绿色电源的安全控制机制——中兴通讯“呼吸式功率管理”电源节能控制技术升级

  2008年，中国各行各业开始了轰轰烈烈的节能减排运动，国内各运营商也先后提出了对通信设备的绿色节能要求。广泛应用于通信领域的开关电源产品，是通信供电的基本保证，应用数量巨大，国内三大运营商现网约有超过60万套的各类型通信电源在使用，因此电源节能意义重大。

    2008年，各电源厂商先后推出了节能产品，以中兴通讯推出的 “呼吸式功率管理”的电源产品为例，该系列产品通过对冗余运行的整流器进行关断，关断后的整流器进入休眠状态的方式，简单而有效地达到节能效果，不仅能在新建站点实现，且可以实现现有站点的升级，且升级简单，升级成本低。

    从2008年全年的实践看，运营商和设备厂商关注的重点都在节能的实现和获得较好的节能效果上，而因使用节能技术暴露出的节能控制与安全运行的矛盾，与传统的维护管理习惯间的冲突，也逐渐被大家所关注。为此中国移动在2008年底到2009年初制定了中国移动电源节能技术规范，中兴通讯在相关工作的开始阶段便积极参与，紧密配合，并将规范中的相关要求创新性地落实在新版的“呼吸式功率管理”的电源控制机制中。

通信电源休眠控制实现节能的技术原理

    通信电源通过整流器开通、关断和休眠控制能够达到节能效果的本质，实际上就是在系统效率和单模块效率间的关系上做文章。整流器一旦设计完成，其效率曲线就固化了，是不可能改变的，但对于系统来讲，负载率不同，分担负载的整流器数量不同，系统效率是可变的。因此通过让冗余运行的整流器进行休眠，可以实现运行的整流器的负载率提升，到达整流器最高工作效率点，最终实现系统效率的提升。如图1所示。

    但这样的控制机理中，也存在一个隐患，通信电源是通过多整流器模块互为备份的，而关掉冗余模块之后，从可靠性原理及计算可以看出，其可靠性是有所降低的。为了不牺牲可靠性，必须确保休眠状态的整流器能够在必要时可靠地参与到系统运行中。

休眠模式与安全控制和维护管理的矛盾
 

    2008年一年的节能实践中，暴露出一些休眠控制方式和安全运行、维护管理之间的矛盾，而且，不同运营商、不同设备厂商在国内、国际的应用中都多少遇到了。“节能了，但安全吗”，“节能了，不习惯了”，这样的声音我们听到了不少。

安全控制与休眠模式之间的矛盾

    国内某运营商应用国际某企业的通信电源产品，部分站点经常出现整流器过载关机保护导致蓄电池放亏的问题。最后落实原因为，整流器因故障自行限流，而系统控制默认未休眠的整流器应是满容量输出，导致负载输出不足，引发以上问题。

    这是2008年一个真实的案例，类似的情况还有很多，其问题的核心在于，整流器和系统的运行状态影响因素较多，例如市电状态异常、整流器故障、蓄电池故障等，而问题一旦发生在整流器开通、关断的过程中或者系统判断与整流器实际输出状态间有差异，影响可靠性的隐患就会产生。

维护管理与休眠模式之间的矛盾

    目前，运营商大量使用代维的方式进行设备维护，而代维人员的水平参差不齐，使用节能模式后，出现了不少因传统运行方式和节能模式运行不一致而造成的问题，“每次都要进入和退出菜单，真麻烦”，“这个整流器是有故障了，还是休眠了”，代维人员经常会有这样的疑问和抱怨。一位国内某运营商电源主管反映，在巡检中发现很多改造后的站点完全没有运行在节能模式，原因是代维人员退出节能模式后，没有重新设置进入节能模式。

    类似的问题还有不少，而试图通过让运营商改变维护管理流程，加强培训去解决问题，显然是不切实际的，我们能否找到一条产品解决之路，在安全控制和维护管理两方面都能够解决节能面临的问题呢？

中兴通讯“呼吸式功率管理”安全控制机制

    为了解决以上问题，在中国移动提出电源节能控制的技术规范后，中兴通讯就高度重视并积极参与，首款测试样机仅用不到1个月的时间就完成，并经过两轮改进和测试，完全满足中国移动的要求，成为首批达标的电源企业。

    “呼吸式功率管理”软件的新改进主要增加了一个安全控制模块。既然市电、整流器是否故障、蓄电池健康情况等状态会影响到运行，如果通过这个模块，预先检查相关状态，再确定是否进入节能就可以避免问题的产生。

    该模块设计了三个入口，分别是开机检验、定期检验和人工检验，可分别在开局、正常工作、巡检等状态下检测系统的工作状态，并作为是否进入节能状态的判据。

    通过对蓄电池充放电、市电缺相、市电低压，市电中断及整流器等状态的预先检测，系统会自动对相关项目进行自测，对电源运行情况进行分析，并决定电源运行状态，在具备节能运行条件时进入节能运行，不具备条件时，保持检测状态，直到系统具备条件时再进入节能运行，避免因潜在隐患导致可靠性的降低，如图2所示。

更便于管理的绿色电源

    有了安全控制机制，如何使绿色电源在维护管理上与运维人员的使用习惯更加契合？在绿色电源的维护管理上要重点考虑两方面内容，一方面要使维护人员迅速获得系统运行状态信息，减少人为判断，另一方面是系统是否能够智能进入或者回到节能运行状态，而无需人为设置。

    安全控制程序本身就是一个检测程序，可以随时根据需要对系统进行自检测试，检测完成后会输出测试报告。维护人员可以将这项功能作为对系统基本运行环境的检测工具，避免或减少因不同维护人员水平的差异对系统运行状态掌握的偏差和不全面。

    此外，该程序通过对软件流程的精心设计，使系统不论是在正常运行、人工测试和临时的节能退出后，都可以在不经人为干预的情况下，在条件符合时，重新回到节能状态，提升系统的可维护性。节能运行控制机理如图3所示。

“呼吸式功率管理”新安全控制机制的意义

    安全控制机制加入到“呼吸式功率管理”之后，给“呼吸式功率管理”带来了显著的性能提升，使已经实现了节能效果的“呼吸式管理”在安全性、可维护性、可靠性及可用性方面得以完善，带给运营商明显的利益提升：
    ● 在不额外增加成本的情况下，系统的可靠性、可维护性提升。
    ● 减少了因节能改造升级带来的故障隐患，解除了运营商对于节能升级后运行稳定性的担忧。
    ● 运营商不需要因为节能升级的要求，对已经沿用的维护管理规程和要求进行更改，节省了人员培训成本。

    目前，这套为中国移动电源节能技术规范设计的“呼吸式功率管理”的新版产品已批量在中国三大运营商使用，相关的控制机理由中兴通讯介绍到印尼、印度等海外市场，也得到国际客户的高度认可。节能是一项长期的、具有高度经济效益和社会效益的战略性工作，每一个产品细节的改善只要有利于节能的实施，都将成为我们铺在通向绿色美好未来大道上的一块砖石，而安全控制机制在“呼吸式功率管理”中的应用，将成为那些最闪亮的砖石之一。