一種移動通信基站的電源類型識別方法和裝置

摘 要：【目的】當移動通信基站因種種原因需要供電單位進行油機發電時，鐵塔公司需要對發電費用進行風險化管控，防止作弊發電以套取發電費用補助。【方法】市電電源相較于油機電源的電壓頻率相對穩定，通過比較兩種電源電壓頻率的差異性，構建電源識別模型。【結果】開發了一種基于電壓波形差異的電源類型識別裝置，可以準確地識別出市電供電和油機供電，杜絕了把市電供電當作油機供電和市電供電正常卻依然采用油機供電的情況。【結論】通過仿真模擬和現場安裝測試，該裝置能夠準確識別基站電源類型，滿足鐵塔公司對發電費用風險管控需求，有助于降低運維發電的費用支出。

關鍵詞：通信基站；電源類型識別；電壓波形；市電供電；油機供電

中圖分類號：TM935" " "文獻標志碼：A" " "文章編號：1003-5168（2024）10-0016-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.10.003

A Method and Device for Identifying the Power Type of a Mobile

Communication Base Station

LIANG Kai1 WANG Jinlai1 PENG Cheng2

（1.Leadot Innovation Technology Co.，Ltd.， Zhengzhou 450000， China; 2.Henan Kecuhui Enterprise Management Consulting Co.， Ltd.， Zhengzhou 450000， China）

Abstract： [Purposes] When the mobile communication base station needs to ensure the power supply unit for power generation due to various reasons， the tower company needs to carry out risk control of power generation costs， prevent fraudulent power generation， and obtain subsidies for power generation costs. [Methods] The voltage frequency of the mains power supply is more stable than that of the oil generator， and the power supply identification model is constructed by comparing the difference between the voltage frequencies of the two power supplies. [Findings] A power supply type identification device based on voltage waveform difference was developed to accurately identify the mains power supply and diesel generator power supply， and to prevent the mains power supply from being used as generator power supply or the generator power supply under normal mains power. [Conclusions] Through simulation and on-site installation test， the device can accurately identify the power supply type of the base station， meet the demand of tower company for risk management and control of power generation costs， and help reduce the operation and maintenance power generation expenses.

Keywords： communication base station; power supply type identification; voltage waveform; mains power supply; oil engine power supply

0 引言

移動通信基站是利用移動通信交換中心與移動電話終端之間進行信息傳遞的無線收、發信電臺，是用戶接入移動網絡業務的第一個環節。當基站因各種原因斷電并停止工作時，一定區域內會出現信號質量下降甚至無信號的情況。此時，保供電單位需馬上通過油機供電，保證基站正常運行，直到恢復市電供電，而保供電單位可以得到一定的保供電收益。如某地市有4 700多座基站，每年的油機保供電費用在380萬元左右。由于油機供電支出金額大，因此鐵塔公司需要對發電費用進行風險化管控，防止作弊發電以套取發電費用補助［1］。本研究通過開發一種基于電壓波形頻率差異的電源類型識別裝置，可以準確地識別市電供電和油機供電，杜絕將市電供電當作油機供電或市電正常卻依然采用油機供電的情況。通過仿真模擬和現場安裝測試，該裝置能夠準確地識別基站電源類型，滿足鐵塔公司對發電費用風險管控需求，有助于降低運維費用支出。

1 方案設計

根據作弊發電套取補助費用的問題，應解決以下關鍵問題。第一，要精準識別市電供電和油機發電，需要具有先進可靠的識別原理和算法，盡可能防止出現誤報；第二，準確記錄油機供電的起止時間，記錄的供電時長是結算費用的重要依據；第三，要防止電源識別裝置不被拆除和破壞；第四，要具有準確的發電計量功能和電源保護功能。

為了解決上述問題，本研究開發了一套基站專用電源類型監測裝置。該裝置電源端直接接入市電和油機，負載端接入基站的雙電源轉換開關。裝置主要由電氣采集模組、人體傳感模組、4G模組組成。電氣采集模組可以采集雙路電源電壓、電流、功率、電量、溫度等信息；人體傳感模組可以將采集到的人體信息轉發給CPU進行處理。當有人接近該裝置，能夠實時記錄信息，防止人為破壞或更改裝置；4G模組可以將采集的數據信息轉發給云平臺，便于監控人員的遠程查看。裝置主要硬件框架如圖1所示。

2 硬件設計

2.1 整體設計

硬件設計是以兩路三相電源輸入采集電路為基礎的。一路是市電的三相電源輸入，經AC/DC的轉換；另一路是發電機的三相電輸入，經AC/DC的轉換，兩路電源均經過DC/DC電源后被CPU采集。當兩路電源單獨輸入時，均可以給整個硬件系統供電；當兩路電源同時輸入時，兩路電源將同時給整個硬件系統供電。兩路電源均通過電壓、電流互感器采集，由電壓、電流采集電路輸入到CPU的ADC外設，通過計算得到當前的輸入電量信息，利用電壓信號的頻率波動范圍檢測當前供電的輸入類型。硬件有兩個串口，其中一個串口通過與4G模組通信，將當前的檢測結果和電氣量上傳到云平臺；另一個串口通過與人體感應模塊通信，判斷設備前是否有人存在，并把當前若有人存在的狀態上傳到云平臺，可以用來記錄有人存在的時間供后續確認調查。裝置的整體設計如圖2所示。

