Abstract:SOCdesignoccupiesanimportantpositioninICdesignmarket.Thelow-powerdesignisanimportantpartinS下面是小編為大家整理的2023年度低功耗設計論文【五篇】（完整文檔）,供大家參考。
低功耗設計論文范文第1篇
關(guān)鍵詞:低功耗;SoC;CMOS;功耗估計;
The Application of Low-Power Methods in SoC Design
Abstract: SOC design occupies an important position in IC design market. The low-power design is an important part in SoC design process. This paper firstly gives a comprehensive analysis of the composed of CMOS circuit power consumption and the related theory of power estimation, then analyzes the SoC low-power design theory of various design levels in detail.
Keywords: low-power,SoC,CMOS,power estimation
1引言
隨著(zhù)工藝水平的不斷發(fā)展,集成電路設計已經(jīng)進(jìn)入超深亞微米(Deep Sub-Micron,DSM)和納米的SoC時(shí)代,設計規模越來(lái)越大,單一SoC芯片的集成度已經(jīng)達到了上億門(mén)。在之前的集成電路設計中,設計者首要關(guān)心的芯片性能往往是面積與速度,然后才是功耗。到了深亞微米階段,功耗設計在芯片設計中所占的比重開(kāi)始上升到與面積和速度同等重要的程度,設計人員需從功耗、性能和成本三者之間取得折衷。據統計數據分析,目前市場(chǎng)上的一些功能強大的微處理器芯片功耗可達100-150 W,平均功耗密度可達50-75 W/cm2。而芯片上某些熱點(diǎn)(hot spots)的功耗更是數倍于這一數值。功耗問(wèn)題的重要性在便攜式數碼產(chǎn)品芯片的設計中顯現的尤為突出。便攜式產(chǎn)品要求重量輕、電池續航時(shí)間長(cháng),而電池技術(shù)發(fā)展不能跟上這一要求,這就間接使芯片的低功耗設計面臨更嚴峻的挑戰。
2集成電路功耗組成
對SoC芯片進(jìn)行低功耗設計,首先必須從各個(gè)方面弄清集成電路的功耗組成,然后采用適當的方法,有針對性地對設計從系統方案到物理版圖各個(gè)設計階段進(jìn)行低功耗分析。由于在當前芯片設計制造中,CMOS電路仍然占據主要位置,以下將從CMOS電路的特點(diǎn)入手討論數字集成電路的功耗組成。
2.1 功耗組成
SoC中的功耗大致可分為三個(gè)部分,即處理器功耗、通訊功耗以及存儲器功耗。處理器功耗和通訊功耗又可統稱(chēng)為邏輯電路功耗。
CMOS邏輯電路功耗主要有兩部分組成,即動(dòng)態(tài)功耗與靜態(tài)功耗。動(dòng)態(tài)功耗是指當芯片處于激活(active)狀態(tài)時(shí),也即信號發(fā)生跳變時(shí)的功耗;靜態(tài)功耗是指芯片處于未激活狀態(tài)或者說(shuō)沒(méi)有信號的跳變時(shí)的功耗。
2.2 動(dòng)態(tài)功耗
在CMOS電路中,動(dòng)態(tài)功耗主要由交流開(kāi)關(guān)功耗和直流開(kāi)關(guān)功耗兩部分組成。交流開(kāi)關(guān)功耗又稱(chēng)為負載電容功耗,是指電路對負載電容充放電形成電流所引起的功耗;直流開(kāi)關(guān)功耗又稱(chēng)短路功耗,是指輸出電壓變化時(shí)由PMOS管和NMOS管在同一時(shí)間導通產(chǎn)生的瞬態(tài)電流所引起的功耗。
2.2.1 交流開(kāi)關(guān)功耗
交流開(kāi)關(guān)功耗由門(mén)的輸出電容充放電形成,是CMOS電路動(dòng)態(tài)功耗的首要來(lái)源。以CMOS反相器為例,設電源電壓為Vdd,輸出端負載電容為CL。當輸入信號電平分別由高向低或由低向高轉換時(shí),對應輸出端情況分別為Vdd對電容CL的充放電,從而形成了交流開(kāi)關(guān)功耗,如圖1所示。交流開(kāi)關(guān)功耗表示如下。
PD =αCLfVdd2
式中,α為節點(diǎn)的翻轉概率,f為電路時(shí)鐘頻率。
2.2.2 直流開(kāi)關(guān)功耗
由于在實(shí)際電路中,輸入信號的跳變過(guò)程總是需要一定的時(shí)間,因此當輸入電壓落到VTn和Vdd-|VTp|的區間內時(shí)(VTn和VTp 分別為NMOS管和PMOS管的閾值電壓),兩管會(huì )同時(shí)處于導通狀態(tài),從而在電源與地之間產(chǎn)生了一條電流通路。由此短路電流產(chǎn)生的功耗就叫做直流開(kāi)關(guān)功耗,也稱(chēng)為短路功耗,如圖2所示。
2.3 靜態(tài)功耗
靜態(tài)功耗主要是指泄漏電流所引起的功耗,又稱(chēng)泄漏功耗。CMOS電路中主要存在有四種泄漏電流:亞閾值泄漏電流(IDS)、柵泄漏電流(IGATE)、門(mén)柵感應漏極泄漏電流(IGIDL)以及反偏結泄漏電流(IREV)。芯片的靜態(tài)功耗就是由總的泄漏電流引起的功耗之和?？杀硎緸?
