通信基站智能化差異配電設計

[摘 要]隨著新一代信息技術的發(fā)展，配電網(wǎng)作為地區(qū)電網(wǎng)的“神經(jīng)末梢”，人工智能、大數(shù)據(jù)等技術在配電設計中的應用愈發(fā)深入，而通信基站作為信息傳遞的無線電收發(fā)信電臺，配電發(fā)揮著為基站提供可靠穩(wěn)定的電力供應的重要作用，可確?；镜恼＿\行和數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性。文章介紹了智能化差異配電的相關內(nèi)容，以某公司為例，基于運營商需求，結(jié)合實況分析了通信基站智能化差異配電設計，解決了基站閑時功耗大等問題，可滿足企業(yè)節(jié)能減排的發(fā)展需求。

[關鍵詞]差異化配電；通信基站；智能化設計

[中圖分類號]TN929.5；TM72 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2024）12–0056–03

Analysis of Intelligent Differential Distribution Design for Communication Base Stations

LI Jun

[Abstract]With the development of new generation information technology， as the \"nerve endings\" of regional power grids， the application of artificial intelligence， big data and other technologies in power distribution design has become increasingly deep. Communication base stations， as radio transceivers for information transmission， play an important role in providing reliable and stable power supply for base stations， ensuring the normal operation of base stations and the continuity of data transmission. The article introduces the relevant content of intelligent differential distribution， and takes a company as an example to analyze the design of intelligent differential distribution for communication base stations based on the needs of operators and the actual situation. It solves the problems of high power consumption during idle time of base stations and can meet the development needs of energy conservation and emission reduction for enterprises.

[Keywords]differentiated distribution； communication base station； intelligent design

1 智能化差異配電概述

根據(jù)通信基站內(nèi)多種設備的配電要求，部分5G通信基站存在低負載運行狀態(tài)，這帶來了很多不必要的功耗。以智能化技術為核心的差異配電實現(xiàn)的載體為智能配電設備，通過在同一基站和通信電源系統(tǒng)中，提供接觸與分斷供電功能，同時根據(jù)運營商業(yè)務需求，實現(xiàn)精準配電管理。在智能化差異配電模式下，可控制配電時長、電壓、電量，定時開關。而且，該技術體系可同時為多個運營商提供服務，面向多運營商共建共享基站與多網(wǎng)絡共址基站場景，可根據(jù)不同網(wǎng)絡的差異化需求，提供針對性極強的供電保障策略。同時，精準計量站點用電能耗及相關設備能耗，為精準電費分攤提供數(shù)據(jù)支持，運營商根據(jù)各方直流負載功耗比例即可完成計算，實現(xiàn)精準節(jié)能。

2 通信基站智能化差異配電設計實例

2.1 實例簡介

某公司現(xiàn)有存量基的電池數(shù)量較多，主要是因為時代的發(fā)展及電池產(chǎn)品的更新?lián)Q代，尤其在容量方面的提升，導致以往剩余的鉛酸電池組較多，而且，前幾年為了補充鉛酸電池容量，當時采購了大量體積磷酸鐵鋰電池，后續(xù)又采購了一批全新A品磷酸鐵鋰電池。但現(xiàn)有電池功用管理器對大部分有鉛酸電池配置的基站，無法實現(xiàn)恒壓（57 V）功能，要想使電池放電時升壓，需要將DCDU配置在AAU供電前端，這樣才能夠避免電池電壓較低時可能出現(xiàn)的各類問題，如AAU閃斷。該企業(yè)致力于為運營商提供電力保障服務，但若一直沿用當前基站的供電模式（存在電力中斷的免責時段），將發(fā)生“無效發(fā)電”情況。

另外，基站內(nèi)蓄電池循環(huán)次數(shù)有限，若超出次數(shù)，且為深度循環(huán)，將對電池造成較大質(zhì)量、性能損傷。所以，該企業(yè)對通信基站的差異配電設計需求之一在于智能監(jiān)控，做好免責時段的電池保護，節(jié)約不必要的運維成本，同時延長電池使用年限。此外，目前大量站點同時給多家電信運營商提供服務，同一個機房內(nèi)存在多家運營商設備，相應的，無論是配電設備還是開關電源供電，由多家共同使用。針對該情況，該企業(yè)對通信基站的差異配電設計需求之二在于精準節(jié)能，差異化備電，提供遠程管理定制服務。

2.2 結(jié)構(gòu)設計

該企業(yè)采用智能化差異配電設備的方式實現(xiàn)差異化備電，落實智能監(jiān)控與精準節(jié)能。智能化差異配電設備結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該企業(yè)充分調(diào)研5G備電業(yè)務，開發(fā)直流智慧空開。根據(jù)圖1可知，開關電源輸出端連接一體化配電單位輸入端，內(nèi)置的雙向DC/DC隔離模塊與電池相連接。內(nèi)置分戶管理模塊與運營商負載設備相連接，根據(jù)實際情況與需求可開展無線或有線的遠程監(jiān)控，針對運營商需求實施差異化備電管理，精準計量、節(jié)約能耗。

