基于動力環(huán)境監(jiān)控大數(shù)據(jù)的蓄電池性能研究

黃 偉 中國鐵塔股份有限公司工程師

1 引言

電力保障是基站動力環(huán)境維護工作中最核心的部分，關(guān)系到基站各類設(shè)備能否穩(wěn)定運行，其中蓄電池供電是保證基站停電后在外市電供電與發(fā)電供電間平穩(wěn)過渡的重要環(huán)節(jié)。評估動力電池實際容量，獲得較為準確的電池續(xù)航時長，是充分、有效地利用儲備電能、保障通信設(shè)施正常運行、降低發(fā)電保障開支的重要前提。

現(xiàn)網(wǎng)蓄電池的性能評估面臨諸多難題：蓄電池型號眾多，入網(wǎng)年限、容量等資源數(shù)據(jù)靠人工錄入難免有誤差；保養(yǎng)水平、使用環(huán)境、放電次數(shù)等條件參差不齊，蓄電池性能下降情況各不相同；大多數(shù)基站不具備對蓄電池的直接監(jiān)控能力，不具備遠程核容功能，現(xiàn)場核容費時費力。因此，在實際運維工作中，對蓄電池的性能評估主要仍依賴一線維護人員的主觀經(jīng)驗，無法對全網(wǎng)蓄電池情況作出全面、準確的評估，導(dǎo)致發(fā)電判斷的準確性、蓄電池維保的精確性不足。

2 分析方法

2.1 評估原理

現(xiàn)網(wǎng)條件下，絕大多數(shù)蓄電池尚未安裝智能控制器或其他輔助監(jiān)控單元，無法直接獲取蓄電池相關(guān)數(shù)據(jù)，本方法利用鐵塔公司運維監(jiān)控系統(tǒng)中開關(guān)電源、動環(huán)監(jiān)控單元（FSU）等基站必須安裝的動環(huán)監(jiān)控設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，通過一定的計算方法，來評估蓄電池的續(xù)航能力、容量等性能。

本方法的核心思路是計算基站外市電停電與主設(shè)備退服的時間差，作為蓄電池的續(xù)航時長，來評估蓄電池性能，即圖1中時間T2—時間T1。其優(yōu)點是便捷性高、準確性高，通過后臺數(shù)據(jù)處理能快速評估蓄電池能力，且評估結(jié)果以站點實際情況為依據(jù)，數(shù)據(jù)可靠。

2.2 實施難點

本方法的應(yīng)用存在以下難點：

（1）測算范圍受限，僅能對發(fā)生過外市電停電的站點進行分析，未發(fā)生過的站點無法分析，通過對現(xiàn)網(wǎng)僅半年數(shù)據(jù)分析，約44%的基站發(fā)生過停電。

（2）若蓄電池連續(xù)放電，則對其性能評估易出現(xiàn)偏差，需要蓄電池對連續(xù)放電加以區(qū)分。

（3）從動環(huán)角度判斷設(shè)備退服，主要依據(jù)開關(guān)電源上報的一次下電告警，現(xiàn)網(wǎng)存在部分開關(guān)電源不具備一次下電功能，需要其他替代方式識別設(shè)備退服。

以上3個問題中，問題（1）考慮到蓄電池主要應(yīng)用在易停電基站，不易停電的基站對蓄電池依賴度較低，因此可以容忍。問題（2）、（3）則在具體分析方案上加以解決。

圖1 外市電停電后主要動環(huán)告警時間軸

2.3 測算方法

本方法在根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)測算電池容量的過程中引入了除停電告警、退服告警之外的多種停電關(guān)聯(lián)告警，以及對應(yīng)的電池放電直流電壓、直流電流數(shù)據(jù)作為綜合判斷依據(jù)，并考慮到連續(xù)停電對測算準確性的影響，設(shè)計相關(guān)算法計算更為全面、準確的評估蓄電池性能（見圖2）。

（1）非連續(xù)停電判斷。在連續(xù)停電的情況下，蓄電池未充分充電，則據(jù)此做出的測算無法反映蓄電池真實容量。因此，本方法中設(shè)置連續(xù)停電時間間隔門限，將本次停電發(fā)生距離上次停電結(jié)束時間過短的情況剔除。