Pleakage =Vdd*(IDS +IGATE +IGIDL +IREV)
短路功耗和靜態(tài)泄漏功耗在深亞微米工藝下占總功耗的比例很小,基本達到可以忽略的程度,此時(shí)開(kāi)關(guān)功耗是主要因素。然而,隨著(zhù)工藝技術(shù)發(fā)展到納米工藝水平時(shí),泄漏電流造成的功耗將會(huì )大大地增加,在某些65 nm工藝中,泄漏電流大小已經(jīng)達到接近動(dòng)態(tài)電流的水平。
2.4 存儲器功耗
存儲器是SoC系統的重要組成部分。隨著(zhù)視頻、音頻等多媒體芯片上存儲應用的迅速發(fā)展,存儲系統功耗日益增加,已經(jīng)成為SoC系統功耗的重要組成部分。由于在SoC系統設計中,要實(shí)現設計功能,往往需要對存儲器頻繁讀寫(xiě),這樣勢必會(huì )增加大量存儲器系統功耗,因此,需要研究可行的設計方案來(lái)降低由于存儲系統引起的功耗,以提高系統性能,保證系統能夠穩定工作。
3低功耗設計方法及實(shí)現
在SoC芯片設計流程的各個(gè)階段都需要進(jìn)行低功耗設計的分析,并采用合適的方法進(jìn)行低功耗設計。根據集成電路的設計流程由高到低具體包括體系結構級、電路級、寄存器傳輸(RTL)級以及門(mén)級與晶體管級設計。而在進(jìn)行低功耗設計之前,則首先要進(jìn)行功耗估計,從整體了解設計的功耗信息以及把握功耗優(yōu)化的效果。
3.1 功耗估計技術(shù)
功耗估計技術(shù)是進(jìn)行系統芯片功耗優(yōu)化的重要環(huán)節,設計過(guò)程中如果沒(méi)有對設計準確迅速的功耗估計,就無(wú)法把握所使用的功耗優(yōu)化技術(shù)的效果,低功耗設計也就無(wú)從談起。另外,通過(guò)功耗估計能盡早發(fā)現電路設計中存在的一些功耗問(wèn)題,從而盡量避免可能出現的由功耗問(wèn)題引起的重復設計。功耗估計的方法分為概率分析法和仿真分析法。
概率分析法可以快速估算功率,但精確度有限。目前使用較多的是基于矢量輸入的動(dòng)態(tài)仿真方法,即使用仿真工具利用綜合或是布局布線(xiàn)階段得到的門(mén)級網(wǎng)表進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真,得到電路的開(kāi)關(guān)活動(dòng)性信息,再進(jìn)行反標,然后根據工藝庫的數據從而得到具體功耗。利用動(dòng)態(tài)仿真方法進(jìn)行功耗分析的關(guān)鍵因素有兩個(gè):一是要能夠提供合適的輸入信號矢量;二是需要足夠長(cháng)的時(shí)間進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真以確保其覆蓋率。
3.2 體系結構級設計
進(jìn)行體系結構設計時(shí),首先可以利用并行處理的技術(shù),在不影響電路基本工作性能的基礎上盡量降低其工作頻率,從而大大降低功耗。其次,流水線(xiàn)技術(shù)也是降低功耗的重要途徑之一。其核心思想就是將系統中相同或者相似的一系列操作通過(guò)時(shí)間上串行,空間上并行的方式實(shí)現,其時(shí)空圖如圖3所示。
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圖中以五級流水線(xiàn)為例,運算總共分成完成時(shí)間近似相等的五個(gè)步驟,和之前相比,路徑長(cháng)度縮短為原來(lái)的,這樣,在一個(gè)時(shí)鐘周期t內,充放電電容變?yōu)樵瓉?lái)的。因此,在相同的電路速度下,可以采用較低的電源電壓來(lái)驅動(dòng)系統工作,從而降低了系統功耗。
3.3 電路級設計
通常在SoC電路設計中往往會(huì )包含較多的總線(xiàn),而總線(xiàn)一般都會(huì )給電路帶來(lái)長(cháng)連線(xiàn)、大電阻和大負載等效應。由此引起的功耗約占總功耗的15%～20%以至更高,因此電路總線(xiàn)的低功耗設計技術(shù)也成為SoC設計重點(diǎn)考慮的問(wèn)題之一。目前比較成熟的總線(xiàn)低功耗設計技術(shù)是減擺幅設計Vswing 。定義輸出電壓高電平為,那么跳變功耗表示如下:
Ps =AVCVswing f
由此可見(jiàn),降低Vswing 可以達到降低功耗的目的。
另外,電荷再循環(huán)總線(xiàn)結構(Charge Recycling Bus)是另外一種降低總線(xiàn)功耗的技術(shù),它把整個(gè)電勢差分成幾等份,利用總線(xiàn)各數據位電容上存儲的電荷電勢的變化來(lái)傳輸數據,其本質(zhì)上也是利用了減擺幅技術(shù)。
3.4 RTL級設計
3.4.1門(mén)控時(shí)鐘設計
門(mén)控時(shí)鐘是一種應用較為廣泛的低功耗設計技術(shù)。它是通過(guò)減少電路中冗余狀態(tài)翻轉,即讓一些暫時(shí)不工作的單元處于非觸發(fā)狀態(tài),當需要這些單元工作時(shí),再用使能信號進(jìn)行觸發(fā)。借助門(mén)控時(shí)鐘插入技術(shù)可以減小由于不必要的時(shí)鐘跳變而產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)功耗。如圖4所示,使用控制信號en來(lái)完成門(mén)控。門(mén)控后的時(shí)鐘信號gclk送到寄存器中。這樣,當en為“0”時(shí),該時(shí)鐘被關(guān)掉;en為“1”時(shí),clk被傳送給gclk,寄存器正常工作。
