基于無線通信基站蓄電池的差異化配置

黎 騰

（廣西通信規(guī)劃設(shè)計咨詢有限公司，廣西 南寧 530007）

0 引 言

隨著5G網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展和普及，無線基站的建設(shè)又將迎來新的高潮。基站是實(shí)現(xiàn)信號穩(wěn)定傳輸?shù)闹匾O(shè)施。基站在運(yùn)行的過程中時常會出現(xiàn)各種問題，如設(shè)備故障、光纜中斷、基站停電等。基站停電是最主要的、出現(xiàn)最頻繁的影響因素。為解決這一問題，建設(shè)人員往往在基站內(nèi)設(shè)置了備用電源。備用電源主要包括蓄電池、UPS和油機(jī)3部分。但是由于各個基站的實(shí)際情況有所不同，所以如何正確對后備電源進(jìn)行配置是需要考慮的問題。

1 無線通信基站直流供電設(shè)備的組成

通信基站的組網(wǎng)方式有兩種，一種是宏蜂窩組網(wǎng)方式，另一種是射頻拉遠(yuǎn)組網(wǎng)方式。一般是兩種組網(wǎng)方式相結(jié)合，其中后者的組網(wǎng)方式具有更加明顯的靈活性，電源采用220 V交流電。采用這種組網(wǎng)方式時，可以不用再單獨(dú)設(shè)置后備電源，且無需建設(shè)單獨(dú)的機(jī)房來容納電源裝置。宏蜂窩模式下的基站組網(wǎng)方式需要設(shè)置單獨(dú)的后備電源，同時要修建機(jī)房用于存放電源裝置。設(shè)備一般采用-48 V組合式開關(guān)電源系統(tǒng)。

1.1 直流供電系統(tǒng)的運(yùn)行方式

基站內(nèi)的設(shè)備充電時主要依賴直流電，采用全浮充電方式。這種充電方式讓開關(guān)電源和蓄電池并聯(lián)實(shí)現(xiàn)充電。如果基站沒有停電，電源供應(yīng)正常，那么基站內(nèi)對設(shè)備供電的是開關(guān)電源，開關(guān)電源還會對備用蓄電池充電。如果市電未能正常供電（即停電狀態(tài)），則由蓄電池對外供電，滿足基站內(nèi)的用電需求。如果市電在停止供電一段時間后又正常供電，那么開關(guān)電源要同時肩負(fù)對蓄電池和通信設(shè)備供電的功能。這樣的供電機(jī)制能夠有效緩解由于市電供應(yīng)停頓等現(xiàn)象導(dǎo)致的基站供電不足情況。同時，蓄電池工作一段時間后能夠恢復(fù)正常的蓄電狀態(tài)，為下次市電停止供電做準(zhǔn)備[1]。

1.2 二級負(fù)載脫離裝置（二次下電功能）

直流配電系統(tǒng)對設(shè)備供電時，會優(yōu)先對傳輸設(shè)備供電。當(dāng)市電停止供應(yīng)后，為基站內(nèi)設(shè)備供電的唯一電源是蓄電池。由于蓄電池持續(xù)供電，其電壓發(fā)生變化，當(dāng)其放電電壓達(dá)到了開關(guān)電源預(yù)先設(shè)置的下電電壓時，基站的某些設(shè)備會被移出供電系統(tǒng)，以保證傳輸設(shè)備的電壓是有效的。如果停電的時間過長，蓄電池的電壓繼續(xù)變化達(dá)到了二次下電電壓，那么為了避免由于蓄電池的放電時間過長而導(dǎo)致?lián)p毀，傳輸設(shè)備也會被移出蓄電池的供電系統(tǒng)。

2 無線通信基站蓄電池的配置原則

按照我國相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)營商們提供的意見，蓄電池在進(jìn)行配置時要遵循如下原則[2]。

（1）統(tǒng)一采用鉛酸蓄電池為備用電池。

（2）蓄電池的容量要合理配置。

（3）室內(nèi)蓄電池組的容量配置要能夠滿足需求，同時還要考慮到基站的發(fā)展進(jìn)行合理的配置，以滿足長遠(yuǎn)的需求。

（4）蓄電池一般設(shè)置為2組。

（5）-48 V/200 Ah及以下容量采用12 V蓄電池，在此標(biāo)準(zhǔn)以上容量采用2 V蓄電池。

（6）蓄電池組的并聯(lián)使用一定要采用同一廠家同一批次生產(chǎn)的蓄電池，不得混搭。

（7）蓄電池在設(shè)置好后，要按照相關(guān)的規(guī)范來進(jìn)行計算，以確定電池的容量，電池放電容量系數(shù)（η）如表1所示，具體的計算公式為：

其中，Q為蓄電池容量；K為安全系數(shù)，取1.25；I為負(fù)荷電流；T為放電小時數(shù)；η為放電容量系數(shù)；t為溫度；α為電池溫度。

表1 電池放電容量系數(shù)表

3 無線通信基站蓄電池的差異化配置

3.1 影響蓄電池配置的因素

結(jié)合蓄電池的配置原則和蓄電池容量的計算公式可以看出，蓄電池的配置主要受到兩個參數(shù)的影響。

3.1.1 蓄電池放電負(fù)荷電流

在通信基站內(nèi)，有很多設(shè)備是需要消耗直流電的。這些設(shè)備的耗電量會對蓄電池的負(fù)荷電流大小造成直接的影響。耗電量的計算要綜合考慮基站內(nèi)的各種設(shè)備的實(shí)際工作情況。一般消耗直流電的主要設(shè)備是無線主設(shè)備和接入傳輸設(shè)備。本文以某通信公司基站設(shè)備的配置情況為例，蓄電池的放電負(fù)荷電流的計算方法如表2所示。

