通信基站用電負荷有效利用的綜合解決方案

郭 翔

（中國鐵塔股份有限公司江蘇分公司，江蘇 南京 210016）

1 現(xiàn)網(wǎng)中各類型移動通信基站用電負荷統(tǒng)計

現(xiàn)網(wǎng)移動通信基站一般由環(huán)境監(jiān)控、空調(diào)、傳輸設備、基站設備、照明和電源設備等組成。而電源設備主要由直流供電系統(tǒng)和交流供電系統(tǒng)組成。其中，交流供電系統(tǒng)主要由過電源保護裝置、市電油機轉(zhuǎn)換箱、備用移動式柴油發(fā)電機以及交流配電箱等構成。直流供電系統(tǒng)主要由蓄電池和組合開關電源組成。組合開關電源包含直流配電單元、交流配電單元等。直流供電系統(tǒng)將電能不斷提供給直流電源通信設備，而交流電源通信設備主要由UPS或者逆變器供電[1]。

本文將某城市基站數(shù)據(jù)作為本次研究的采集元素集合，其中現(xiàn)實通信用電負荷電流不小于50 A的基站數(shù)所占比重為1.5%，而大于75 A的基站數(shù)所占比例為0.2%。其中，宏基站是四網(wǎng)共站城區(qū)，通信用電負荷區(qū)間為50～75 A，而單網(wǎng)、雙網(wǎng)和三網(wǎng)共站城區(qū)通信負荷是10～50 A。此外，學校、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、縣城以及交通干線的宏基站通信用電負荷區(qū)間為20～45 A，室外一體化基站為10～30 A。伴隨通信持續(xù)、深入的改革，移動通信基站將與其他運營商展開合作，建設共宏站是大勢所趨?，F(xiàn)階段，仍有一些基站4G設備沒有電，因此電源容量需要以4G新增直流負荷為對象，預留20～30 A。

移動通信基站中，交流負荷不僅有傳射設備負載和無線負載，而且有照明、空調(diào)等負荷。根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)基站照明、空調(diào)和蓄電池組的具體配置，目前的交流負荷狀態(tài)見表1[2]。

表1 2組基站交流負荷情況

2 宏基站電源配置及相關優(yōu)化

2.1 城區(qū)單網(wǎng)、雙網(wǎng)與三網(wǎng)共站

通過系統(tǒng)化分析現(xiàn)網(wǎng)宏基站的實際用電負荷，可知無論是城區(qū)單網(wǎng)、雙網(wǎng)共站、三網(wǎng)共站，還是學校、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、縣城以及交通干線范圍內(nèi)的宏基站，傳輸設備與無線設備的最大負荷電流一般都不大于80 A/53.5 V。其中，無線設備負荷電流不大于75 A時，傳輸設備負荷電流一般維持在5 A。目前，為了保障該市在停電情況下傳輸設備與基站設備仍然保持正常、合理運行，基站高頻開關電源根據(jù)實際情況和需要，設置了有選擇性的二級電壓自動切斷裝置。如果蓄電池放電電壓達到第一級保護電壓，那么此時切斷基站設備的負荷，并且將蓄電池組設置為僅供電源設備傳輸。如果蓄電池放電電壓達到第二級保護電壓，那么切斷傳輸設備的供電，預防電池出現(xiàn)過放電的情況。大部分基站的外市電類型通常為三類市電。依據(jù)《通信電源設備安裝工程設計規(guī)范》中的相關規(guī)定及要求，蓄電池組對基站無線設備放電時間設定為3 h。此外，蓄電池組對基站傳輸設備放電時間設定為20 h。對蓄電池的容量而言，可根據(jù)式（1）進行計算：

式（1）中，Q表示蓄電池的額定容量；K代表安全系數(shù)（取值為1.25）；I1代表基站負荷電流（A）；I2表示傳輸負荷電流（A）；T1代表基站設備放電小時數(shù)（h）；T2表示傳輸設備放電小時數(shù)（h）；α表示電池溫度系數(shù)；t代表放電時，電解液所呈現(xiàn)出的最低溫度（℃），一般情況下，選取蓄電池安裝地的最低環(huán)境溫度；t0表示與蓄電池額定容量相對應的電解液溫度（℃），一般取值為25 ℃；η表示放電容量系數(shù)。