在實(shí)際的設計過(guò)程中,可以借助DC中Power Compiler工具中的相關(guān)命令,實(shí)現門(mén)控單元的插入。
3.4.2 操作數隔離
操作數隔離主要是針對系統中的算術(shù)、邏輯運算模塊進(jìn)行低功耗設計,其核心思想是增加額外的數據選擇器,通過(guò)控制選擇器的使能端,在不需要進(jìn)行算術(shù)以及邏輯運算時(shí),使這些模塊的輸入保持為“0”,從而不讓操作數進(jìn)來(lái),輸出結果不會(huì )翻轉;而如果需要進(jìn)行這方面的運算時(shí),再將它們打開(kāi)。
如圖5所示為利用操作數隔離設計一個(gè)簡(jiǎn)單加法器的例子。當系統不需要加法運算的時(shí)候,adder_en信號為“0”,則加法器的兩個(gè)輸入端都保持“0”,其輸出不會(huì )發(fā)生任何翻轉,不會(huì )產(chǎn)生動(dòng)態(tài)功耗,而如果需要進(jìn)行加法運算時(shí),adder_en變成“1”,數據端a,b信號被送入加法器進(jìn)行加法運算。
3.4.3 存儲器分塊訪(fǎng)問(wèn)
一個(gè)系統中往往需要引入片上存儲器,用來(lái)存儲特定的指令集或運算的中間結果,而片上存儲器的加入則會(huì )引起功耗的增加。如前所述,SoC設計中存儲器帶來(lái)的功耗已經(jīng)越來(lái)越不容忽視,必須采用適當的設計方法降低存儲器的功耗。
存儲器分塊訪(fǎng)問(wèn)方法是指根據電路中存儲器的工作情況,將系統所需要的一定容量的存儲器分成相同容量大小的兩塊或多塊,然后通過(guò)適當的片選譯碼實(shí)時(shí)決定哪片存儲器處于工作狀態(tài)。當然,利用這一方法降低功耗的同時(shí)也會(huì )不可避免的增加芯片的面積,因此設計中要權衡考慮。
3.5 門(mén)級與晶體管級設計
門(mén)級與晶體管級是在芯片功耗、性能之間進(jìn)行折中的最直接的設計層次。在門(mén)級設計階段,主要方法是將節點(diǎn)翻轉率比較高的邏輯門(mén)合并到復雜的門(mén)電路中,從而降低節點(diǎn)的等效電容,以達到降低功耗的目的。另外,邏輯門(mén)驅動(dòng)能力大小的選擇也會(huì )影響到功耗,一般盡量選擇節點(diǎn)電容較小的邏輯門(mén)以降低功耗,但這樣做也可能會(huì )對電路的時(shí)序產(chǎn)生相應影響。
晶體管級設計階段,一般采取先進(jìn)的制造工藝來(lái)降低功耗。比如,采用更小的晶體管特征尺寸使電路負載電容減小,從而使電路的開(kāi)關(guān)功耗隨之減小。另外還可以采用低閾值電壓器件降低功耗,由于高閾值電壓可以有效地減少電路的亞閾值漏電流功耗,減小閾值電壓會(huì )導致靜態(tài)功耗呈指數級增加。因此,可以在電路的非關(guān)鍵路徑上采用高閾值電壓的邏輯器件,在關(guān)鍵路徑上采用低閾值電壓器件以取得電路性能和功耗的折中。
4 總結
隨著(zhù)工藝的發(fā)展,芯片集成度的規模與日俱增,單一SoC芯片的功耗也逐漸達到讓人難以接受的
(下轉第46頁(yè))
程度。功耗問(wèn)題在深亞微米及納米工藝條件下系統設計中的瓶頸效應日益加劇,低功耗設計也成為新一代SoC設計方法學(xué)的重要內容。低功耗設計貫穿于SoC設計的各個(gè)層次中,從最頂層的體系架構設計到最底層的晶體管級設計,都有低功耗設計思想的體現。
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低功耗設計論文范文第2篇
關(guān)鍵詞 輸配電；
電能損耗；
分配方法
中圖分類(lèi)號 TM 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)012-0099-01
當今世界，電力工業(yè)的改革使傳統壟斷的電力行業(yè)向開(kāi)放化、競爭化轉變。開(kāi)放、公平的輸電網(wǎng)絡(luò )是電力市場(chǎng)公平競爭的必要條件。輸配電系統在正常運行的同時(shí)，輸電產(chǎn)生的電能損耗占到整個(gè)輸電量的5%-10%，配電量的電能損耗更是達到一定規模。在公平競爭的電力市場(chǎng)環(huán)境下，需要將這些電能損耗公平的分配給所有的輸配電網(wǎng)的用戶(hù)。而如何公正合理的分配，在近年來(lái)引起了國內外學(xué)者的廣泛關(guān)注，成為電力市場(chǎng)研究的熱點(diǎn)。
1 輸配電系統電能損耗的產(chǎn)生原因分析
輸配電系統的電能損耗是指輸電系統和配電系統運行過(guò)程中產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò )損耗電量的總稱(chēng)。電能損耗的種類(lèi)主要有技術(shù)損耗和管理?yè)p耗兩部分組成。管理?yè)p耗量不好估計，是有輸配電企業(yè)的人為或管理因素造成的，需要通過(guò)完善管理體制較少損耗。本文探討的主要指技術(shù)損耗，輸配電系統的電能技術(shù)損耗主要包括輸電線(xiàn)路的損耗和變壓器的損耗，根據損耗是否變動(dòng)，又可以分為由于線(xiàn)路和變壓器串聯(lián)阻抗產(chǎn)生的變動(dòng)損耗和與電壓有關(guān)的固定損耗。
1.1 線(xiàn)路功率損耗
電力線(xiàn)路的電能損耗為相應的功率損耗與時(shí)間的乘積，線(xiàn)路的功率損耗與輸電電路的有功功率的平方、無(wú)功功率的平方，線(xiàn)路線(xiàn)阻和輸電電壓有關(guān)。其中，有功功率和無(wú)功功率的平方和越大，線(xiàn)路線(xiàn)阻越大，功率損耗越大，輸電電壓越高，功率損耗越小。具體關(guān)系可以用以下公式表示：