表2 蓄電池放電負(fù)荷電流算法

3.1.2 蓄電池后備放電時間

由于蓄電池的蓄電能力存在上限，不能夠過長時間的對基站進(jìn)行供電。該參數(shù)的實(shí)際意義是指在市電停止供應(yīng)后，備用的蓄電池所存儲的電量能夠維持基站正常工作的時間。這一數(shù)據(jù)的決定因素是多方面的。具體地，基站的電網(wǎng)質(zhì)量、基站的重要程度和故障恢復(fù)時間都會對這一數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。本文具體分析3種因素的影響。

（1）基站電網(wǎng)質(zhì)量。基站電網(wǎng)質(zhì)量的評判是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工作，涉及到了多個參數(shù)。基站的質(zhì)量是通過對基站的停電平均時間和供電可靠性等多項(xiàng)因素的綜合考量得出的，其質(zhì)量的衡量標(biāo)準(zhǔn)有3個最主要的參數(shù)，即基站所處地區(qū)電網(wǎng)的穩(wěn)定性和供電能力、供電線路的連接方式、電路的運(yùn)行狀態(tài)。以這3個標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行評價，基站的電網(wǎng)質(zhì)量能夠分為4個等級，類別越高則說明其供電可靠性越低。目前，在廣西境內(nèi)基站的供電質(zhì)量大多是屬于第三類，而在個別較為偏遠(yuǎn)的地區(qū)，人口密度較小，通信需求較少則采用四類供電質(zhì)量。在北上廣等人員密集，通信頻率高的地方則一般是采用一類或者二類供電質(zhì)量。

（2）基站重要程度。基站的重要程度是運(yùn)營商對基站進(jìn)行的客觀評價，評價的標(biāo)準(zhǔn)包括基站所覆蓋的區(qū)域、承載業(yè)務(wù)的量和業(yè)務(wù)類型以及傳輸節(jié)點(diǎn)的類型等。對于那些覆蓋的區(qū)域比較重要、業(yè)務(wù)類型為VIP業(yè)務(wù)以及傳輸節(jié)點(diǎn)為骨干節(jié)點(diǎn)的基站，是重要程度最高的基站，其蓄電池的放電時間就要足夠長。

（3）一般故障恢復(fù)時間。由于蓄電池的主要作用是作為備用電源以滿足在市電停止供應(yīng)的情況下對基站內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行供電，所以如果在發(fā)生故障后能夠?qū)收线M(jìn)行及時修復(fù)，那么蓄電池的供電時間就不需要很長；如果故障的恢復(fù)時間過長，那么蓄電池的供電時間就要求比較長。恢復(fù)時間受到多種因素的影響，如維修人員到達(dá)施工現(xiàn)場的時長、維修的難易程度等。

3.2 蓄電池的差異化配置策略

在建立基站的過程中，要將工作重心放在如何充分的利用現(xiàn)有的資源來進(jìn)行建設(shè)，以降低成本上。由于各個基站的所處位置不同、服務(wù)對象不同，所以在修建基站時要結(jié)合基站的實(shí)際情況來進(jìn)行蓄電池的差異化配置。差異化配置的主要目的就是降低建設(shè)成本，提高資源利用率。具體的實(shí)施細(xì)節(jié)可以參考如下步驟。

首先，要對基站的一般恢復(fù)時間進(jìn)行大致的評估，在此基礎(chǔ)上對蓄電池的放電時間進(jìn)行設(shè)置。例如，某地的基站距離維修中心的距離為60 min車程，而且進(jìn)站后維修難度較小，那么可以將蓄電池的放電時間設(shè)置為90 min。

其次，所以基站的重要程度是不同的，其重要程度可以作為放電時間的劃分依據(jù)。很明顯，越是重要的基站其所需的供電時間就越長。一般可將基站的重要程度分為最重要、一般重要、普通三個程度，分別設(shè)置放電時間為120 min、90 min、60 min。

再次，根據(jù)電網(wǎng)質(zhì)量。電網(wǎng)質(zhì)量的意義是可以指導(dǎo)基站設(shè)置最小放電時間。例如，在三類市電供應(yīng)方式下，每次出現(xiàn)故障后的儲蓄時間在8 h左右，那么最小放電時間則要在4 h左右。

最后，綜合考慮這三種情況。將第一種和第二種中的時間相加，再與第三種中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。比較后取較大值作為綜合放電時間。通過這樣的綜合設(shè)計方式，結(jié)合了3個方面的參數(shù)后，蓄電池的最佳放電時間就得到了。這樣的綜合方式既能夠滿足基站的實(shí)際需求，也不會由于設(shè)置時間過長而導(dǎo)致資源的浪費(fèi)。

4 結(jié) 論

要想實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)成本的降低和資源利用率的提升，基站的后備電源在進(jìn)行配置時就應(yīng)該具有差異性。首先要充分對基站的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)研，然后結(jié)合各類計算公式進(jìn)行計算，以得到具體的數(shù)據(jù)。此外，工作人員要具有良好的專業(yè)素養(yǎng)和職業(yè)道德，將精力投入到建設(shè)中，以保證差異化配置的工作取得預(yù)期的效果。