移動(dòng)通信基站直流電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的探討

1、移動(dòng)通信基站直流電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的探討    摘要:針對(duì)目前基站通信電源設(shè)計(jì)中使用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法造成電源直流系統(tǒng)容量配置偏大的問(wèn)題,本文提出了按實(shí)際負(fù)荷作為設(shè)計(jì)依據(jù)、同時(shí)減少備用整流模塊的設(shè)備配置原則,并對(duì)兩種設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了比較。 關(guān)鍵詞:移動(dòng)通信;直流負(fù)荷;動(dòng)力監(jiān)控系統(tǒng);整流模塊 前言 通信電源穩(wěn)定可靠的運(yùn)行是整個(gè)通信系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ),因此,通信電源的配置必須科學(xué)、合理、規(guī)范。通信設(shè)備直流負(fù)荷的容量直接影響到通信電源直流系統(tǒng)的設(shè)計(jì),是最重要的設(shè)計(jì)依據(jù),它的準(zhǔn)確程度,將直接影響到電源系統(tǒng)的可靠性與經(jīng)濟(jì)。由于移動(dòng)基站的數(shù)量眾多,這種影響在電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中則

2、更加顯著。 移動(dòng)基站具有數(shù)量眾多、站址分散的特點(diǎn),同時(shí),許多基站的交流供電不穩(wěn)定,如存在季節(jié)性的停電、電壓波動(dòng)大等因素,使用權(quán)基站電源的維護(hù)任務(wù)十分繁重。因此,要求基站電源的設(shè)計(jì)必須考慮到這些因素。在直流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,既要使電源設(shè)備保證一定的冗余量,在基站停電時(shí)能夠?yàn)榛緝?nèi)通信設(shè)備維持一定的供電時(shí)間,又要充分考慮到建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性,而不是一味地增大電源設(shè)備的容量配置。 1、傳統(tǒng)基站電源直流系統(tǒng)的容量計(jì)算 一般而言,在基站的電源設(shè)計(jì)中,通信設(shè)備的負(fù)荷一般由相關(guān)通信設(shè)備制造商提供,并將此數(shù)據(jù)作為設(shè)計(jì)的依據(jù)。同時(shí),根據(jù)通信電源設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范要求,開(kāi)關(guān)電源的整流模塊在滿(mǎn)足通信設(shè)備負(fù)荷與蓄電池均充電流的基礎(chǔ)

3、上一般還要額外配置備用模塊。下面是按照這些設(shè)計(jì)原則,對(duì)基站設(shè)備進(jìn)行電源設(shè)計(jì)的實(shí)例。 根據(jù)某站設(shè)備制造商提供的數(shù)據(jù),該設(shè)備采用48V直流電源供電,12載頻的功耗為4000W(約83.3A),光傳輸設(shè)備功耗為300W(約6.25A),所采用開(kāi)關(guān)電源整流模塊的容量為48V/50A。根據(jù)相關(guān)規(guī)范,按市電停電后基站設(shè)備維持時(shí)間3h傳輸設(shè)備維持時(shí)間20h來(lái)配置直流系統(tǒng)。該系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)如下: 1)確定蓄電池的容量 Q=C3I基站+C20I傳輸=5.95×83.3+28.4×6.25=673式中: C35時(shí)畜電池3h放電容量系數(shù) C205時(shí)畜電池20h放電容量系數(shù) 經(jīng)計(jì)算,蓄電池容量為6

4、73Ah,考慮到發(fā)展需要,設(shè)計(jì)蓄電池為2組400Ah。 2)計(jì)算均充時(shí)總電流 I總=I負(fù)荷+I均=(4000+300)/56.5+80=76+ 80=156 3)確定整流模塊數(shù)量 根據(jù)計(jì)算,為滿(mǎn)足通信設(shè)備與蓄電池均充電流的負(fù)荷,應(yīng)配置4個(gè)50A整流模塊?？紤]到N+1備用,應(yīng)配置5個(gè)50A整流模塊。 由上例可見(jiàn),根據(jù)一般的設(shè)計(jì)原則,蓄電池與整流模塊的容量較大。 在移動(dòng)通信發(fā)展的初期,由于基站載頻較少,通信設(shè)備的功耗不大,電源設(shè)備的容量問(wèn)題并不突出。目前許多基站的載頻達(dá)到20多個(gè),甚至更多。按照此類(lèi)設(shè)計(jì)方法,蓄電池與整流模塊的容量將是驚人的,甚至在工程中無(wú)法實(shí)施。例如對(duì)于一個(gè)24載頻的基站,蓄電池