其中：ΔPL指線(xiàn)路功率損耗；
P1和Q1分別表示有功功率和無(wú)功功率；
U1表示輸電電壓；
R為線(xiàn)路線(xiàn)阻。
1.2 變壓器功率損耗
變壓器的功率損耗由于有雙繞組變壓器、三繞組變壓器等種類(lèi)不同，計算功率損耗的公式也不盡相同。由于電力傳輸過(guò)程中，有功功率和無(wú)功功率都造成功率損耗，因此在配電變壓器過(guò)程中，功率損耗也可以分為有功損耗和無(wú)功損耗。變壓器的功率損耗與功率因素成反比，與變壓器的空載損耗、負載損耗、空載電流百分比、阻抗電壓百分比成正比。
已知輸配電線(xiàn)路的功率損耗ΔP后，一段時(shí)間內的電能損耗即為從時(shí)間0到t上對于功率損耗的定積分，表示為：
2 輸配電系統電能損耗主要分配方法
輸配電系統電能損耗的分配一直是國內外學(xué)者研究的熱點(diǎn)之一，從算法上看，主要分為潮流追蹤和分配系數兩大類(lèi)。目前，主要的分配方法有比例分配法、分配系數法、功率分解方法、基于博弈理論的Shapley值法等。
2.1 直接比例分配法
比例分配法是目前電能損耗分配最常用的方法之一，是將輸電網(wǎng)分為若干節點(diǎn)，按照每個(gè)節點(diǎn)的發(fā)電負荷有功大小的比例分配。按比例分配的方法沒(méi)有考慮負荷在輸電網(wǎng)中的相對位置和無(wú)功對耦合影響和交易間的作用，并且需要專(zhuān)人指定相應的發(fā)電和負荷比例。
2.2 分配系數法
邊際網(wǎng)損系數法是分配系數法的典型方法，是根據注入功率的單位變化引起的全部輸配電網(wǎng)的網(wǎng)損變化量的大小來(lái)對各個(gè)節點(diǎn)進(jìn)行電能損耗的分攤。該方法基于監測和靈敏度分析，同時(shí)考慮到了有功功率和無(wú)功功率對網(wǎng)絡(luò )損耗的影響。
2.3 功率分解法
功率分解的潮流算法是將不同電源在同一線(xiàn)路流經(jīng)的功率以及產(chǎn)生的功率損耗進(jìn)行分解。這種分解基于電網(wǎng)的總損耗表達式或者支路的損耗表達式，結合按照電路定理推導的阻抗或導納矩陣方程，進(jìn)一步計算損耗的分解表達式。在數學(xué)上，這種分配不是唯一的。
2.4 基于博弈理論的Shapley值法
基于博弈理論的Shapley值法不同于以往的分配方法，這種方法不僅僅基于電路理論，而是被賦予了新的經(jīng)濟學(xué)意義。它從市場(chǎng)競爭的角度將各個(gè)交易對輸配電網(wǎng)電能損耗的影響平等地考慮在內，分配結果不考慮交易追加次序和電網(wǎng)功率因數，因此可以適用于任意功率因數和任意交易次序的輸配電網(wǎng)絡(luò )，有很好的應用前景。但方法的缺點(diǎn)在于需要計算各個(gè)交易模式下的潮流，計算的工作量大，隨著(zhù)計算技術(shù)的發(fā)展，這一難題有望得到改進(jìn)。
通過(guò)對現有的分配方法進(jìn)行總結，在我國現代的損耗分配中普遍存在著(zhù)以下問(wèn)題。使用比例分配法的，需要指定專(zhuān)人對電源和負荷的分配比例，在復雜的電力市場(chǎng)模式下就難以適用?；陔娐防碚撏茖У姆峙湎禂捣ê凸β史纸夥?，在市場(chǎng)競爭條件下缺乏相應的經(jīng)濟學(xué)意義，而具有經(jīng)濟學(xué)意義的博弈論的分配方法又有計算量大的缺點(diǎn)。如何進(jìn)一步匯總各種分配方法的優(yōu)點(diǎn)，開(kāi)發(fā)合理科學(xué)可行的分配方案，是輸配電系統的電能損耗分配的研究趨勢。
3 對降低輸配電網(wǎng)電能損耗的建議
通過(guò)對輸配電網(wǎng)的電能損耗的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，可以得出減少電能損耗，就是要減少輸電線(xiàn)路中的損耗和變壓器的損耗。降低電能損耗的具體工作可以從以下幾個(gè)方面開(kāi)展。
3.1 加強輸配電網(wǎng)升壓和設備改造
在分析電網(wǎng)的電能損耗產(chǎn)生原因時(shí)已知，電能損耗的產(chǎn)生與電壓成反比，與電阻成反比。因此，要降低電能損耗，可以對配電網(wǎng)進(jìn)行升壓改造，如將6 kV改造為10 kV供電電壓，將35 kV變電站（所）改造為110 kV或220 kV變電站等。更換原有的小截面導線(xiàn)，在經(jīng)濟條件允許的情況下?lián)Q成大截面的導線(xiàn)，從而使線(xiàn)路電阻變小，降低網(wǎng)絡(luò )電能損耗。采用節能變壓器，節能的型配電變壓器的有功、無(wú)功需求均小于一般變壓器，從而使變壓器部分的功率損失降低。
3.2 優(yōu)化輸配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )結構
科學(xué)合理的電網(wǎng)結構，對于降低電能損耗至關(guān)重要。一個(gè)設計理想，結構優(yōu)化，布局合理的輸配電網(wǎng)絡(luò )，可以提高整個(gè)電網(wǎng)的運行效率，減少不必要的電能輸送，降低電能損耗。主要措施可以有在設備選型方面，選擇與負荷側適當超前的設計，變壓器的位置盡量處在負荷中心以縮短供電半徑，針對農村和城區選擇不同的電源點(diǎn)配置方式，在接線(xiàn)是盡量多采用輻射式的接線(xiàn)方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )架設，避免采用單邊供電的接線(xiàn)方式等。
4 結束語(yǔ)
