學工業、鐵道電氣機車、鋼鐵工業（感應加熱）、電力工業（直流輸電、無功補償）中獲得了廣泛的應用。由晶閘管及其派生器件構成的各種電力電子系統在工業應用中主要解決了傳統的電能變換裝置中所存在的能耗大和裝置笨重的問題，因而大大地提高了電能的利用率，同時也使工業噪聲得到了一定程度的控制。電力半導體器件經過了五十多年的發展，器件制造水平不斷提高，已經歷了以硅整流管（SR）、晶閘管（SCR）、可關斷晶閘管（GTO）、巨型晶體管（GTR）、功率MOSFET、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）為代表的分立器件時期，現在已發展到由驅動電路、控制電路、傳感電路、保護電路、邏輯電路等集成在一起的高度智能化的PIC和IPM時期。電力半導體器件實現了器件與電路的集成，強電與弱電、功率流與信息流的集成，成為機和電之間的智能化接口，它是機電一體化的基礎單元。按照其控制特性來說，電力半導體器件可分為以硅整流管（SR）為代表的不可控器件，以晶閘管（SCR）為代表的只能通過門極電流控制其開通而不能控制其關斷的半控型器件和以可關斷晶閘管（GTO）、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）為代表的既能控制其開通又能控制其關斷的全控型器件三大類。在器件的控制模式上，電力半導體器件已經從電流型控制模式發展到電壓型控制模式，這不僅大大降低了門極的控制功率，而且大大提高了器件導通與關斷的轉換速度，從而使器件的工作頻率由工頻中頻高頻不斷提高。在電力電子技術走向智能化、高頻化、大功率化、模塊化、綠色化的進程中，作為其基礎的新型電力半導體器件不斷涌現，為電力電子技術的發展作出新的貢獻。電力電子器件已經與計算機控制技術相結合，在各行各業發揮了重要作用，給電力電子技術注入了強大的生命力。
2.電力電子技術應用領域
電力電子學與裝置的市場需求與日俱增，其主要應用領域包括以下幾個方面。
（1）一般電源。包括不停電電源、電解電源、電鍍電源、開關電源、機車輔助電源、微機及儀器儀表電源、航空電源、通信電源。
（2）專用電源。包括電化學電源、微弧氧化電源、蓄電池充電放電、電子模擬負載、電解水電源、交流電子穩壓電源、脈沖功率電源、電力測功機。
（3）電力牽引及傳動控制。包括電力機車、電傳動內燃機車、礦井提升機、軋鋼機傳動。
（4）電力系統應用。高壓直流輸電（HVDC）。
（5）有源濾波器。傳統的無源濾波器由于其濾波性能較差，難于應付日益嚴重的電網“公害”。人們從電力電子學本身找到了解決的途徑，這就是有源濾波器。
（6）新能源利用。包括光電池、風力發電等，電力電子裝置還將用于太陽能發電及風力發電裝置與電力系統的連接。（7）節能。采用電力電子裝置實現電機調速可以達到很高的效率。
（8）電氣工藝應用。包括在焊接設備及感應加熱中的應用。
（9）家用電器。種類繁多的家用電器，小至一臺調光燈具、高頻熒光燈具，大至通風取暖設備、微波爐及眾多的電動機驅動設備，都離不開電力電子交流電路。
（10）靜止無功補償器（STATCOM）（串聯）和典型功率應用100MW。用于電網的電壓控制和無功補償。
（11）柔性輸電技術。柔流輸電系統（flexibleACtransmissionsystem，FACTS）是指裝有電力電子型或其他靜止型控制器以加強系統可控性和增加功率傳輸能力的交流輸電系統。
（12）電動汽車和混合動力電動汽車（EV/HEV）。
二、教學內容應注重實際應用、傳授先進教學內容
“電力電子技術”是一門專業基礎性較強且與生產實際緊密結合的課程，自誕生以來已形成了豐富的器件系列、變換技術和控制技術，特別是電力電子裝置在工業、交通運輸、電力系統、通信系統、計算機系統、新能源系統中的應用更加廣泛。在教學中應合理選擇內容，特別是先進的教學內容，使學生既要打好理論基礎，又要注重實際應用。知識是相互聯系、相互滲透的。在學習“電力電子技術”之前，應首先學好“電路”和“電子技術基礎”兩門課程。電力半導體器件是現代電力電子技術的基礎核心。電力電子器件的基本特點之一是能以信號輸入控制很大的輸出，這就使電力電子設備成為強、弱電之間接口的基礎。講解器件原理及特性，目的是為了應用器件組成電路，故應掌握器件外部特性、極限參數和使用注意事項，三方面的內容應以電路為主。
三、采用現代化的教學方法和教學手段
隨著教學手段和方法的不斷更新，學生應注重綜合能力的培養。因此，教師在課堂的教學中，不僅要傳授理論知識，而且要訓練學生的動手能力，培養他們分析問題和解決問題的能力。這樣，學生畢業后可通過實際鍛煉和自我學習來提高實際工作能力。由于電力電子技術涵蓋的知識內容多、難度大、實用性強，教學的內容應著重基本原理和分析方法的講授，加強知識的系統性，培養學生融會貫通知識的能力。講授時采用啟發式教學方法，將有助于培養學生的思維能力，有助于學生理解和掌握教學內容。在課堂上采用討論式教學方法讓學生自己講，自己評，效果十分理想。由于學生在入學時分數的差異和接收問題的能力不同，教師在教學中應注重因材施教，分層教學。實現教學手段現代化可以加大授課的信息量，節約課時，是增強教學效果的重要措施。“電力電子技術”課程教學的最大特點就是借助于波形，分析電力電子器件和電路的工作狀態，以確定電路中能量的變換和傳遞。在“黑板+粉筆”傳統的授課方式中，教師畫電路圖和波形圖時，時間用的比較多，而運用多媒體教學可以形象地表達一些語言難以描述清楚的問題。對學生理解電路的工作原理有事半功倍的效果，因此，將多媒體教學應用到該課程的教學中，通過多媒體技術將實際應用中的電路和電力電子裝置做成影音資料帶到課堂上，可以提高學生的感性認識，激發學生學習的興趣。隨著計算機網絡技術的發展，還可以利用網絡教室開展多媒體教學，是一種更有發展前景的現代化教學手段。