2.2 防浪涌電路

該電源部分采用芯片為SP2637AF的原邊反饋反激式開關電源。可以省去光耦與TL431，輸出功率為12V/1A。由于基站處于室外環境，需要考慮防雷浪涌，裝置外殼應設計成金屬，保證防雷器件的可靠接地［2］。裝置的防浪涌設計如圖3所示。

2.3 電源部分設計

由于輸入的類型有三相發電機和單相發電機，因此，該硬件電路需要考慮三相與單相發電機不同類型輸入的兼容。前端采用MOS管線性穩壓的方式把三相發電機輸入的高電壓轉換成和單相發電機輸入相同的低電壓，這樣有助于其他器件對三相電和單相電的兼容［3］。兩路12V/1A的級聯采用串聯兩個二極管的方式，使得兩路電源能夠相互獨立地給DC/DC供電。裝置的電源設計原理如圖4所示。

2.4 電壓電流采集電路

電壓電流的采集回路采用電壓、電流互感器隔離的方式采集信息［4］，這樣可以做到強電與弱電的隔離，使得電路穩定。電流、電壓放大電路采用差分放大的方式能夠有效濾除共模噪聲。裝置的電壓電流采集回路原理如圖5所示。

3 程序設計

3.1 電量信息程序設計

電壓、電流信號通過運放放大，同時加入直流偏置電壓，通過CPU得ADC外設采集得到離散值。ADC的采集方式是利用定時器觸發的DMA采集，觸發時間是625 us，一個周波采集32個點。通過計算采集點的均方根值得出電壓、電流的RMS；通過電流移動1/4周波的方式得出有功無功功率。裝置的電量信息程序設計如圖6所示。

3.2 頻率計算與油機判斷程序設計

頻率的計算主要利用ADC采集信號的過零點判斷。當ADC信號一個值為負，另一個值為正，則判斷為一個過零點，過零點的時間通過數值擬合得出，兩個過零點之間的值就判斷為半個周波。

判斷是否有油機接入的主要因素是電量信息中的頻率信號。根據市電的頻率穩定度要求為±0.2 Hz，對于通信電源系統《通信局（站）電源系統總技術要求》（YD/T 1051—2010）中的規定，允許變動范圍為額定值的±4%，就是48～52 Hz［5］。具體過程為設置一個頻率波動的寄存器，當前ADC計算得到的頻率與前5次平均得到的頻率相比較。當波動的絕對值大于0.5 Hz，就認為是有效值記錄一次，同時寄存器的值自增；當波動的絕對值小于0.5 Hz，則寄存器的值自減。當計數大于30時，則判定為油機。通過兩次的濾波判斷可以有效地減少市電接入時的誤報。裝置的頻率計算與判斷程序設計如圖7所示。

3.3 上傳平臺

當前接入電源的種類、電氣量相關數據及當前設備前是否有人等信息需要上傳到平臺，并由平臺記錄時間，供后續的查閱。平臺的上傳通過CPU串口與EC200通信，通過MQTT協議把當前所有信息打包成JSON格式上傳到平臺，可以利用電腦網頁或手機APP在平臺端進行查看。市電和油機在APP上的顯示如圖8和圖9所示。

4 現場實測

選擇河南某市區內兩個基站進行測試，將油電和市電均接入裝置，對送電方式分別進行測試。方式一：市電送電、油機停電；方式二：市電停電、油機送電；方式三：市電送電、油機送電。測試結果是：采用方式一，裝置顯示市電有電指示，油機停電指示；采用方式二，裝置顯示市電停電指示，油機有電指示；采用方式三，裝置顯示油機和市電均有電指示。測試工作現場如圖10所示。

5 結語

通信基站是一個城市的重要基礎設施，基站的穩定、可靠運行，影響著居民日常生活。當因為各種原因造成基站停電時，保供電單位通過油機供電，是基站正常運行的重要措施手段。為了防止非正常發電而造成鐵塔公司額外運維費用支出，本研究提出的一種移動通信基站的電源類型識別方法和裝置，能夠有效地避免非正常發電。該裝置通過現場實測，達到了預期的目的和效果，得到了應用單位的認可。

參考文獻：

［1］汪亮.基站發電油料費用精細化管控的方法研究［J］.無線互聯網科技，2015（22）：128-130.

［2］胡鋼，高旋，徐成澤，等.基于邊云協同的配電網智能網關設計［J］.現代信息科技，2023，7（19）：51-54，58.

［3］周云紅，黃飛，王玉瑩.物聯塑殼斷路器的拓撲識別模塊設計［J］.電器與能效管理技術，2022（12）：38-45.

［4］呂洋.低壓成套開關設備的設計與可靠性分析［J］.電氣開關，2024，62（1）：77-80.

［5］中國通信標準化協會.通信局（站）電源系統總技術要求：YD/T 1051—2010［S］. 北京：北京標準出版社，2010.

（欄目編輯：孫焱）