電力產(chǎn)業(yè)改革過(guò)程中，輸配電系統的電能損耗問(wèn)題一直是國內外學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。本文在分析了電能損耗的主要產(chǎn)生原因的基礎上，對現有的電能損耗分配方法進(jìn)行了分析，并提出了降低電能損耗的主要途徑，為輸配電企業(yè)進(jìn)行節能減排工作提供了一定的參考。
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低功耗設計論文范文第3篇
關(guān)鍵詞：輸配電系統，電能損耗，輸配電損耗，損耗分配
節能減排是我們國家的國策，各行各業(yè)都必須認真貫徹執行。降低電能損耗是電力部門(mén)的重要的工作，也是重要的經(jīng)濟指標。本文通過(guò)對配電網(wǎng)主要電能損耗設備的電能損耗計算，闡述了如何降低配電網(wǎng)的電能損耗。
1.電能損耗的計算
配電網(wǎng)的電能損耗主要包括配電線(xiàn)路和配電變壓器的電能損耗兩部分。對供配電系統電能損耗的理論計算是降低電能損耗、加強電能管理的重要手段。通過(guò)計算能夠對降低電能損
耗工作提供理論和技術(shù)依據。
1.1輸電線(xiàn)路電能損耗
電力線(xiàn)路的運行狀況和線(xiàn)路的電能損耗隨時(shí)間而變化，如一年內某一條線(xiàn)路的電能損耗，即是若干更短時(shí)間段內電能損耗的總和，由電能損耗計算公式可以看出線(xiàn)路的電能損耗與輸電線(xiàn)路的有功功率、無(wú)功功率的平方、線(xiàn)路電阻成正比關(guān)系，與輸電電壓的平方成反比關(guān)系。
1.2變壓器電能損耗
在電力傳輸過(guò)程中，有功功率和無(wú)功功率都造成功率損耗，因此，配電變壓器的電能損耗也包括有功損耗和無(wú)功損耗兩部分。變壓器的電能損耗與變壓器的空載損耗、負載損耗、空載電流百分比、阻抗電壓百分比成正比，與功率因數的平方成正比。
2.輸配電損耗分配方法
輸電網(wǎng)損耗的分配，近年來(lái)引起了國內外學(xué)者的關(guān)注。免費論文。已有的研究綜合起來(lái)可以分為以下幾類(lèi)：
2.1比例分配法，思想簡(jiǎn)單，是最常用的方法之一
它將輸電網(wǎng)損耗按節點(diǎn)發(fā)電或負荷有功大小成正比分配。沒(méi)有考慮發(fā)電和負荷在電網(wǎng)中的相對位置，沒(méi)有考慮無(wú)功對損耗的禍合影響和交易間的相互作用，要人為指定分配給發(fā)電方和負荷方損耗的比例。
2.2 MW-MileMethod（簡(jiǎn)稱(chēng)MWM法）
它基于DC潮流求各交易引起的線(xiàn)路功率，按與被傳輸功率的大小和路徑長(cháng)度的乘積成正比分配電網(wǎng)損耗。它只在一定程度上彌補了比例分配法無(wú)法計及電網(wǎng)結構的缺陷。因此，沒(méi)有考慮無(wú)功潮流對損耗的影響，也沒(méi)有考慮交易之間的禍合作用。
2.3 微增損耗法（Incremental TransmissionLoss Meth-ods，簡(jiǎn)稱(chēng)ITL法）
由于ITL在電力系統經(jīng)濟運行中的應用由來(lái)已久，因此是一種被廣泛接受的方法。其中基于最終潮流解的ITL以邊際微增系數）求得的損耗分配結果通常會(huì )導致收益盈余口，因此需要做規范化處理以確保收支平衡，同時(shí)這種分配方法不具有唯一性?；贗TL積分給出了將損耗分配給Pool中的發(fā)電和負荷方的方法，采用分散平衡節點(diǎn)來(lái)消除計算結果對平衡節點(diǎn)的依賴(lài)性，但需要人為指定負荷分配系數與損耗供給系數，當損耗同時(shí)分配給Poof中的發(fā)電機和負荷時(shí)還需要指定兩者的分配比例。
2.4功率分解法（Power DecompositionMethods，簡(jiǎn)稱(chēng)PD法）
基于電網(wǎng)總損耗表達式或支路總損耗表達式，結合阻抗或導納矩陣方程（即按電路定理所得的方程）進(jìn)行推導，以求取以交易有功或發(fā)電有功或負荷有功為變量的損耗分解表達式。注入功率著(zhù)手分解有功注入，得到了有功注入的總和（總損耗）與節點(diǎn)阻抗矩陣及節點(diǎn)注入電流的關(guān)系，從而得到將各節點(diǎn)注入功率分解為損耗和負荷的兩個(gè)分量，數學(xué)上這種分解是不唯一的。配電網(wǎng)損耗分配方法原則上與輸電網(wǎng)損耗分配方法相似，但配電網(wǎng)有它的特殊性，對配電網(wǎng)損耗分配的研究，目前國內國際研究較少。歸結起來(lái)，現有損耗分配研究中存在的問(wèn)題有：1.分配比例問(wèn)題。上面各種方法不能將輸電損耗同時(shí)、自然地分配給電網(wǎng)中的所有電源和負荷，都必須指定電源和負荷的網(wǎng)損分配比例，難以適應含有Pool.和Bliateral交易的任意復雜的電力市場(chǎng)模式。2．基于電路方程推導的方法對平衡節點(diǎn)的選取具有依賴(lài)性，且平衡機不分配損耗；
它們缺乏經(jīng)濟學(xué)意義。3．反向潮流與分配負損耗問(wèn)題。在電力系統輸電網(wǎng)絡(luò )中，市場(chǎng)中的任何一個(gè)交易都會(huì )產(chǎn)生損耗，但在某些情況下，某交易的存在實(shí)際上卻減少了系統總的輸電損耗，原因是這一交易在系統中某些線(xiàn)路上所引起的潮流與這些線(xiàn)路的主導潮流的方向相反。反向潮流是電力系統中的一種客觀(guān)存在，交易的最終輸電損耗分配結果中應當反映引起反向潮流的作用。免費論文。是否真實(shí)地反應交易提供反向潮流的情況是評價(jià)輸電損耗分配方法是否合理的一個(gè)重要因素，反向潮流的存在，損耗分配結果就有可能出現負值的情況，究竟是否應該給引起反向潮流的交易分配負損耗沒(méi)有明確的說(shuō)法。