四、加強實驗、實踐環節，注重學生綜合能力培養
電力電子技術具有很強的實踐性，而實驗是培養理論聯系實際、動手能力、嚴謹的科學態度和科學方法的重要手段，因此，應精選最基本的也有較高實用價值的實驗項目。在實驗教學中，教師應選擇教材上具有代表性的實驗來組織教學，例如，選擇在計算機、通信設備及家用電器等廣泛應用的半橋型開關穩壓電源作為實驗項目，介紹典型的開關電源電路結構、元器件和工作原理，使學生對開關電源有了深刻的理解，增強學生的學習興趣。由于電力電子電路具有強、弱電結合的特點，要特別強調操作的規則、保證實驗安全。在實驗教學中，教師還可以采用虛實結合的教學方式，即部分實驗采用計算機仿真軟件來實現，特點是具有精度高、重復性好的優點，是進行科學研究和教學的重要手段之一。將仿真軟件引入教學中，可以讓學生自己去動手設計和開發實用電路模型，并對電路運行效果進行模擬實驗。使學生充分發揮想象力，極大地提高了學生的思維能力和動手能力。
第9篇：通信電源設計前景范文
關鍵詞：通信基站；能耗模型；最小二乘支持向量機；粒子群；滾動時間窗
中圖分類號：TP18；TN929.5 文獻標志碼：A
Modelling of Base Station Energy Consumption System
Based on Sliding Window PSO-LSSVM
ZHANG Yingjie1，2，XU Wei1，2，TANG Longbo1，2， ZHANG Ying1，2，
LIU Wenbo1，2，HU Zuolei1，2，FAN Chaodong3
（1. College of Information Science and Engineering，Hunan University， Changsha 410082， China；
2.Institute for Communications Energy Conservation， Hunan University， Changsha 410082， China；
3.The College of Information Engineering， Xiangtan University， Xiangtan 411105， China）
Abstract：Base station is a major node for communication network's energy consumption. The accurate calculation of the energy-saving amount for the base station under EPC model is a technology bottleneck in this field. This paper proposed a modeling method of energy consumption of the base station based on particle swarm optimization （PSO） and least squares support vector machine （LSSVM） of sliding window， oriented at three kinds of typical scenarios base station. In this approach， a sliding window was established by selecting configuration parameters of base station and real-time data for pretreatment， and then the dynamic energy consumption model was obtained for the base station， which varied in accordance with that of the sliding window by means of the parameters for PSO training model and LSSVM regression training model. Compared with the simulation and test results from the sample base station， the proposed energy consumption model shows high prediction accuracy and generalization ability， and is applicable for the evaluation of energy-saving engineering of the base station.
