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 現網中各類型移動通信基站用電負荷統計

現網移動通信基站一般由環境監控、空調、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和交流供電系統組成。其中，交流供電系統主要由過電源保護裝置、市電油機轉換箱、備用移動式柴油發電機以及交流配電箱等構成。直流供電系統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據作為本次研究的采集元素集合，其中現實通信用電負荷電流不小于50 A的基站數所占比重為1.5%，而大于75 A的基站數所占比例為0.2%。其中，宏基站是四網共站城區，通信用電負荷區間為50～75 A，而單網、雙網和三網共站城區通信負荷是10～50 A。此外，學校、鄉鎮、縣城以及交通干線的宏基站通信用電負荷區間為20～45 A，室外一體化基站為10～30 A。伴隨通信持續、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。現階段，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、空調等負荷。根據現網基站照明、空調和蓄電池組的具體配置，目前的交流負荷狀態見表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化

2.1 城區單網、雙網與三網共站

通過系統化分析現網宏基站的實際用電負荷，可知無論是城區單網、雙網共站、三網共站，還是學校、鄉鎮、縣城以及交通干線范圍內的宏基站，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《通信電源設備安裝工程設計規范》中的相關規定及要求，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（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（h）；T2表示傳輸設備放電小時數（h）；α表示電池溫度系數；t代表放電時，電解液所呈現出的最低溫度（℃），一般情況下，選取蓄電池安裝地的最低環境溫度；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。

結合通信設備的負荷現狀，此類型的宏基站需要配置2組300 Ah的蓄電池組，且并聯使用。這樣不僅滿足規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，可以根據現實情況和需求，合理增大蓄電池的容量。目前，已經出現許多負荷電流不大于50 A/53.5 V的宏基站，且內部同樣配置2組500 Ah的并聯蓄電池組。對于各種類型的基站而言，因為外市電條件較差，市區存在較多的停電次數，且停電時間較長，所以蓄電池充放電情況比較普遍。此外，這將造成現網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，宏基站需要根據現實情況，配置2組300 Ah的蓄電池且并聯使用，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，依據遠期思想分析，組合開關電源架構體系中，整流模塊依據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，而現網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部設置了智能休眠模塊，實現了智能休眠的功能。分析上述數據可知，具體的交流負荷上，現網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 城區四網共站

設置在四網共站城區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，而傳輸設備的負荷電流一般控制在5 A。通常情況下，設置在四網共站城區的宏基站會配置2組400 Ah的蓄電池且并聯使用，以滿足后備總放電小時數方面的要求[3]。

3 電源供電系統的優化

3.1 設置開關電源一、二次下電電壓

現網基站的直流負荷需要分級切斷，實現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，此時系統的電壓會明顯下降，需要采集輸出電壓。如果電壓持續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進行負荷放電。當蓄電池持續放電且達到終止電壓狀態時，切斷蓄電池輸出。需要注意，具體規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，需要根據實際情況，結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

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。而一些運營商在標配產品中所配置的直流輸出分路數較少，尤其是一次下電分路的數量更少。因此，需要根據實際情況，酌情增加直流配電箱，擴充直流輸出分路個數。

4 結 論

綜上所述，移動通信基站的建設已經有多年。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，需要與現網負荷相結合，核實電源系統配置，不能僅依據原有系統容量進行替換。本文通過系統化分析移動通信基站采集數據，總結目前現網基站負荷的特點，對各類基站中存在的比較突出的電源配置問題，制定具體的優化對策，達到了節約基站通信電源系統供電性能的目的。