3.減少網(wǎng)絡(luò )電能損耗措施
減少電能損耗，就是減少線(xiàn)路和變壓器中的電能損耗，具體措施如下：1．使無(wú)功功率合理分布，無(wú)功功率在電網(wǎng)中的傳輸，會(huì )使功率和電能的損耗都增加，導致電壓下降，因此應在受電區域裝設一定數量的無(wú)功功率補償設備。目前有借助電子計算機進(jìn)行無(wú)功功率計算來(lái)實(shí)現無(wú)功功率經(jīng)濟調度和隨機補償的，應用比較普遍。2．合理選用電力變壓器和使之經(jīng)濟運行，電力變壓器的容量不得過(guò)大。免費論文。否則，變壓器空載或輕載運行，會(huì )消耗較大的無(wú)功功率。而這些無(wú)功功率是由電力系統供給的，既增加了初次投資，也使功率因數降低，電網(wǎng)損耗增加，因此必須合理選用電力變壓器的容量。選擇的原則是：（1）既要考慮變壓器的額定容量足以滿(mǎn)足全部用電負荷的需要，又不使變壓器長(cháng)期過(guò)載運行，同時(shí)在能耗最小的情況下使變壓器經(jīng)濟運行。因此，變壓器的容量不宜過(guò)大或過(guò)小。裝有兩臺和兩臺以上變壓器的變、配電所，應考慮有一臺變壓器發(fā)生故障時(shí)，其余變壓器能滿(mǎn)足一、二級負荷的需要；
（2）選用的變壓器，其容量等級應盡量少，以達到運行靈活、維修方便和減少變壓器臺數的目的；
（3）變壓器的經(jīng)常負荷以大于其額定容量的60％為宜。3．減少電壓變換次數每進(jìn)行一次變壓，大致要消耗1%～2％的有功功率，所以應盡量減少變壓次數。4．合理布設線(xiàn)路，在輸、配電線(xiàn)路的布局方面，應避免對負荷重復或迂回曲折布線(xiàn)，以減少線(xiàn)路中的電能損耗，變壓器應盡量放在負荷中心。
4.結語(yǔ)
輸、配電損耗分配是電力市場(chǎng)理論研究的一個(gè)重要內容。因為降低電能損耗也就是節約了電能，既為國家的節能減排工作做出了貢獻，也為企業(yè)降低了生產(chǎn)成本。降低電能損耗不但是電力部門(mén)的一項工作，也成為部分擁有自己配電網(wǎng)絡(luò )的各行業(yè)的當務(wù)之急，隨著(zhù)國家節能減排工作的不斷推進(jìn)，必須堅持降低電能損耗。不斷采用新技術(shù)，利用配網(wǎng)自動(dòng)化，數據無(wú)線(xiàn)遠傳等先進(jìn)技術(shù)，提高配電網(wǎng)降低電能損耗的管理水平，爭創(chuàng )企業(yè)更大效益。
參考文獻：
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低功耗設計論文范文第4篇
【關(guān)鍵詞】建筑電氣節能；
技術(shù)；
措施；
分析；
探討
【中圖分類(lèi)號】TU85
【文獻標識碼】A
【文章編號】1672—5158（2012）10-0339-01
目前，建筑電氣節能技術(shù)的應用已形成了一系列規范化的體系。因此，研究在不降低建筑功能標準的前提下，通過(guò)合理配置電氣設備，選擇節能的電氣原件、提高設備利用效率等方式是提高現代建筑電氣節能效率是很有必要的。
1 現代建筑電氣節能相關(guān)理論
1.1 現代建筑節能技術(shù)基本概念建筑節能技術(shù)起源于20世紀70年代，主要原因是能源危機在世界范圍內的蔓延，導致建筑節能技術(shù)研究在全世界全面展開(kāi)，而通過(guò)節能設計和降低建筑自身能耗達到節能效果也被逐漸被認同和確信?，F代建筑節能技術(shù)就是在充分滿(mǎn)足、完善建筑物功能要求的前提下，通過(guò)對建筑物的冷熱源系統、空調系統、送排風(fēng)系統、供配電系統、給排水系統、電梯、照明等機電設備進(jìn)行實(shí)時(shí)監視和優(yōu)化管理，提高設備利用率和管理水平，使設備始終處于最佳運行狀態(tài)，減少不必要的浪費，從而達到有效節約電能的目的。
1.2 現代建筑能耗的主要來(lái)源調查及統計資料顯示，現代建筑能耗占據全社會(huì )能耗的27％，成為節能減排的新重點(diǎn)。通過(guò)分析建筑能源的消耗發(fā)現，能耗主要產(chǎn)生在如下幾個(gè)方面：
1.2.1 現代建筑中的電力變壓器能耗根據建筑的規模和功能不同，現代建筑中都需要選擇不同類(lèi)型、規格、數量的變壓器，統計顯示，發(fā)變電系統中，變壓器電能損耗占總發(fā)電量的10％，同時(shí)，變壓器的損耗占建筑電能線(xiàn)損的50％，變壓器的損耗主要包括有功功率損耗、無(wú)功功率損耗、綜合功率消耗三種類(lèi)型。因此，研究節能型變壓器，提高變壓器的運行效率和經(jīng)濟性，對降低建筑物電氣能耗是十分重要的。
1.2.2 現代建筑中電力電纜的能耗由于電線(xiàn)內部電阻的緣故，電力在傳輸過(guò)程中會(huì )以熱的形勢消耗一部分，這部分能耗與電纜的長(cháng)度、電力的傳輸距離、線(xiàn)纜的型號、品牌、導體截面等直接相關(guān)，因此，在綜合考慮線(xiàn)纜的造價(jià)成本、施工成本與節能效率的前提下，可有效減低建筑能耗。
1.2.3 現代建筑中照明部分的節能資料統計顯示，我國電力消耗中的1／6是被照明消耗的，提高照明系統的能效水平無(wú)疑將較大幅度降低照明能耗。建筑照明節能的原則就是在保證照明質(zhì)量的情況下，通過(guò)照明節能設計，充分利用自然光、太陽(yáng)能等一系列手段，減少建筑照明中的能量消耗。
2 現代建筑電氣節能措施