5、至少需要2組600 Ah,50A整流模塊達(dá)到7個(gè)。 那么,基站設(shè)備對(duì)電源容量的需求是不是真的如此大呢? 2、實(shí)際電源系統(tǒng)的設(shè)備配置原則 根據(jù)基站運(yùn)行的實(shí)際情況可知,基站內(nèi)通信設(shè)備的日常功耗小于設(shè)備生產(chǎn)商提供的數(shù)據(jù),有的甚至存在較大的出入。通過(guò)對(duì)上例中12載頻基站的計(jì)算發(fā)現(xiàn),其忙時(shí)功耗一般處于2030A之間,遠(yuǎn)小于83A。經(jīng)過(guò)對(duì)大量基站實(shí)際運(yùn)行情況的調(diào)查,筆者認(rèn)為在進(jìn)行基站電源設(shè)計(jì)時(shí),如果以基站通信設(shè)備日常工作的負(fù)荷作為設(shè)計(jì)的依據(jù),并考慮一定的安全系數(shù),將會(huì)使設(shè)計(jì)更加符合實(shí)際情況,同時(shí)使電源配置更趨合理。 另外,在基站設(shè)備日常工作中,開(kāi)關(guān)電源僅為通信設(shè)備和蓄電池浮充提供電能,其工作負(fù)荷很輕,都在

6、20%甚至10%以下,整流模塊大部分時(shí)間處于熱備用狀態(tài),利用率很低。針對(duì)這種情況,筆者認(rèn)為在保障通信系統(tǒng)供電安全的前提下,取消備用模塊,將使電源整流模塊的利用率提高,系統(tǒng)的配置更加合理。當(dāng)然,取消備用模塊并不是無(wú)條件的,而是考慮到以下因素,使取消備用模塊成為可能。 a)目前大部分基站都實(shí)施了動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)基站開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。在整流模塊發(fā)生故障后,可以立即發(fā)現(xiàn)并由維護(hù)人員上站更換。 b)隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,目前整流模塊的電壓輸入范圍很寬,可以達(dá)到±25%以上,甚至超出了一些穩(wěn)壓器的工作范圍。 c)隨著開(kāi)關(guān)電源設(shè)備在國(guó)內(nèi)通信行業(yè)的廣泛使用,其穩(wěn)定性也在不斷地提高

7、。 d)目前各運(yùn)營(yíng)商在工程中使用的開(kāi)關(guān)電源都是通過(guò)產(chǎn)品的選型入圍產(chǎn)生、也是網(wǎng)內(nèi)長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)的、質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定的產(chǎn)品,具有較高的可靠性和較好的售后服務(wù)。 這些因素保證了開(kāi)關(guān)電源整流模塊可以長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于損壞的模塊做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)并更換,從而滿(mǎn)足了通信設(shè)備負(fù)荷和蓄電池均充電流容量的需求,使取消整流器備用模塊后對(duì)整個(gè)電源系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行沒(méi)有大的影響。 下面以基站內(nèi)通信設(shè)備的實(shí)際功耗為依據(jù),采用以上提出的電源配置原則,對(duì)上例的電源系統(tǒng)重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。 根據(jù)實(shí)際網(wǎng)內(nèi)運(yùn)行的基站設(shè)備負(fù)荷,并考慮一定的安全系數(shù),首先確定上例中基站設(shè)備12載頻的耗電量為30A,光傳輸設(shè)備仍以6.25A計(jì)算。 1)確定蓄電池的容量 Q=C