Key words：base station；energy consumption model；LSSVM（Least Squares Support Vector Machine）；PSO（Particle Swarm Optimization）；sliding window
S著通信業務快速發展，通信業能源消耗也呈快速增長趨勢，而通信基站是通信行業能耗的重點，因此，持續有效地整體推進通信基站節能降耗已經成為通信行業節能減排的關鍵.從目前的形勢來看，通信基站的合理設計及節能措施的選擇還未形成一個完整體系[1]，通信節能發展的瓶頸是過于概念化和粗放型的能源規劃，不斷增加節能設備，缺少綜合信息集成應用、運行監管及評估體系.所以，研究并建立能夠精確計算基站能耗的數學模型，對通信企業節能減排和基站用電的精細化管理具有積極的意義.通信基站能耗系統主要由電源系統（包括通信電源、蓄電池組），基站主設備（包括BTS、天饋系統、BSC），環境設備（包括基站空調、新風系統、熱交換系統）以及輔助系統（包括照明設備、監控系統）等部分構成.基站總能耗主要集中在通信設備用電和機房環境用電，通過實際調研及實測數據計算可知，通信基站能耗主要由主設備能耗和空調系統能耗構成.主設備能耗主要包括無線設備能耗、電源損耗與傳輸設備能耗等，其中無線設備能耗為主要能耗點[2]，而空調系統耗能與設備發熱量以及整個基站的熱傳導情況直接相關；同時，空調系統能耗還受到氣象條件、建筑環境及內部運行設備等多方面因素的影響.由于通信基站能耗的相關特征數據（包括基站建筑材料及結構屬性、基站所處位置及外部環境特征、基站設備參數、氣象參數等）復雜多變，同時要考慮環境條件的約束，所以通信基站能耗建模具有一定的復雜性[3].
在通信行業，能耗建模相關研究主要集中在基站主設備能耗計量、空調能耗計量及空調節能量計算、基站能耗分類建模等方面.周小兵[4]以廣東中山地區90 mm厚彩鋼板結構通信基站為研究對象，利用基站總耗電量、空調及新風系統耗電量、室內外氣溫的實測數據計算空調基準耗電量的方法，方便準確地得到了空調基準耗電量，對核定通信基站節電量具有一定的參考價值.楊蘋等人[5]根據基站內外部特征，分析了外部環境因素和內部設備構成對基站能耗的影響，建立了基于建筑能耗分析軟件DeST的基站能耗模型；通過DeST進行通信基站能耗分析具有一定的局限性，且模型準確率低，不能作為理想的能耗預測模型.楊天劍等人[6]通過多元線性回歸確立影響基站耗電量的主要因素，然后通過聚類算法將大量基站能耗數據分類，最后通過能耗標桿得到了通信基站的耗能預測模型；該方法通過多元線性回歸和聚類分析得到基站能耗標桿，在設備環境參數和能耗關系上具有一定研究意義，但對基站整體能耗預測尚有不足.李陽[7]以基站的熱平衡模型為基礎，應用Simulink仿真軟件對基站能耗進行動態仿真建模，同時，對基站當前使用的主要節能技術進行建模，構建出一個較完整的基站能耗動態仿真模型；該研究模型主要應用于仿真模擬，實際應用到通信基站能耗計量方面仍有缺陷.雖然眾多研究機構及學者在通信基站能耗建模方面做了大量的工作，但建立起來的概念型與統計型的能耗模型也只能在基站能耗預測預警與節能措施選擇時起到一定的輔助決策作用，仍然缺乏一個能夠實時精確計算基站能耗的模型.