2.1 對建筑電氣系統的優(yōu)化設計在建筑電氣系統設計時(shí)，要根據各項電氣系統的區別進(jìn)行電氣負荷計算和電氣節能設計。在設計前，設計人員要深入現場(chǎng)，詳細了解建筑自然環(huán)境、日照、光照條件等因素，加強與業(yè)主的溝通，仔細了解業(yè)主對建筑照明的要求，本著(zhù)以人文本的原則，綜合建筑物功能、結構、環(huán)境等方面的因素，選擇最佳的技術(shù)和最優(yōu)的技術(shù)方案，同時(shí)，設計人員要加強學(xué)習和溝通，及時(shí)掌握最新的節能技術(shù)，并將其應用到電氣節能設計當中。對電氣設計成果要引入第三方的檢查和審核機構，對圖紙的科學(xué)和合理性進(jìn)行審核，提高圖紙的設計質(zhì)量水平。
2.2 合理選擇建筑用變壓器為降低變壓器的有功功率損耗，提高變壓器運行效率，降低變壓器的總體能耗，必須綜合考慮變壓器的型號、規格、數量等參數以及工程前期投資的成本，科學(xué)合理的選擇變壓器，以降低建筑的整體能耗。首先，在配電側應采用環(huán)形供電網(wǎng)絡(luò )，在運行側應采用并聯(lián)的方式應對建筑用電荷載的季節性的變換；
其次，在晝夜用電變化大建筑中，變壓器應非晶態(tài)合金得鐵芯，該類(lèi)型同容量變壓器可降低80％的電力損耗；
第三，應根據負載選擇變壓器的負載率保持較高，在實(shí)際應用中發(fā)現，變壓器負載率在75％-85％為時(shí)，其投入和產(chǎn)出比價(jià)格，既能有效的節能，同時(shí)也保證變壓器的投入不會(huì )浪費；
最后，盡量選用大容量的變壓器，使變壓器在運行時(shí)的負載率盡可能接近最佳負載率是提高變壓器的技術(shù)經(jīng)濟效益和搞好變壓器節能的根本性措施。
2.3 合理選擇電線(xiàn)和電纜供電方式和線(xiàn)纜截面積是影響建筑內部線(xiàn)纜電力消耗的兩大直接因素，實(shí)驗表明，4％的輸入電能在線(xiàn)纜環(huán)節被消耗，在電能通過(guò)線(xiàn)纜傳輸過(guò)程中，會(huì )產(chǎn)生有功功率和無(wú)功功率的損耗，因此，除了選用電阻率較小的銅芯導線(xiàn)做線(xiàn)纜外，還要從以下幾個(gè)方面降低電線(xiàn)和電纜的電能損耗：首先是要減小建筑總線(xiàn)纜的使用長(cháng)度，線(xiàn)路設計盡量點(diǎn)到點(diǎn)，走直線(xiàn)，同時(shí)避免線(xiàn)路走回頭線(xiàn)。變壓器的設計安放位置應盡量位于建筑的中心，使得從變壓器到各個(gè)負載的距離均最短，高層建筑的低壓配電間應盡量位于豎井附近，保證配電問(wèn)到干線(xiàn)的距離最短，不會(huì )出現回頭線(xiàn)；
其次需要增大導線(xiàn)的截面積。在綜合計算經(jīng)濟效益和節能效率的情況下，設計選用的長(cháng)線(xiàn)路當增加一級截面所增加的線(xiàn)纜成本可通過(guò)增加后建筑解決在三年內平衡時(shí)，可將滿(mǎn)足載流量、熱穩定、保護的配合及電壓損失所選定的截面再加大一級。
2.4 建筑用電動(dòng)機節能的途徑建筑用的電動(dòng)機主要是風(fēng)機、水泵等為建筑提供整體通風(fēng)和高層輸水的電動(dòng)設備，根據建筑的功能不同，該部分設備的耗能比也有很大的區別。資料顯示，高層星級酒店水泵的耗電量占總耗電量的30％左右。因此，降低該部分的能耗也是很有必要的。首先在電動(dòng)機的選擇是要高效率的電動(dòng)機，以提高電動(dòng)機的工作效率和功率因數；
其次，要根據荷載的負荷特性，使得電動(dòng)機的運行于電動(dòng)機的負荷特性相匹配，保證電動(dòng)機的工作效率；
第三選用軟起動(dòng)器的電動(dòng)機設備，軟啟動(dòng)器在電動(dòng)機啟動(dòng)過(guò)程中啟動(dòng)平穩，啟動(dòng)后可保證設備全壓投入運行，可有效降低能耗，提高電能的轉化效率和設備的使用效率。
2.5 提高功率因數在建筑電氣設計中，對于容量超過(guò)10kw的大型設備和供電距高在20m的情況下，應采用就地補償方式，選用就地補償裝置以減少無(wú)功功率流動(dòng)引起的損耗。對直流設備的供電和勵磁，應采用硅整流或晶閘，空載率大于50％的電氣設備，應安裝空載斷電裝置，降低不必要的電能損耗，對連續運行的大型電氣設備，應安裝空載自?？刂蒲b置，大型非連續運轉電氣設備，宜采用電動(dòng)調節風(fēng)量、流量的自動(dòng)控制方式，以節省電能。
2.6 合理選擇節能光源節能光源的選擇是最直接也最明顯也最方便的建筑節能措施，資料統計顯示，熒光燈的發(fā)光效率是白熾燈的4-5倍，壽命是白熾燈的7-8倍，而且具有結構簡(jiǎn)單、光效高、發(fā)光柔和、壽命長(cháng)、無(wú)頻閃和無(wú)電磁輻射等優(yōu)良性能，在現代建筑中得到廣泛的應用，對提高建筑的節能效率起到重要的作用。同時(shí)高壓汞燈、高壓鈉燈、高顯鈉燈、金屬鹵化物燈等高強氣體燈近年來(lái)也在建筑中得到了廣泛的應用和普及，對減低建筑物能耗，提高電能利用效率起到了重要的作用。
低功耗設計論文范文第5篇
