自主研發(fā)一體化不間斷電源解決4G和5G基站供電難題分析

周聲文

【摘 要】4G和5G基站供電一直以來都是通訊公司研究的重要話題，以往，4G和5G基站供電無后備電源，市政供電停止后，就會導(dǎo)致基站斷電，從而對用戶的使用體驗造成影響，也會導(dǎo)致企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益下降。文章探討了周口某企業(yè)自主研發(fā)的一體化不間斷電源，分析了其研發(fā)思路，提出了具體的操作步驟，希望能夠為同行業(yè)人才提供參考。

【關(guān)鍵詞】自主研發(fā);一體化;不間斷電源;4G和5G基站供電

近幾年以來，移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了快速發(fā)展，目前，我國已經(jīng)實現(xiàn)了4G商用全面覆蓋，5G時代也在逐漸落實。4G和5G網(wǎng)絡(luò)頻段比較高，基站之間的距離逐漸縮小，城區(qū)實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化宏基站建設(shè)的難度越來越大。為了保證網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，需要在指定的區(qū)域?qū)嵤┬盘柛采w，故建立了許多小微站和拉遠(yuǎn)基站，近幾年，此類基站數(shù)量逐漸增多，廣泛地分布在了小區(qū)、商業(yè)街道、景區(qū)、商業(yè)街等位置。但是此類基站一般采取了就近配電的方式，供電的穩(wěn)定性較差，若是市政供電出現(xiàn)中斷，那么基站供電也將中斷，就會對該區(qū)域內(nèi)用戶的上網(wǎng)體驗造成影響。因此，必須要解決4G、5G基站供電難題，設(shè)計一體化不間斷電源。

1、傳統(tǒng)供電方式的問題分析

首先，目前我國多數(shù)4G、5G基站都還沒有配備后備蓄電池組，市政供電中斷，基站也會斷電，將影響網(wǎng)絡(luò)運行指標(biāo)，降低用戶體驗，損害運營公司的收益，而且目前的基站建設(shè)數(shù)量多，位置比較分散，要實現(xiàn)應(yīng)急發(fā)電比較困難。第二，目前的小微站小型開關(guān)的電源功率普遍較小，沒有蓄電池充電管理功能，因此無法加裝后備蓄電池。最后，若是應(yīng)用周邊宏基站高壓直流遠(yuǎn)供，則耗資較大，需要進(jìn)行多個變換環(huán)節(jié)，容易發(fā)生故障，后期維護(hù)困難，工作效率較低，且電能損耗大。

2、研發(fā)思路分析

通過分析4G和5G基站供電現(xiàn)狀，擬定研發(fā)一體化不間斷電源，該電源使用了鐵鏗電池，電流為高壓直流，開關(guān)采用了時鐘開關(guān)控制，同時還應(yīng)用了智能防雷等安全技術(shù)，安裝方式多樣化，如嵌入式、壁掛式、抱桿式，有交流、直流兩路輸出，待機(jī)時間達(dá)到了10h，提高了4G和5G基站供電的穩(wěn)定性和安全性，有效解決了供電難問題，同時該方案的可行性較高，降低了供電成本，目前已經(jīng)申請了國家專利。

3、一體化不間斷電源的詳細(xì)內(nèi)容和實施步驟

3.1詳細(xì)內(nèi)容、實施步驟

3.1.1工作原理

一體化不間斷電源在市政供電中斷時，監(jiān)控模塊會控制靜態(tài)開關(guān)，使其工作模式自主轉(zhuǎn)換為逆變工作，動作時間不超過4ms。監(jiān)控模塊用于設(shè)置各類參數(shù)，同時還具備多種保護(hù)功能，例如過載保護(hù)、過欠壓保護(hù)、欠壓限功率保護(hù)、輸出電壓保護(hù)等等。

3.1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在市政供電正常的情況下，電流變換環(huán)節(jié)減少，供電效率提高;市政供電中斷后，電源為電池逆變供電，靜態(tài)開關(guān)會無間斷切換，實現(xiàn)交流、直流兩路輸出，可以讓通信設(shè)備持續(xù)運轉(zhuǎn)。

3.1.3設(shè)備安裝

首先，需要按照圖紙設(shè)計將不銹鋼箱體、主板、防雷裝置、風(fēng)扇、靜態(tài)開關(guān)、空氣開關(guān)等構(gòu)件按說明書裝在箱體當(dāng)中，組裝完成后試機(jī)。

3.2技術(shù)的創(chuàng)新點分析

3.2.1新技術(shù)的應(yīng)用有效降低了成本，提高了效益

鐵鏗電池和時鐘控制等先進(jìn)技術(shù)的使用減少了設(shè)備運行的噪音，而且其具有耐高溫的性能，不銹鋼箱體具有耐腐蝕特點，而且壽命長，后期維護(hù)和修理都比較方便;該電源體積較小，重量較輕，安裝起來比較方便，整體投入較少，三種安裝方式更是適應(yīng)了不同的環(huán)境。