基于此，本文綜合考慮了通信基站總耗電量、主設備耗電量、空調耗電量、電源系統耗電量、外部氣象參數、室內外溫度、基站環境特征、建筑材料及結構等數據，通過對不同類型典型場景基站進行動靜態數據采集，分析基站能耗與時間、空間、環境參數等數據間的多維關系，找出基站能耗的主要影響因素，并采用基于滾動時間窗的PSO-LSSVM算法建立準確計量基站能耗的多輸入復雜系統能耗模型.
1 基于滾動時間窗的最小二乘支持向量機
1.1 支持向量機理論
支持向量機（Support Vector Machine，SVM）是Vapnik于20世紀90年代初依據統計學理論提出的一種基于數據的機器學習算法.支持向量機的基本原理是通過非線性映射把輸入向量映射到一個高位特征空間，在該空間用線性學習機方法以解決原空間的非線性分類和回歸等問題.SVM最初是用來解決模式識別中的分類問題，后來Vapnik通過定義ε不敏感損失函數提出了支持向量機回歸算法（SVMR），用于解決非線性回歸問題[8].
支持向量機能夠將算法轉化為線性規劃或二次規劃問題，從而解決局部極小問題，實現全局最優；用核函數代替高維特征空間的內積運算，使得高維空間問題得到很好的解決.同時，它可以通過容量調節懲罰參數來平衡擬合能力和泛化能力間的權重關系，具有結構簡單、稀疏性好等優點[9].支持向量機能夠較好地實現結構風險最小化準則，也能很好地處理非線性、高維數、局部極小以及過學習等實際問題.在建筑、水利、氣象、醫學等領域支持向量機已經成功應用到分類、預測及預警中.
1.2 LSSVM算法介紹
支持向量機在計算時每增加一個樣本數據就需要求解一個二次規劃問題，不僅增加了運算量而且實時性較差.為了解決這種問題，Suykens等人[10]提出了最小支持向量機（Least Squares Support Vector Machines，LSSVM）理論.
給定訓練樣本集D={xi，yi}Ni=1，其中N為訓練樣本量，xi∈Rm為m維輸入，yi∈R為一維目標輸出.將樣本空間中的非線性函數估計問題轉化為高維特征空g中的線性函數估計問題[11-12].
f（x）=wTφ（x）+b （1）
式中：w=[w1，…，wn]T為權值系數向量；φ（?）=[φ1（?），…，φn（?）]T為映射函數.這一回歸問題可以表示為一個等式約束優化問題，其優化目標為：
minw，b，eJ（w，e）=12wTw+λ2∑ni=1e2i（2）
s.t. yi=wTφ（xi）+b+ei，i=1，…，n（3）
然后，用拉格朗日法求解上述優化問題：
L（w，b，e，a）=J（w，e）-∑Niai（wTφ（xi）+
b+ei-yi）（4）
式中：ai（i=1，…，n）為拉格朗日乘子.