（2）退服判斷。在停電期間，設(shè)備發(fā)生退服，則判斷為此退服數(shù)據(jù)無誤。

（3）退服（負載斷開）判斷。由于早期蓄電池的上級控制設(shè)備開關(guān)電源功能有限，可能無設(shè)備退服數(shù)據(jù)上報功能，但可上報伴隨退服產(chǎn)生的負載斷開告警，可認定蓄電池已停止向通信設(shè)備供電，但仍向監(jiān)控設(shè)備供電。因此，在停電期間，設(shè)備發(fā)生負載斷開，則判斷為疑似退服（負載斷開）。

（4）退服（監(jiān)控離線）判斷。停電后若未產(chǎn)生任何退服相關(guān)告警，但監(jiān)控設(shè)備發(fā)生離線，可認定蓄電池已停止向所有設(shè)備供電。因此，在停電期間，監(jiān)控設(shè)備發(fā)生離線，則判斷為疑似退服（監(jiān)控離線）。

圖2 本方法蓄電池容量測算流程圖

（5）退服（電壓不足）判斷。在停電期間，若未發(fā)生退服、負載斷開、監(jiān)控離線等告警上報，但電池電壓持續(xù)下降至無法正常工作的電壓，可認定為電池已到供電極限，蓄電池本應(yīng)在此時停止向通信設(shè)備供電。因此，在停電期間，電池電壓下降至規(guī)定門限值，則判斷為退服（電壓不足）。

（6）退服（電流陡降）判斷。在停生期間，若未退服、負載斷開、監(jiān)控離線等告警上報，且蓄電池電壓值缺失，但蓄電池電流在某一時刻發(fā)生陡降，達到預(yù)定門限，則可認定蓄電池已停止向通信設(shè)備供電。因此，在停電期間，電池電流陡降達到一定條件，則判斷為退服（電流陡降）。

（7）電池續(xù)航時長測算。在停電期間，若滿足（2）～（6）判斷條件的至少一類，則可統(tǒng)計計算停電發(fā)生時間與判斷滿足時間的時間差，得到電池續(xù)航時長。若同時滿足一類以上判斷條件，則以（2）～（6）從高到低做優(yōu)先級排序，選擇優(yōu)先級高的判斷滿足時間點。

3 現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用

通過對現(xiàn)網(wǎng)100多萬已監(jiān)控基站的分析，近半年內(nèi)共有44%的基站發(fā)生過外市電停電，6%的基站發(fā)生過退服，14%的基站可應(yīng)用本方法判斷為退服，進行蓄電池性能的測算（見圖3）。

如圖4所示，對現(xiàn)網(wǎng)可進行退服判斷的基站進行分析后：

（1）4%的基站蓄電池續(xù)航時長在30min以下，蓄電池性能已嚴重衰退，需要優(yōu)先整治。

圖3 基站停電、退服占比

圖4 蓄電池續(xù)航時長累積分布

（2）22%的基站蓄電池續(xù)航時長在0.5～3h之間，蓄電池性能已出現(xiàn)下降。

（3）48%的基站蓄電池續(xù)航時長在3～8h之間，蓄電池性能良好。

（4）26%的基站蓄電池續(xù)航時長在8h以上，需排查是否為重保站點或主設(shè)備尚未安裝，若非以上兩種情況，則存在蓄電池超配的情況。

根據(jù)本方法對電池續(xù)航能力的測算，若將測算結(jié)果續(xù)航不足3h的站址全部整治到續(xù)航3h水平，月平均站址退服時長可下降20%左右（見圖5）。

4 結(jié)束語

鐵塔公司運維監(jiān)控系統(tǒng)為全國統(tǒng)一的基站動力環(huán)境監(jiān)控平臺，運行3年以來，積累了海量的動環(huán)監(jiān)控數(shù)據(jù)。本文挖掘了各類動環(huán)設(shè)備數(shù)據(jù)與蓄電池性能的內(nèi)在聯(lián)系，闡述了一種通過判斷基站蓄電池是否實際發(fā)生了完全放電來測算其續(xù)航時長的方法，實現(xiàn)了對全網(wǎng)較長周期內(nèi)所有發(fā)生過退服的基站蓄電池性能評估。該方法無需檢測設(shè)備、無需測試耗時、對現(xiàn)網(wǎng)無影響、測算人工成本低，且具有廣泛的適用性，可為通信機房蓄電池管理工作提供有力的數(shù)據(jù)支撐，有效提升運維工作的精準作業(yè)水平。

圖5 依據(jù)本方法整治效果預(yù)測