為保證設備的智能化水平，在AAU/RRU前端安裝直流智慧空開，智能關斷2G/3G/4G/5G。其中，5G可進行獨立發(fā)電管理，設備具備市電/油機區(qū)分檢測功能，按需供電智能關斷。設備上安裝的智慧空開具備定時通斷控制功能、免責時段通斷控制功能和按照備電時長/備電電量/備電電壓進行通斷控制的功能，運營商根據(jù)自身需求獨立設置即可。

在智能化差異配電設備結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，電池合路器處于獨立控制狀態(tài)，借助DC/DC雙向模塊輸入輸出隔離。使用前，相關人員通過面板操作配置參數(shù)確定合理范圍，然后登錄后臺實時查看其運行狀態(tài)即可。根據(jù)預設的參數(shù)及邏輯功能，實現(xiàn)針對化管理。不僅如此，在該設備結(jié)構(gòu)中，每個模塊均處于獨立設計與運行狀態(tài)，獨立配置不同種類、規(guī)格的電池，同時滿足單充、共充功放、單放等需求，在獨立隔離模塊的設計應用下，多端口間的環(huán)流問題得到有效規(guī)避。在共享站中，關于電池充放電過程的控制主要依賴同一套開關電源備電系統(tǒng)，即便電池容量不同、生產(chǎn)廠家不同、投入使用的時期不同，也不會出現(xiàn)并聯(lián)偏流問題。在該設備的作用下，該企業(yè)的存量電池資源得到充分利用，減少了資源閑置問題，同時促使基站電池模塊化疊加擴容。

2.3 功能設計

現(xiàn)階段，該企業(yè)面對的通信運營商需求為：①降本增效訴求。隨著5G業(yè)務的推出與使用規(guī)模的擴大，運營商在轉(zhuǎn)型發(fā)展過程中存在網(wǎng)絡投入與產(chǎn)出不匹配的問題。從目前基站情況來看，現(xiàn)有軟節(jié)能手段發(fā)揮的效果有限，尤其在極輕載等時段，且不同網(wǎng)絡系統(tǒng)的保障需求存在差異。②5G網(wǎng)絡無線頻率較高，相關設備在基站內(nèi)的布署密度較大，但無線主設備功率高，若隨意減量設備，將影響5G通信的覆蓋率，導致設備電費成本增加。③5G設備現(xiàn)用的休眠節(jié)能方案具有一定局限性，當通信網(wǎng)絡處于網(wǎng)絡狀態(tài)時，無法休眠節(jié)能，若在網(wǎng)絡閑時休眠，整體效果又不夠明顯。由此可見，智能化差異配電設備的功能設計需求是：實現(xiàn)精細化節(jié)能管控，遠程計量、下電，實時保持與運營商無線資源網(wǎng)關系統(tǒng)的通信、信息傳輸?shù)葼顟B(tài)，能夠遠程下達閑時關斷控制指令并完成。

為滿足運營商、該企業(yè)的經(jīng)營發(fā)展需求，智能化差異配電設備的功能設計可總結(jié)為：獨立發(fā)電管理，按需供電智能關斷；定時通斷控制功能、免責時段通斷控制功能；自動重合閘功能，故障情況下及時關斷基站供電保護后端設備；分用戶和分路電量計量功能，且可查詢；智慧空開具有多種操作模式，包括手動操作模式、自動操作模式與鎖定操作模式，主控回路依據(jù)場景采用交/直流微斷；定時及故障告警功能，實時記錄關斷和開啟事件，統(tǒng)計斷電時長，可以對每個基站設置費率依據(jù)斷電時長統(tǒng)計節(jié)能經(jīng)濟效益、報表輸出等；支持WEB訪問及手機App。為滿足上述需求、實現(xiàn)上述功能與服務，基于精細化分類的設備功能設計如下。

（1）智能開關與起租功能。根據(jù)受控分路，相關設備在運行前默認斷開鎖定狀態(tài)，待安裝、調(diào)試、配置、試運行均符合預期后，由該企業(yè)管理員根據(jù)業(yè)務及運營商需求起租接觸即將使用的分路的鎖定功能。當分路鎖定斷開時，斷電常閉功能將無法自動發(fā)揮作用，處于失效狀態(tài)，反之，則處于斷開狀態(tài)。

（2）計量開關。智能差異配電設備的計量功能主要依賴智能開關實現(xiàn)，具體包括電能計量、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、告警功能及事件記錄等。具體而言，電能計量主要通過精確的測量，可以為用戶提供準確的電費計算，確保公平合理的收費；采用先進的電子技術和智能控制芯片技術精準計量電能；在數(shù)據(jù)統(tǒng)計方面，智能差異配電設備能自動統(tǒng)計和計算電參量的平均值、需量等，提供更準確的用電數(shù)據(jù)。告警功能允許用戶設定電氣參數(shù)的越限值，當電參數(shù)超出設定范圍時，設備會發(fā)出告警信號，可以通過繼電器輸出或通訊網(wǎng)絡上傳至監(jiān)控中心，及時處理異常情況。

