通信基站用电负荷有效利用的综合解决方案

郭 翔

（中国铁塔股份有限公司江苏分公司，江苏 南京 210016）

1 现网中各类型移动通信基站用电负荷统计

现网移动通信基站一般由环境监控、空调、传输设备、基站设备、照明和电源设备等组成。而电源设备主要由直流供电系统和交流供电系统组成。其中，交流供电系统主要由过电源保护装置、市电油机转换箱、备用移动式柴油发电机以及交流配电箱等构成。直流供电系统主要由蓄电池和组合开关电源组成。组合开关电源包含直流配电单元、交流配电单元等。直流供电系统将电能不断提供给直流电源通信设备，而交流电源通信设备主要由UPS或者逆变器供电[1]。

本文将某城市基站数据作为本次研究的采集元素集合，其中现实通信用电负荷电流不小于50 A的基站数所占比重为1.5%，而大于75 A的基站数所占比例为0.2%。其中，宏基站是四网共站城区，通信用电负荷区间为50～75 A，而单网、双网和三网共站城区通信负荷是10～50 A。此外，学校、乡镇、县城以及交通干线的宏基站通信用电负荷区间为20～45 A，室外一体化基站为10～30 A。伴随通信持续、深入的改革，移动通信基站将与其他运营商展开合作，建设共宏站是大势所趋。现阶段，仍有一些基站4G设备没有电，因此电源容量需要以4G新增直流负荷为对象，预留20～30 A。

移动通信基站中，交流负荷不仅有传射设备负载和无线负载，而且有照明、空调等负荷。根据现网基站照明、空调和蓄电池组的具体配置，目前的交流负荷状态见表1[2]。

表1 2组基站交流负荷情况

2 宏基站电源配置及相关优化

2.1 城区单网、双网与三网共站

通过系统化分析现网宏基站的实际用电负荷，可知无论是城区单网、双网共站、三网共站，还是学校、乡镇、县城以及交通干线范围内的宏基站，传输设备与无线设备的最大负荷电流一般都不大于80 A/53.5 V。其中，无线设备负荷电流不大于75 A时，传输设备负荷电流一般维持在5 A。目前，为了保障该市在停电情况下传输设备与基站设备仍然保持正常、合理运行，基站高频开关电源根据实际情况和需要，设置了有选择性的二级电压自动切断装置。如果蓄电池放电电压达到第一级保护电压，那么此时切断基站设备的负荷，并且将蓄电池组设置为仅供电源设备传输。如果蓄电池放电电压达到第二级保护电压，那么切断传输设备的供电，预防电池出现过放电的情况。大部分基站的外市电类型通常为三类市电。依据《通信电源设备安装工程设计规范》中的相关规定及要求，蓄电池组对基站无线设备放电时间设定为3 h。此外，蓄电池组对基站传输设备放电时间设定为20 h。对蓄电池的容量而言，可根据式（1）进行计算：

式（1）中，Q表示蓄电池的额定容量；K代表安全系数（取值为1.25）；I1代表基站负荷电流（A）；I2表示传输负荷电流（A）；T1代表基站设备放电小时数（h）；T2表示传输设备放电小时数（h）；α表示电池温度系数；t代表放电时，电解液所呈现出的最低温度（℃），一般情况下，选取蓄电池安装地的最低环境温度；t0表示与蓄电池额定容量相对应的电解液温度（℃），一般取值为25 ℃；η表示放电容量系数。

结合通信设备的负荷现状，此类型的宏基站需要配置2组300 Ah的蓄电池组，且并联使用。这样不仅满足规范中蓄电池组对无线设备的要求，而且满足传输设备总小时数的要求。对其他比较重要的基站而言，比如负荷较大、位置偏远的基站，可以根据现实情况和需求，合理增大蓄电池的容量。目前，已经出现许多负荷电流不大于50 A/53.5 V的宏基站，且内部同样配置2组500 Ah的并联蓄电池组。对于各种类型的基站而言，因为外市电条件较差，市区存在较多的停电次数，且停电时间较长，所以蓄电池充放电情况比较普遍。此外，这将造成现网基站蓄电池在总体容量方面所占比重下降，且下降速度较快。一些蓄电池甚至还未达到浮充使用寿命年限，便需要更换、改造，造成了严重的投资浪费。因此，宏基站需要根据现实情况，配置2组300 Ah的蓄电池且并联使用，以满足后备时间方面的具体需求。

对开关电源架的机架容量而言，依据远期思想分析，组合开关电源架构体系中，整流模块依据N+1冗余配置的基本原则，用式（2）计算主用整流模块的实际数量：

式（2）中，I0表示新增设备负荷电流的基础理论值；IBAT代表蓄电池组充电的实际电流；IREC表示单个整流模块实际运作的容量。以此类型的宏基站通信设备在用电负荷方面的实际情况为参照，组合开关电源满架的容量配置设定为400 A，便可满足实际需求，而现网配置开关的电源满架容量超过600 A时会偏大。此外，开关电源整流模块的内部设置了智能休眠模块，实现了智能休眠的功能。分析上述数据可知，具体的交流负荷上，现网移动通信基站通常不大于15 kW。因此，宏基站的外市电交流电源需要引入15 kW的容量。

2.2 城区四网共站

设置在四网共站城区宏基站的传输设备与无线设备，最大负荷电流一般维持在105 A/53.5 V。其中，无线设备的负荷电流需要控制在100 A以内，而传输设备的负荷电流一般控制在5 A。通常情况下，设置在四网共站城区的宏基站会配置2组400 Ah的蓄电池且并联使用，以满足后备总放电小时数方面的要求[3]。

3 电源供电系统的优化

3.1 设置开关电源一、二次下电电压

现网基站的直流负荷需要分级切断，实现方式一般用采集蓄电池来输出电压。蓄电池通常会放电2～4 h，此时系统的电压会明显下降，需要采集输出电压。如果电压持续下降且降至某个设定值时，切除无线设备负荷。此时，蓄电池传输设备继续进行负荷放电。当蓄电池持续放电且达到终止电压状态时，切断蓄电池输出。需要注意，具体规范中没有明确一次下电电压设置值。目前，不同厂家设定的一次下电电压设置值存在差异，势必会影响无线设备的放电时间。因此，需要根据实际情况，结合蓄电池放电特性和基站直流负荷电流的大小，明确一次下电电压的最佳值。

3.2 适当增加开关电源直流输出分路数

各类基站中，无线设备需要占用许多开关电源一次下电直流输出分路的个数。而一些运营商在标配产品中所配置的直流输出分路数较少，尤其是一次下电分路的数量更少。因此，需要根据实际情况，酌情增加直流配电箱，扩充直流输出分路个数。

4 结 论

综上所述，移动通信基站的建设已经有多年。早期建设的老站所配置的开关电源与蓄电池需要进行升级、替换。此时，需要与现网负荷相结合，核实电源系统配置，不能仅依据原有系统容量进行替换。本文通过系统化分析移动通信基站采集数据，总结目前现网基站负荷的特点，对各类基站中存在的比较突出的电源配置问题，制定具体的优化对策，达到了节约基站通信电源系统供电性能的目的。