多系統(tǒng)融合支撐基站蓄電池分析
——淺談電源分析管理平臺

馬 強

（中國移動通信集團河北有限公司唐山分公司 網(wǎng)絡(luò)部動力班組，河北 唐山 063000）

1 問題現(xiàn)狀

目前，基站電源設(shè)備數(shù)量大、范圍廣、相關(guān)責任方多，缺乏電子化智能化IT支撐手段，存在管理成本高、難以考核、分工界面不清晰等問題。唐山全市基站近3 000個、開關(guān)電源近3 000套、蓄電池5 000多組。基站供電缺乏系統(tǒng)、科學的分析方法，無法區(qū)分供電質(zhì)量，無法多維度掌握區(qū)域內(nèi)停電規(guī)律，無法從電源角度區(qū)分重點維護區(qū)域/目標，沒有針對停電規(guī)律合理配置/維護基站后備電源系統(tǒng)，缺少對基站運行環(huán)境的充分研究，直接導致現(xiàn)網(wǎng)基站運行環(huán)境與后備電源系統(tǒng)配置/維護策略相脫節(jié)，網(wǎng)絡(luò)運行效率低下，不利于發(fā)揮資產(chǎn)最大運營效益，影響網(wǎng)絡(luò)安全。

基站發(fā)電方面則費用高，過程管理簡單。由于缺乏數(shù)據(jù)支撐與過程管理，一些不合理發(fā)電情況難以規(guī)避。基站發(fā)電管理沒有與基站停電特點、基站負載、后備電源的后備時長動態(tài)結(jié)合起來分析處理，無法實現(xiàn)差異化發(fā)電。基站用電是成本支出的重頭，針對基站內(nèi)設(shè)備用電缺乏多維度的分析統(tǒng)計，缺乏按設(shè)備類型的能耗自動統(tǒng)計，能耗規(guī)律不明顯且無數(shù)據(jù)支撐，用電安全隱患無法排除。

2 基站電源分析管理系統(tǒng)分析對象

對于交流部分，供電側(cè)包括市電供電、油機供電和交流防雷，用電側(cè)包括開關(guān)電源和配套設(shè)備。

對于直流部分，主要包括主設(shè)備及傳輸?shù)扔秒娫O(shè)備負載、蓄電池組和開關(guān)電源。

3 多系統(tǒng)融合支撐基站電源分析管理系統(tǒng)

目前，雖然動環(huán)系統(tǒng)對基站電源相關(guān)指標進行采集，但是系統(tǒng)重點為告警信息的監(jiān)控，對相關(guān)性能數(shù)據(jù)沒有進行保存。代維系統(tǒng)建立完成后對發(fā)電數(shù)據(jù)只是錄入工作，并不具備相關(guān)的分析功能。靜態(tài)數(shù)據(jù)又由綜合資管系統(tǒng)統(tǒng)一管理，所以急需建立分析管理系統(tǒng)，將多系統(tǒng)數(shù)據(jù)相融合，解決蓄電池設(shè)備難監(jiān)控的問題，提供專業(yè)電子化管理工具，并對動環(huán)質(zhì)量狀況輔助摸底，提供整治方向。

動環(huán)監(jiān)控、綜合資管、代維系統(tǒng)以及EOMS系統(tǒng)多系統(tǒng)融合支撐建立基站電源分析管理系統(tǒng)，由該承載對所有與基站電源有關(guān)的數(shù)據(jù)源進行對接和處理，包括動力環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中交直流分量的實時數(shù)據(jù)、綜合資管系統(tǒng)中基站電源的資源信息、話務(wù)網(wǎng)管中的基站退服數(shù)據(jù)、人工錄入的上站維護數(shù)據(jù)以及上站發(fā)電數(shù)據(jù)等，如圖1所示。

圖1 多系統(tǒng)融合支撐關(guān)系圖

該系統(tǒng)通過標準C接口及中間庫方式與動環(huán)系統(tǒng)、綜合資管系統(tǒng)對接。從動環(huán)系統(tǒng)實時采集開關(guān)電源、蓄電池組、空調(diào)等設(shè)備運行數(shù)據(jù)（總電壓、總電流、電池組1電流、電池組2電流、電量、溫度以及開關(guān)量等各類信元）。

該系統(tǒng)通過標準中間庫等方式與綜合資管系統(tǒng)定期同步蓄電池信息（包括品牌信息、容量、批次、編號以及入網(wǎng)時間等）、電源信息（包括品牌信息、模塊數(shù)、批次、編號以及入網(wǎng)時間等）和基站屬性數(shù)據(jù)（基站編號、拓撲信息、名稱以及經(jīng)緯度等），用于分析系統(tǒng)開展評估等。

該系統(tǒng)打通EOMS系統(tǒng)接口，將故障類分析結(jié)果進行派單處理，而在EOMS處理完成工單的同時打造閉環(huán)建設(shè)模式。通過定位原因給出優(yōu)化建議，派發(fā)工單，開展效果評估，形成知識庫，最終達到以“發(fā)現(xiàn)問題→定位問題→解決問題→效果評估→形成知識庫”的模式。