根據優化條件對式（4）求偏導可得：
Lw=0w=∑Ni=1aiφ（xi）
Lb=0∑Ni=1ai=0
Lei=0ai=γei
Lw=0wTφ（xi）+b+ei-yi=0（5）
再根據Mercer條件，定義核函數：
k（xi，yi）=φT（xi）φ（yi）.（6）
由方程式（5）和（6）消去ei，w后，得到
0 1 … 1
1 k（x1，x1）+1/γ … k（x1，xn）
1 k（xn，x1） … k（xn，xn）+1/γ×
ba1 an=0y1 yn（7）
最后得到最小二乘支持向量機非線性模型：
f（x）=∑Ni=1aik（x，xi）+b（8）
1.3 滾動時間窗原理描述
應用一個固定范圍并隨時間滾動的數據區間來進行能耗建模能夠很好地解決模型時效性問題，由于這個固定范圍的數據區間隨時間不斷滾動，所以稱其為滾動時間窗.滾動時間窗方法是以樣本選擇方式來處理數據實時更新對能耗模型影響的基本方法，它通過一個不斷向前移動并把最近時間段的新樣本包括在內的“時間窗口”來不斷進化基站能耗預測模型[13].該方法中，新樣本數據實時地更替舊樣本數據，滾動的當前時間窗內樣本數據的變化需要重新構建更優的預測模型.
假設有一組n維時變向量數據，某時段擬合樣本數據從時間點t逐漸滾動到（t+p），而構建預測模型時可獲得建模樣本的最早時間點為（t-q）.此時，對于t′∈[t，t+p]的任意時間段，都有（t′-q）到t′之間的樣本數據能夠進行建模，將（t′-q）到t′之間的樣本數據記為當前時間窗數據，隨著t′的增長，時間窗數據也隨之變化更新.圖1為時間窗的滾動示意圖，可以看出建模時間窗不斷向后移動，即新數據不斷加入，并對下一時刻進行擬合建模，這是一個滾動優化的過程[14].
2 PSO優化的LSSVM算法
支持向量機在精度和效率上的優越性跟其參數的取值密切相關，但是其參數數量很多而且參數的選擇范圍很大，這樣就使得最優參數的選取變得困難.同時，由于最小二乘支持向量機模型是非線性的，采用解析的方法得到其模型參數幾乎不可能，使用數值計算也很難得到真正的最優參數，所以，必須選擇一個合適的模型參數優化方法.
2.1 基于PSO算法優化模型參數
LSSVM模型中徑向基核函數的選用需要確定兩個參數：核參數σ和懲罰因子γ.γ越小，模型泛化能力越強，平滑性越好，但是擬合能力會降低；而σ越大，所得訓練模型就會越平滑，泛化能力也越強；同時，粒子也是由這兩個參數所決定，所以他們的優化必不可少.通常我們采用參數空間窮盡搜索法對LSSVM參數進行優化，但其缺點是較難確定合理的參數范圍.而本文采用PSO優化LSSVM參數能夠很好地解決這種問題，且能夠快速準確地選取到最優參數.
粒子群算法PSO（Particle swarm optimization，PSO）是1995年由Kennedy和Eberhart[15]提出的一種啟發式搜索算法.最初，PSO算法從鳥群覓食行為中得到啟發，然后圖形化模擬鳥群的不可預測運動，并以此作為算法的基礎.然后引入近鄰的速度匹配、慣性權重w，并考慮多維搜索和距離的加速，形成了最初的PSO算法[16].
與其他進化算法類似，粒子群算法采用“種群”的方式不斷“進化”自己的搜索模式.在PSO算法中，可以將優化問題的每個潛在解看成是多維空間中的一個“點”，將各異的“點”稱做“粒子”，多個“粒子”就組成一個群體.當PSO初始化生成一群隨機粒子（即隨機解）后，粒子即開始不斷迭代來找到最優解，在這個過程中，每個粒子都有自己運動的方向及速率，即粒子都有一個矢量速度，不同粒子間會通過協作競爭來逐漸搜索出復雜空間中的最優解[17].
粒子迭代第t次時，其位置信息可用式（9）表示，運動速度用式（10）表示.