（3）檢測功能。在該企業(yè)中，智能化差異配電設備提供對站外相關設備發(fā)電狀態(tài)的檢測，主要是判斷有、無發(fā)電狀態(tài)，然后根據(jù)用戶購買的發(fā)電服務與要求設置相應的觸發(fā)條件，有效控制設備直流輸出的通斷狀態(tài)。

（4）遠程式的手動開關控制功能。采用現(xiàn)代通信網(wǎng)絡，如以太網(wǎng)、無線網(wǎng)絡等，將設備連接到遠程控制中心，相關人員可以通過遠程控制中心實現(xiàn)與設備之間的通信，進而實現(xiàn)對設備的遠程監(jiān)視和控制。

（5）備電時長控制功能。通過集成狀態(tài)監(jiān)測單元、數(shù)據(jù)采集單元、單片機、執(zhí)行單元、通信模塊和電源轉(zhuǎn)換單元等關鍵組件，實現(xiàn)對分用戶供電信息的實時采集和監(jiān)測。該企業(yè)的設備應用場景主要集中在48 V通信基站多用戶或設備的差異化備電、分用戶分設備精準電量計量需求上。通過對每個通信基站負載實現(xiàn)獨立的智能化管理，滿足不同客戶、不同設備的差異化備電與計量需求，同時也滿足鐵塔對起租上電的智能化管控。

（6）放電電壓控制功能。當智能開關檢測到交流停電數(shù)據(jù)時，將瞬時轉(zhuǎn)變?yōu)殡姵亟M供電，確保供電穩(wěn)定性，若在電池組下降到斷開電壓值時，將自動斷開對應的直流供電通斷開關，來電后，自動閉合開關。

（7）分戶直流輸出定時開閉控制功能。根據(jù)用戶需求，對分戶直流用電的定時開通與關閉進行差異化設置。

（8）免責時段的開閉控制功能。為避免不必要的成本、資源損失，設置直流輸出免責時段開通、關閉[5]。

在上述結(jié)構(gòu)及功能設計下，直流智能設備參數(shù)為：工作電壓為DC–48 V，分路通道數(shù)獨立3分路，分路控制電壓與電流范圍分別為DC–60～–40 V、DC50 A/120 A（Max），提供掛壁式或軌式安裝。交流智能設備參數(shù)為：工作電壓為AC220 V，三相4線，分路控制電壓與電流范圍分別為AC220 V∶176～264 V、DC50 A（Max），提供掛壁式或軌式安裝。設備可本地保存3個月的歷史數(shù)據(jù)，通過WEB或App即可遠程升級。

2.4 效果及分析

為驗證設備在節(jié)能降耗、精準計量、遠程監(jiān)控等方面的作用，該企業(yè)開展試點試驗，以其中的站點A為例。在該站點運行過程中，6月22日—7月9日，設備的節(jié)能模式處于關閉狀態(tài)，定時時段未開啟，平均每日用電量為43.11 kW·h，平均每小時用電量為1.80 kW·h，平均每日節(jié)能效率為0.00%，平均每小時節(jié)能效率為0.00%，該時段作為試點的對照組。試驗組為7月10日—7月19日站點A的運行狀態(tài)。在該時間段，站點A的節(jié)能模塊處于開啟狀態(tài)，定時時段根據(jù)當?shù)貙嶋H情況與需求，設置為0：00—4：00，平均每日用電量為35.073 kW·h，平均每小時用電量為1.75 kW·h，平均每日節(jié)能效率為18.64%，平均每小時節(jié)能效率為4.68%。從站點A的試運行數(shù)據(jù)來看，與對照組相比，其取得了顯著的節(jié)能效果。而且，節(jié)能時間段以夜間為主，其數(shù)據(jù)流量較小，通過定時開啟智能化差異配電設備，站點節(jié)能效率保持在較高水平。而且，當?shù)叵募緲O易出現(xiàn)用電高峰，即便如此，7月底也保持了較良好的節(jié)能效果。

根據(jù)試驗結(jié)果，該企業(yè)可將智能化差異配電設備應用于起租確認周期較長的站點，在后續(xù)仍需探索估算精準動態(tài)控制手段，實現(xiàn)小區(qū)級控制收益，以此提高運營商的投資效益。

3 結(jié)束語

智能化差異配電在通信基站具有重要作用，可減少不必要的資源浪費。未來，可積極探索、應用智能化控制技術，優(yōu)化配電體系，以此促進行業(yè)節(jié)能減排、降本增效，促進通信行業(yè)長遠發(fā)展。

參考文獻

[1] 陳先凌，黃存東，王煜東，等.面向5G基站直流配電系統(tǒng)輕量化改造方式研究[J].通信電源技術，2021，38（11）：174-177.

[2] 劉棟，張建鵬.基于STM32的便攜式智能配電一體化移動終端控制系統(tǒng)研究[J].電子設計工程，2022，30（20）：61-67.