預(yù)留與代維系統(tǒng)間接口，可實時采集代維人員日常維護及維修情況，對代維人員發(fā)電情況進行評估分析。同時，系統(tǒng)會將蓄電池可放電時長實時分析結(jié)果發(fā)送至代維系統(tǒng)，指導代維人員進行相關(guān)的操作。目前，代維系統(tǒng)正處于建設(shè)階段，維護及發(fā)電數(shù)據(jù)采用手動導入模式。

4 基站電源分析管理系統(tǒng)功能及原理

基站電源分析管理系統(tǒng)基于動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)采集的海量電源監(jiān)控數(shù)據(jù)，采用先進的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、分層模型，對設(shè)備運行數(shù)據(jù)進行清洗、轉(zhuǎn)換、匯聚和分析，采用創(chuàng)新算法得到基站后備時長、停電指標以及容災(zāi)能力指標等，助力基站后備電源的維護工作。

基站電源分析管理系統(tǒng)建立了完整的動環(huán)數(shù)據(jù)質(zhì)量評估標準和基站電源容災(zāi)能力評估體系，得出了電源設(shè)備運行規(guī)律，實現(xiàn)了性能分析、故障管理、決策支撐以及月度通報等核心應(yīng)用。基站電源分析管理平臺主要功能具體如下。

4.1 數(shù)據(jù)核查及質(zhì)量評估

周期性將停電數(shù)據(jù)、發(fā)電數(shù)據(jù)、退服數(shù)據(jù)、蓄電池后備時長與技術(shù)服務(wù)分析工具中停電曲線關(guān)聯(lián)，系統(tǒng)評定與人工（業(yè)務(wù)專家）分析相結(jié)合，針對上述數(shù)據(jù)給出評估分析結(jié)論。

采集動環(huán)系統(tǒng)電源設(shè)備信元數(shù)據(jù)（總電壓、總電流、電池組1電流、電池組2電流以及市電停電狀態(tài)），從采集數(shù)據(jù)覆蓋率、完整性、可用性和準確性4個維度綜合評估動環(huán)數(shù)據(jù)質(zhì)量，推動動環(huán)數(shù)據(jù)質(zhì)量提升。

4.2 性能分析

性能分析實現(xiàn)對全網(wǎng)設(shè)備運行狀況的實時監(jiān)控與分析，從而制定基站電源差異化維護方案，形成真實數(shù)據(jù)支撐的、可追溯的閉環(huán)管理模式，包括停電分析、后備時長分析、配置分析和容災(zāi)能力分析等。

4.2.1 停電分析

按月/季度統(tǒng)計基站停電事件，對停電趨勢進行預(yù)測；定期計算基站90%停電事件的最大時長，為評估蓄電池性能提供依據(jù)。如圖2所示，T90為基站90%停電事件的最大時長。

4.2.2 后備時長分析

實時采集有效停電事件，計算最新基站T48（T48為蓄電池組放電到48 V時的有效放電時長），結(jié)合基站負載、蓄電池品牌及使用年限等因素綜合分析全網(wǎng)基站后備時長狀況，為評估全網(wǎng)蓄電池健康度提供依據(jù)，同時提供多維度分析，包含區(qū)域、品牌、負載、年限以及時長分段等。

圖2 停電分析圖

當電池放電至某一個電壓值以后產(chǎn)生電壓急劇下降情況，實際上所獲得的能量非常小。如果繼續(xù)深度放電，對電池的損害相當大。安全電壓即放電時電池電壓下降到不至于造成損壞的最低限度值。實踐得出，48 V可作為安全電壓。

歷次停電期間放電曲線若一致性較好，則進行T48計算，曲線分析為主，線性分析為輔，即最小二分法。同時，以現(xiàn)網(wǎng)品牌、入網(wǎng)時間、批次、容量、負載以及停電狀況，結(jié)合篩選樣本和實驗室蓄電池放電曲線建立T48索引集。

唐山市后備時長按區(qū)域分布統(tǒng)計圖，如圖3所示。

4.2.3 配置分析

基于基站最新后備時長分析數(shù)據(jù)，根據(jù)計算模型得出基站蓄電池實際容量和開關(guān)電源實際模塊數(shù)，分析蓄電池、開關(guān)電源等資源的配置合理性。根據(jù)蓄電池組的標稱容量（電池總?cè)萘浚┡袛嗄车貐^(qū)蓄電池組的配置合理情況；根據(jù)保有容量，通過按自然年份電池容量的衰減，每年按照一定比率折舊以及其他算法判斷蓄電池組的配置合理情況。核算基站需要的電池組的容量，并與基站中實際配置電池組的容量對比，將其配置合理性分為合理、過剩、不足3類，從而優(yōu)化電池組配置情況，如圖4所示。