從這么多年從事通信網(wǎng)絡(luò )設計工作的經(jīng)驗中，筆者了解到傳統的核心網(wǎng)絡(luò )架構是相當復雜的，不僅一二級核心網(wǎng)絡(luò )層次多，而且大量的網(wǎng)元導致網(wǎng)絡(luò )復雜，整網(wǎng)能耗偏高。以筆者設計的機房為例：機房空間有限，服務(wù)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(xiàn)和設備布局的不合理，使機房無(wú)法實(shí)施更進(jìn)一步的節能降耗措施。因此建立綠色核心網(wǎng)絡(luò )勢在必行。建立綠色核心網(wǎng)絡(luò )首先應該優(yōu)化核心網(wǎng)絡(luò )架構，實(shí)行網(wǎng)絡(luò )的扁平化管理，減少核心網(wǎng)中網(wǎng)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(wù)器，同時(shí)建立專(zhuān)業(yè)的機房散熱管理方案，如采用自下而上的回風(fēng)流方式提高冷風(fēng)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(shù)的供應商和運營(yíng)商，例如華為和Vodafone。他們擁有IP組網(wǎng)、分布式基站、先進(jìn)功放、智能電源管理、多載頻技術(shù)、統一架構等關(guān)鍵綠色技術(shù)。這樣設計的基站穩定性、可靠性高，功耗能夠得到進(jìn)一步優(yōu)化，而且更有利于網(wǎng)絡(luò )的平穩升級。
二、充分利用軟件技術(shù)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(shù)實(shí)現節能降耗也越來(lái)越重要。隨著(zhù)軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，其應用領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛，大到網(wǎng)絡(luò )轉型，小到CPU超頻。以筆者所在單位為例，通信網(wǎng)絡(luò )轉型的速度遠遠高于其他單位基礎設施的更新?lián)Q代，如果頻繁地對網(wǎng)絡(luò )轉型，將造成大量在線(xiàn)設備的退網(wǎng)淘汰以及更多的資源消耗，那么利用軟件技術(shù)提高現有網(wǎng)絡(luò )設備的工作效率，從而降低能耗也是非常重要的手段。通過(guò)對上網(wǎng)用戶(hù)在線(xiàn)時(shí)間的統計分析，全網(wǎng)在忙時(shí)和閑時(shí)網(wǎng)絡(luò )負荷變換最大，那么就可以通過(guò)軟件調整核心網(wǎng)絡(luò )設備的主頻，讓它隨網(wǎng)絡(luò )負荷變化，在閑時(shí)自動(dòng)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(zhù)通信產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，每年入網(wǎng)用戶(hù)日益增多，基站和設備間能夠利用的空間越來(lái)越小，設備密度也越來(lái)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(lái)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(lái)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(wǎng)絡(luò )設備來(lái)講，性能和功能無(wú)疑是最重要的，功耗降低會(huì )以性能的降低為代價(jià)。一般的情況下，為保證功能、性能、業(yè)務(wù)卡的數量和運行可靠，設備的功耗也會(huì )較大。這類(lèi)設備數量較少，放置位置的環(huán)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(gè)輔助的參考指標。
對于低端的網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)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(shí)際應用時(shí)只會(huì )用到它的部分功能，完全可以通過(guò)犧牲一些我們不需要的性能來(lái)?yè)Q取設備的功耗降低?，F在有一些接入層交換機因為自身功耗小，已經(jīng)實(shí)現了設備內部無(wú)風(fēng)扇，這類(lèi)產(chǎn)品就能很好地降低設備的功耗。對于低端網(wǎng)絡(luò )設備來(lái)說(shuō)，采購過(guò)程中會(huì )把功耗作為一個(gè)比較重要的指標來(lái)考慮
四、推崇綠色環(huán)保能源的使用
利用太陽(yáng)能和風(fēng)能等混合能源，可更好地保護環(huán)境，減少污染物排放。在有條件的地區充分利用太陽(yáng)能、風(fēng)能作為輔助能源，降低電能消耗，分解能源問(wèn)題。在北方城市，利用季節明顯，冬季日夜溫差較大的特點(diǎn)，優(yōu)化基站、核心機房、設備間的通風(fēng)設計方案和溫度控制方案，充分利用自然環(huán)境溫度實(shí)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(chǎn)業(yè)向著(zhù)更加綠色的方向發(fā)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(shù)上提高設備、能源的使用效率，減少不必要的損耗，以實(shí)際行動(dòng)來(lái)保護環(huán)境，推動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)持續健康發(fā)展。
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