關于基站重要設備獨立后備供電研究

肖坤平，馬衛(wèi)兵

（中國移動通信集團湖南有限公司，湖南 長沙 410300）

1 重要設備獨立備電研究背景

隨著5G網絡大規(guī)模建設的逐步開展，網絡規(guī)模不斷擴大，移動面臨著GSM/ TDD/FDD/NB/5G五網并存的復雜格局，站點負荷爆發(fā)式增長，先前續(xù)航能力滿足要求的站點，隨著站點設備的增加，續(xù)航能力不滿足要求[1]。另外部分站點由于開關電源模塊數量不足，蓄電池充電不足，續(xù)航能力下降，同時受限于機房站點空間及投資收緊，蓄電池替換擴容有限。而發(fā)電又面臨著小油機帶不起，大油機抬不起的窘境。分級下電保障，對發(fā)電人員要求高，發(fā)電人員很難在短時內完成相應操作。對于居民區(qū)站點，受制發(fā)電噪聲，發(fā)電幾乎100%不被允許[2]。對于鐵塔共享站點，各運營商在站點放置的設備重要性不同，運營商對站點保障要求也不相同，對于不同運營商、不同設備的差異化發(fā)電服務稽核存在難度。為保障網絡質量，提升客戶滿意度，站點重要設備保障成為日常維護的難點[3]。

為實現重要設備的重點保障，本文提出了一種利用智能直流配電管理模塊實現對基站重要設備獨立備電的方法，相當于給基站重要設備備用一個“充電寶”[4,5]。在無停電的情況下，開關電源給機房設備供電。在市電停電后，開關電源的后備電池電壓下降到43.2 V，后備電池二次下電保護脫離，此時，由智能直流配電管理模塊啟動供電，持續(xù)給重要設備供電，從而延長對重要的供電保障[6]。

2 重要設備獨立備電實現方案

2.1 供電原理

當市電斷電后，優(yōu)先使用機房原有開關電源后備電池，當機房開關電源后備電池用盡后，啟動智能直流配電管理模塊配套電池供電，且只針對指定的重要設備進行后備電源保障。當市電恢復后，智能直流配電管理模塊自動切換到開關電源供電，且其配套電池通過智能直流配電管理模塊獨立充電，不占用原有開關電源供電資源，開關電源不需要補充整流模塊。如圖1所示。

圖1 重要設備接線方式

2.2 智能直流配電管理模塊工作原理

智能直流配電管理模塊后備電池啟動原理：智能直流配電管理模塊讀取開關電源后備電池電壓，當檢測到電池電壓達到機房被保障設備的安全電壓（一般指45 V～47 V），作為智能直流配電管理模塊后備電池的啟動電壓。

智能直流配電管理模塊后備電池關閉原理：智能直流配電管理模塊讀取開關電源后備電池電壓，當檢測到原有后備電池電壓達到所設定切換電壓48 V，且檢測到市電來電時，關閉智能直流配電管理模塊后備電池輸出，并進入充電狀態(tài)。

如圖2所示，智能直流配電管理模塊具有獨立監(jiān)控功能，通過監(jiān)控模塊可監(jiān)控開關電源后備電池電壓，智能直流配電管理模塊配套電池的電壓、電流、電量（SOC）,充電狀態(tài)，當前工作狀態(tài)，綜合告警等信息。可設置切換電壓、門限電壓、配套電池的均浮充電壓、充電限流、均浮充周期。可計入電池最大容量為1 000 Ah。

圖2 智能直流配電管理模塊

智能直流配電管理模塊技術參數如圖3所示。

圖3 智能直流配電管理模塊技術參數

2.3 智能直流配電管理模塊技術優(yōu)勢

（1）充分利用機房現有資源： 充分利用基站開關電源及后備電池，同時使用開關電源進行設備日常供電，使用開關電源后備電池優(yōu)先保障重要設備后備供電；使用現有機柜閑置位置實現安裝，從而降低安裝及采購成本。

（2）電池適用性優(yōu)勢：可使用鉛酸電池、磷酸鐵鋰電池、梯次電池，均可獨立設置充電參數，最大程度保護新增電池壽命及使用安全。與開關電源實現了不同品質，不同時期、不同廠家、不同容量蓄電池共用管理。

（3）充電模塊技術優(yōu)勢：針對智能直流配電管理模塊后備電池獨立充電，不占有開關電源資源，無需因智能直流配電管理模塊后備電池而擴容開關電源的電源模塊，同時充電模塊主備配置，出現故障時備用自動投入工作。

（4）電池擴容優(yōu)勢：最大支持100 A充電電流，可最大接入1 000 Ah電池充電（可根據要求擴容至200 A充電電流）。

（5）易于移動。設備體積小，且比較輕巧，易于安裝，可根據站點情況，任意挪動安裝。

3 試點應用情況

根據智能直流配電管理模塊特性，可對重要設備進行獨立備電，停電后可延長供電保障時長，適用于下掛站多的傳輸節(jié)點站點、傳輸兩邊共環(huán)鏈路的基站、居民區(qū)發(fā)電受阻且續(xù)航能力不足基站、鐵塔共享運營商保障要求高的站點。試點情況如表1所示。

表1 試點情況

該方法目前已在湖南長沙、永州共計5個站點進行試點應用，經停電測試，效果達到對重要設備的獨立備電，延長了重要設備供電保障時間，避免了重要設備退服故障。3個站點經歷了7月大面積停電檢驗，實際效果與測試效果一致。

測試步驟：拉市電輸入開關→開關電源后備電池供電→智能直流配電管理模塊后備電池放電→恢復市電供電。

4 效益分析

（1）減少發(fā)電人力投入。根據目前站點電池配置要求，蓄電池續(xù)航能力要求不低于3 h。對于停電超3 h站點啟動發(fā)電。使用智能直流配電管理模塊可減少發(fā)電人力投入。經統(tǒng)計2021年1—7月湖南移動1 766個匯聚機房停電情況，超過3 h停電321次/月，發(fā)電人力成本約110元/次，可節(jié)約發(fā)電成本321×110=35 310（元）。

（2）減少鐵塔服務費。對于鐵塔租賃站點，前期租賃費用未包括后期擴容設備的配套費用，如OLT設備，新增設備影響站點蓄電池續(xù)航能力，同時不同運行商在站點放置設備不一，對保障要求不一樣。對于重要設備，運營商可以自行采用智能直流配電管理模塊解決保障問題，如果要求鐵塔進行保障，服務費需增加2 000元/月；運營商通過智能直流配電管理模塊解決，費用=智能直流配電管理模塊2 650元+100 Ah磷酸鐵鋰電池4 000元=6 650元；以站點10年為期，每站點可節(jié)約費用=2 000元/月×12月×10年-6 650=233 350元。

5 結 論

智能直流配電管理模塊+電池組合供電方法滿足站點重要設備的獨立備電，實現對重要設備的獨立備電保障，可最大化利用機房現有資源實現延長備電的目的。該供電方法可實現對站點設備的分級保障，適用于鐵塔共享、傳輸關鍵鏈路等對重要設備等保障要求高的站點，提升站點抗停電能力，確保網絡質量領先。從長遠角度看，可實現降本增效。

通過試點，智能直流配電管理模塊+電池組合供電方法安全、可靠，具有良好的市場應用前景。