4.2.4 容災(zāi)能力分析

制定不同時期（汛期、用電高峰、用電正常等時期）基站蓄電池容災(zāi)能力（結(jié)合基站T90與基站等級等進行修正所得到的時長），通過對基站后備時長及容災(zāi)能力指標的比較，按照不同基站等級（支鏈節(jié)點、高話務(wù)量、重要客戶覆蓋等）對全網(wǎng)基站進行分析，再結(jié)合資源配置狀況、年限等，多維度進行容災(zāi)風險評估及預(yù)警，同時提出采取工程擴容、設(shè)備參數(shù)調(diào)整、特殊維護、整組更換等差異化維護措施，有針對性地進行預(yù)防式維護。容災(zāi)能力分析統(tǒng)計圖，如圖5所示。

圖3 后備時長按區(qū)域分布統(tǒng)計圖

圖4 配置分析統(tǒng)計圖

圖5 容災(zāi)能力分析統(tǒng)計圖

4.3 故障管理

系統(tǒng)建立了充放比異常、組間不均衡異常、放電電壓異常3類典型故障評估標準，同時完成與EOMS工單管理系統(tǒng)對接，實現(xiàn)對典型故障的監(jiān)控、預(yù)警、處理以及跟蹤評估等電子工單化閉環(huán)管理。

根據(jù)電壓電流狀態(tài)，判斷電池組工作情況。兩組電池同時放電時，電壓呈平穩(wěn)下降狀態(tài)，曲線如圖6所示。

圖6 正常放電曲線圖

兩組電池放電不均衡時，假設(shè)i0為負載總電流數(shù)值，i1為第一組電流數(shù)值，i2為第二組電流數(shù)值。蓄電池組放電期間電流大小與負載大小關(guān)系為|i1-i2|≥15%i0，即判斷為蓄電池組電流輸出不均衡異常，曲線一般如圖7所示。

4.4 決策支撐

4.4.1 大修更新策略

系統(tǒng)對蓄電池真實性能進行評估分析，結(jié)合集團相關(guān)規(guī)范及各地市上報需求，提供大修更新策略指導方案。

根據(jù)平臺分析結(jié)論對比需求，在相同部分直接批復(fù)，差異部分進行發(fā)電測試。平臺實時跟蹤測試過程，根據(jù)實際情況制定不同的更新策略（質(zhì)保承諾、單只更換、修復(fù)性維護等），如圖8所示，進而達到節(jié)約投資的目的。

圖7 異常放電曲線圖

圖8 大修更新指導明細圖

4.4.2 設(shè)備后評估

根據(jù)不同品牌設(shè)備，在入網(wǎng)測試、在網(wǎng)運行、退網(wǎng)故障分析等階段表現(xiàn)出的性能差異，評估設(shè)備地域適應(yīng)性，反饋采購及維護建議。

4.4.3 發(fā)電評估和調(diào)度

通過對動環(huán)存儲數(shù)據(jù)與代維提供的發(fā)電數(shù)據(jù)進行對比，評估發(fā)電數(shù)據(jù)的真實性和合理性，及時發(fā)現(xiàn)基站異常發(fā)電情況。通過發(fā)電起始電壓的把控，督促控制代維發(fā)電時長，逐步從事后評估向事前調(diào)度、事中跟蹤過渡。通過對異常發(fā)電數(shù)據(jù)、共性發(fā)電數(shù)據(jù)的分析，整治人為發(fā)電行為。

5 基站電源分析管理系統(tǒng)亮點及成果

（1）創(chuàng)新性提出了T48概念及算法和容災(zāi)能力指標評估算法，分析得出全網(wǎng)健康度，針對達標/不達標的基站電源設(shè)備進行差異化維護，降本增效。

（2）率先提出了蓄電池組間不均衡等電池相關(guān)故障判斷方法，為判斷故障類型、嚴重程度提供了有力支撐，從而通過EOMS進行派單，指導上站維護，打造了全新的閉環(huán)分析辦法。

（3）分析基站每一次的停電過程，作為輔助信息支撐維護人員做決策，徹底改變了管理者沒有數(shù)據(jù)、全憑一線代維人員主觀判斷蓄電池性能的基站現(xiàn)場與中心信息不對稱問題。自動過濾產(chǎn)生的疑似故障隱患站點并提示解決建議，將之前無法人工發(fā)現(xiàn)的全范圍基站中出現(xiàn)的問題在亞健康狀態(tài)即可予以解決。

（4）電源分析管理系統(tǒng)分析制定出有效的差異化維護方案，預(yù)期目標可將平均延長基站后備時長20%以上，蓄電池使用壽命平均由5年提升至7年，設(shè)備更新投資降低30%；實時監(jiān)控全網(wǎng)基站運行狀況，可使異常發(fā)電減少7%，降低發(fā)電成本20%；基于平臺分析大修更新策略制定提供有效數(shù)據(jù)支撐，可促使設(shè)備更新投資明顯降低30%。