結(jié)合通信設備的負荷現(xiàn)狀，此類型的宏基站需要配置2組300 Ah的蓄電池組，且并聯(lián)使用。這樣不僅滿足規(guī)范中蓄電池組對無線設備的要求，而且滿足傳輸設備總小時數(shù)的要求。對其他比較重要的基站而言，比如負荷較大、位置偏遠的基站，可以根據(jù)現(xiàn)實情況和需求，合理增大蓄電池的容量。目前，已經(jīng)出現(xiàn)許多負荷電流不大于50 A/53.5 V的宏基站，且內(nèi)部同樣配置2組500 Ah的并聯(lián)蓄電池組。對于各種類型的基站而言，因為外市電條件較差，市區(qū)存在較多的停電次數(shù)，且停電時間較長，所以蓄電池充放電情況比較普遍。此外，這將造成現(xiàn)網(wǎng)基站蓄電池在總體容量方面所占比重下降，且下降速度較快。一些蓄電池甚至還未達到浮充使用壽命年限，便需要更換、改造，造成了嚴重的投資浪費。因此，宏基站需要根據(jù)現(xiàn)實情況，配置2組300 Ah的蓄電池且并聯(lián)使用，以滿足后備時間方面的具體需求。

對開關電源架的機架容量而言，依據(jù)遠期思想分析，組合開關電源架構體系中，整流模塊依據(jù)N+1冗余配置的基本原則，用式（2）計算主用整流模塊的實際數(shù)量：

式（2）中，I0表示新增設備負荷電流的基礎理論值；IBAT代表蓄電池組充電的實際電流；IREC表示單個整流模塊實際運作的容量。以此類型的宏基站通信設備在用電負荷方面的實際情況為參照，組合開關電源滿架的容量配置設定為400 A，便可滿足實際需求，而現(xiàn)網(wǎng)配置開關的電源滿架容量超過600 A時會偏大。此外，開關電源整流模塊的內(nèi)部設置了智能休眠模塊，實現(xiàn)了智能休眠的功能。分析上述數(shù)據(jù)可知，具體的交流負荷上，現(xiàn)網(wǎng)移動通信基站通常不大于15 kW。因此，宏基站的外市電交流電源需要引入15 kW的容量。

2.2 城區(qū)四網(wǎng)共站

設置在四網(wǎng)共站城區(qū)宏基站的傳輸設備與無線設備，最大負荷電流一般維持在105 A/53.5 V。其中，無線設備的負荷電流需要控制在100 A以內(nèi)，而傳輸設備的負荷電流一般控制在5 A。通常情況下，設置在四網(wǎng)共站城區(qū)的宏基站會配置2組400 Ah的蓄電池且并聯(lián)使用，以滿足后備總放電小時數(shù)方面的要求[3]。

3 電源供電系統(tǒng)的優(yōu)化

3.1 設置開關電源一、二次下電電壓

現(xiàn)網(wǎng)基站的直流負荷需要分級切斷，實現(xiàn)方式一般用采集蓄電池來輸出電壓。蓄電池通常會放電2～4 h，此時系統(tǒng)的電壓會明顯下降，需要采集輸出電壓。如果電壓持續(xù)下降且降至某個設定值時，切除無線設備負荷。此時，蓄電池傳輸設備繼續(xù)進行負荷放電。當蓄電池持續(xù)放電且達到終止電壓狀態(tài)時，切斷蓄電池輸出。需要注意，具體規(guī)范中沒有明確一次下電電壓設置值。目前，不同廠家設定的一次下電電壓設置值存在差異，勢必會影響無線設備的放電時間。因此，需要根據(jù)實際情況，結(jié)合蓄電池放電特性和基站直流負荷電流的大小，明確一次下電電壓的最佳值。

3.2 適當增加開關電源直流輸出分路數(shù)

各類基站中，無線設備需要占用許多開關電源一次下電直流輸出分路的個數(shù)。而一些運營商在標配產(chǎn)品中所配置的直流輸出分路數(shù)較少，尤其是一次下電分路的數(shù)量更少。因此，需要根據(jù)實際情況，酌情增加直流配電箱，擴充直流輸出分路個數(shù)。

4 結(jié) 論

綜上所述，移動通信基站的建設已經(jīng)有多年。早期建設的老站所配置的開關電源與蓄電池需要進行升級、替換。此時，需要與現(xiàn)網(wǎng)負荷相結(jié)合，核實電源系統(tǒng)配置，不能僅依據(jù)原有系統(tǒng)容量進行替換。本文通過系統(tǒng)化分析移動通信基站采集數(shù)據(jù)，總結(jié)目前現(xiàn)網(wǎng)基站負荷的特點，對各類基站中存在的比較突出的電源配置問題，制定具體的優(yōu)化對策，達到了節(jié)約基站通信電源系統(tǒng)供電性能的目的。