Xi（t）=（Xi1（t），Xi2（t），…，Xid（t））（9）
Vi（t）=（Vi1（t），Vi2（t），…，Vid（t））（10）
在每一次迭代過程中，粒子會通過跟蹤兩個“極值”來不斷更新優化自己的速度及位置.其中，跟蹤的第一個“極值”即為當前粒子在多維空間中經歷的最優值，稱為個體極值pBest，用公式表示為：
Pi（t）=（Pi1（t），Pi2（t），…，Pid（t））（11）
而另一個“極值”則是整個種群所有粒子經歷的最優值，稱為全局極值gBest，用公式表示為：
Pg（t）=（Pg1（t），Pg2（t），…，Pgd（t））（12）
另外，如果將種群一部分作為粒子的鄰居而不是全部，那么在該粒子的所有鄰居中搜索到的極值則稱為局部極值l Best，表示為：
Pl（t）=（Pl1（t），Pl2（t），…，Pld（t）） （13）
粒子迭代更新自身速度和位置公式如下：
Vik（t+1）=ωVik（t）+c1r1（Pik（t）-Xik（t））+
c2r2（Pgk（t）-Xik（t））（14）
Xik（t+1）=Xik（t）+Vik（t+1）（15）
式中：t櫚鼻笆笨塘W擁牡代次數；ω為粒子的慣性權重系數；c1，c2為學習因子，表示粒子向pBest和gBest運動的加速度權重；r1，r2是介于（0，1）的隨機數；k=1，2，…，d.
本文選取模型預測結果的均方誤差MSE作為PSO適應度函數，然后通過求解LSSVM模型的最小均方誤差來得到最優參數γ，σ2.優化的具體步驟如下：
1）初始化粒子群各參數（學習因子c1=1.5，c2=1.7，最大進化代數maxgen=1 000，種群規模sizepop=30）；
2）通過適應度函數計算出各個粒子的適應度值；
3）比較粒子當前適應度值與自身個體最優值pBest，若前者更優，則把粒子當前位置作為目前的個體最優值gBest；
4）對粒子當前適應度值與全局最優值gBest進行比較，若前者更優，則把當前粒子位置作為目前的全局最優值gBest；
5）根據式（14）和式（15）對粒子速度及位置進行更新；
6）判斷是否滿足結束條件（到達最大循環次數或者誤差滿足要求），若滿足條件則退出循環，否則，回到步驟2）繼續循環.
2.2 基于PSO優化的滾動時間窗LSSVM改進算法
基于滾動時間窗的LSSVM回歸估計方法的動態建模過程如下：
1）設置各參數初始值；
2）對采集的系統數據進行預處理；
3） 應用PSO優化算法尋優模型參數γ和σ2；
4）選取當前時刻t到（t-q）時刻的樣本作為當
前區間時間窗數據；
5）采用基于LSSVM回歸估計算法訓練模型；
6）利用建立好的模型進行預測；
7）有新數據集進入時，數據窗進行滾動，形成新的時間窗數據；
8）選取新的時間窗數據重新建模并進行預測；
9）返回步驟7）.
圖2為基于PSO優化的滾動時間窗LSSVM改進算法的基站動態能耗建模流程圖.
隨著樣本數據的更新，上述建模過程循環進行，模型也不斷隨之更新，這樣就能夠實時地跟蹤基站系統的能耗變化.建模過程中，選取了徑向基RBF （Radial Basis Function，RBF）核函數，其中核參數γ和σ2的化必不可少.γ越小，模型泛化能力越大，平滑性越好，但是擬合能力會降低；同時，σ2越大，所得訓練模型就會越平滑，泛化能力也越強.
3 基站能耗預測模型試驗仿真
試驗樣本主要選取2013年1月至2016年1月湖南張家界、邵陽地區某運營商的典型場景基站數據，基本數據類型包括基站每月總耗電量（kW?h）、基站圍體面積（m2）、室內外溫度（℃）和載頻數（個數）.基站總耗電量以月?度為單位可以有效過濾由單日能耗異常產生預測偏差的影響，故本文以月?度基站總耗電量為輸出，其他變量為輸入.同時，以3個月新出現的動態數據作為時間窗數據的更新數據，并隨時間不斷推移，以更新的時間窗數據作為能耗動態模型的輸入數據.