8、3I基站+C20I傳輸=5.95×30+28.4×6.25=356 經(jīng)計(jì)算,蓄電池容量為356 Ah,2組200 Ah的電池可以滿(mǎn)足工程的需求?？紤]到發(fā)展需要,設(shè)計(jì)蓄電池為2組300 Ah。 2)計(jì)算均充時(shí)總電流 I總=I負(fù)荷+I均=30+300/56.5+60=36+60=96 3)確定整流模塊數(shù)量 根據(jù)計(jì)算,為滿(mǎn)足通信設(shè)備與蓄電池均充電流,應(yīng)配置2個(gè)50A整流模塊。 3、兩種設(shè)計(jì)方案的對(duì)比及應(yīng)注意的問(wèn)題 從以上兩種方案可以看出,對(duì)于同樣的基站設(shè)備,由于采取了不同的電源配置原則,設(shè)計(jì)結(jié)果存在著很大的差別。第一種方案中配置250A的整流模塊,而日?；就ㄐ旁O(shè)備的實(shí)際功耗不到

9、36A,整流模塊的負(fù)荷率很低,設(shè)計(jì)明顯存在不合理之處。 從投資角度來(lái)看,按新建一套直流系統(tǒng)考慮,以上兩種方案1個(gè)基站的投資相差約2萬(wàn)元以上,以一個(gè)地區(qū)有500個(gè)基站計(jì)算,其初期投資將相差1000萬(wàn)元以上,其浪費(fèi)是驚人的。 按照本文提出的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)注意以下問(wèn)題: a)應(yīng)對(duì)目前網(wǎng)內(nèi)運(yùn)行的同型號(hào)的基站設(shè)備進(jìn)行一次詳細(xì)的調(diào)查,選擇有代表性的基站(例如火車(chē)站、汽車(chē)站、繁華商業(yè)區(qū)、商務(wù)區(qū)等),按不同載頻數(shù)量進(jìn)行歸類(lèi),記錄下來(lái)忙時(shí)的負(fù)荷,總結(jié)其中的規(guī)律,從而制定出通信設(shè)備工作時(shí)的實(shí)際功耗作為設(shè)計(jì)的依據(jù)。 b)動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)工程的實(shí)施為及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、排除故障提供了有力的工具,使取消備用模塊成為可能。

10、但需要指出的是,目前一部分地區(qū)的基站采用的是干節(jié)點(diǎn)方式的動(dòng)力監(jiān)控系統(tǒng),這種監(jiān)控系統(tǒng)僅能監(jiān)控有無(wú)市電、電壓高低等少數(shù)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)告警量,而不能監(jiān)測(cè)到整流模塊的故障。這時(shí),整流模塊故障將無(wú)法實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn),為保障電源系統(tǒng)的安全運(yùn)行,這種監(jiān)控系統(tǒng)暫時(shí)不應(yīng)取消備用模塊。 c)對(duì)于自然條件惡劣、維護(hù)不便、交流電長(zhǎng)期不穩(wěn)定的基站,蓄電池容量應(yīng)根據(jù)工程情況適當(dāng)配置大一些,同時(shí)保留備用整流模塊。 毋庸質(zhì)疑,采用方案一配置的電源具有較大的容量,在基站停電后可以保持基站設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間維持工作,但這種配置是在犧牲了大量投資的基礎(chǔ)上取得的,且蓄電池的壽命也不是一勞永逸的,有些蓄電池甚至56年后就需要更換,而目前交流電網(wǎng)的質(zhì)量在不

11、斷提高。因此,只要將基站電源直流系統(tǒng)保持在一個(gè)合理的配置水平即可。 4、結(jié)束語(yǔ) 按照通信設(shè)備廠商提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行基站電源直流系統(tǒng)的設(shè)計(jì),計(jì)算出的容量往往大于實(shí)際系統(tǒng)的需求。極端情況下設(shè)計(jì)出的電池和開(kāi)關(guān)電源的容量甚至在工程中無(wú)法順利實(shí)施。因此,有必要根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行情況對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行修正,使其更符合實(shí)際。同時(shí),在安裝了電源監(jiān)控系統(tǒng)的基站,取消電源備用模塊,同樣可以保障電源系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。需要指出的是,根據(jù)實(shí)際負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計(jì),對(duì)基站交流系統(tǒng)電力引入的容量及投資同樣是十分重要的。 因此,根據(jù)工程的具體情況,從實(shí)際出發(fā),在滿(mǎn)足通信系統(tǒng)可靠要求的前提下,合理地設(shè)計(jì)電源系統(tǒng),對(duì)保障通信系統(tǒng)安全運(yùn)行、降低工程投資具有重要的意義。     相關(guān)論文    ·