3.2.2安全節(jié)能設(shè)計

交流直供、市電優(yōu)先的設(shè)計方式讓設(shè)備優(yōu)先選擇市政供電，減少了變換環(huán)節(jié)，并且有交流和直流兩路輸出，工作效率顯著提高，同時滿足了節(jié)能和安全要求。

3.2.3智能抗干擾防雷設(shè)計

該設(shè)計采用了智能檢測雷電，雷電來臨時，線路會出現(xiàn)浪涌電壓，雷電時自動跳閘，過后則自動合閘，可以避免遭受雷擊，妥善保護(hù)通信設(shè)備。

3.2.4智能化監(jiān)控設(shè)計

將其接入到基站動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)中，對市政供電、斷電、電源狀態(tài)和電池容量等進(jìn)行智能化的監(jiān)控，同時具備了箱體防拆報警功能。通過一部智能手機(jī)和APP可以對基站和電源的運行狀態(tài)進(jìn)行查看和監(jiān)控，若出現(xiàn)告警處理或是市政供電中斷情況，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，減少了人力資源壓力。

3.2.5智能換風(fēng)設(shè)計

該電源設(shè)計了過濾網(wǎng)、進(jìn)/出風(fēng)口、直流風(fēng)機(jī)、溫度傳感器和控制器。箱中溫度若是達(dá)到界限值，系統(tǒng)能夠自動打開形成空氣對流，有效降低箱中的溫度，保護(hù)設(shè)備安全。

3.2.6智能放電管理功能

在市政供電停電后，該電源的后備蓄電池組可以對負(fù)載放電進(jìn)行定時啟停，有效避免無效放電，節(jié)約了電力資源，同時也確保了白天繁忙時基站的電力供應(yīng)。

4、應(yīng)用情況分析

4.1和高壓直流遠(yuǎn)供效果比較

高壓直流遠(yuǎn)供的變換環(huán)節(jié)多，易發(fā)生故障，工作效率較低，而且耗能多，能源損耗大。1臺高壓直流遠(yuǎn)供所需費用大約是36000元。而周口自主研發(fā)的一體化不間斷電源一臺成本為4600元，耗能少，效率高，體積小，安裝方式多樣化，安裝簡單，故障率低，后期維護(hù)和維修比較簡單。

4.2預(yù)期實施效果

4.2.1安裝方便快捷

該電源為一體化結(jié)構(gòu)，完成零件的裝配之后，直接調(diào)試即可，安裝方便快捷，難度較低。

4.2.2成本低

新電源材料和安裝費用共計為4600元/臺，建設(shè)成本更低。

4.2.3標(biāo)準(zhǔn)接口

電源使用了標(biāo)準(zhǔn)接口，既有干接點DI接口，也有智能RS485接口，完全可以和基站動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)兼容、融合，技術(shù)相對成熟。

4.2.4維護(hù)方便

應(yīng)用后故障率低，后期維修成本低，且維護(hù)比較方便。

4.3推廣應(yīng)用

一體化不間斷電源打破了傳統(tǒng)的供電模式，使用現(xiàn)代多項先進(jìn)技術(shù)，降低了成本，減少了能源消耗。該電源在2014年開始推廣，先后建立了86個基站實地試點，近幾年的使用成果表明，該電源系統(tǒng)運行安全可靠，故障較少，保證了區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)被逐步推廣到安徽、山東等其它省市和地區(qū)，給企業(yè)帶來了直接的經(jīng)濟(jì)效益。截止到2020年12月，周口已經(jīng)建立了606座高壓直流遠(yuǎn)供，費用達(dá)到了2181.6萬元，而一體化不間斷電源同數(shù)量費用為278.76萬元，節(jié)約成本1902.8萬元，若是在全國進(jìn)行推廣，其效益十分可觀。此外，一體化不間斷電源可以保證基站的持續(xù)運作，而傳統(tǒng)高壓直流遠(yuǎn)供沒有配置后備蓄電池，若是市政供電中斷，基站就會退服，對網(wǎng)絡(luò)運行指標(biāo)產(chǎn)生影響，減少相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)運營收入，對于企業(yè)來說，這些間接損失是難以估量的。

5、結(jié)論

周口自主研發(fā)的一體化不間斷電源有效解決了4G、5G基站的供電難題，顯著提高了網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，也推動了全面5G時代的到來。對于用戶來說，上網(wǎng)體驗顯著改善，而對于企業(yè)來說，不僅節(jié)約了成本，同時也降低了能源消耗，提高了網(wǎng)絡(luò)運營的收入，建議在全國進(jìn)行推廣。

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（作者單位：江西省郵電建設(shè)工程有限公司）