本文采用均方根誤差RMSE、相關系數R和決定系數R2 3種評價標準.均方根誤差能夠很好地反映出預測值的精確度，而相關系數絕對值可以用來反映預測值和實測值關系的方向和密切程度，相關系數絕對值越大，說明預測值和實測值線性關系越好；決定系數為相關系數的平方，能很好的反映模型的擬合程度，其值越接近1，模型的擬合程度越好[18].設Xi為模型預測值，為預測平均值，Yi為對應實測值，為實測值的平均值，其中i=1，2，…，N，定義：
RMSE=1Nσ2∑Ni=1（Xi-Yi）2（16）
R=∑Ni=1（Xi-）（Yi-）∑Ni=1（Xi-）2?∑Ni=1（Yi-）2 （17）
試驗所用計算機CPU為AMD Athlon（tm）Ⅱ X2255 Processor 3.10 GHz，內存為4 GB，工具為MATLAB R2011a.將采集的樣本數據進行修正和歸一化處理后，取前240組數據進行訓練模型，后120組數據進行測試.測試結果如圖3-圖5所示.
對比圖3，圖4和圖5，觀察表1可以看出，基于標準LSSVM建立的能耗模型擬合效果較差，而基于PSO-LSSVM和基于滾動時間窗PSO-LSSVM得到的通信基站能耗模型均能夠較準確地擬合出能耗的變化，且后兩種模型擬合相關系數高，各參數均表現出較好的泛化能力.采用滾動時間窗，可反應系統當前能耗狀況的數據快速更新，模型也隨之不斷更新，從而使得建立的能耗模型更加精確.
基于測試樣本的模型預測效果及誤差圖分別如圖6和圖7所示，擬合效果相關參數如表2所示.
從圖7可以看出，基站能耗預測誤差基本穩定，九成以上的預測值準確度都在90%以內，誤差沒有隨數據變化而較大幅度的增大，而呈現逐步縮小穩定的趨勢.從圖6，圖7和表2可以看出，基站能耗模型能夠較好地跟蹤實測能耗值的變化趨勢，且基站能耗預測精度較高.
目前，通信基站在未采取節能措施的情況下，基于現有文獻對通信基站能耗模型的研究，文獻[19]采用二元一次線性回歸建立了基站能耗模型，其空調耗電模型及設備耗電模型單站試算平均誤差分別為18.87%～30.2%及12.32%～19.4%.而文獻[7]基于建筑行業的Dest軟件模擬建模的預測精度為82%～87%.文獻[7]基于Simulink仿真技術建立的動態基站能耗模型仿真精度為86.64%～98.4%.可以看出，在各個不同的典型場景下，基站能耗預測值都普遍不高，雖然文獻[7]建立的模型精度偏差不大，但是其超過1/3的能耗預測結果準確度低于90%，其整體預測精度仍然較低.相比來說，本文的研究預測模型整體預測精度更高，使用前景更大.
4 結 論
本文首先綜合分析了通信基站總耗電量、主設備耗電量、空調耗電量、電源系統耗電量、外部氣象參數變化、室內外氣溫等數據結構參數，同時，對不同類型典型場景基站的動靜態數據進行了采集分析，得到基站能耗與時間、空間、環境參數等數據間的多維關系，計算出影響基站能耗的主要因素，然后，采用基于滾動時間窗的PSO-LSSVM方法建立準確計算基站能耗的多輸入復雜系統能耗模型.將該模型與其他相關研究模型的預測精度進行對比，結果表明，本文方法具有更高預測準確度，且整體預測精度在90%以上.綜上，本文研究模型具有預測精度較高，穩定性較好等優點，能夠更準確地預測通信基站能耗以及更準確地計算節能量，具有良好的應用前景.
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