移動通信基站直流電源系統(tǒng)設計方法的探討

1、移動通信基站直流電源系統(tǒng)設計方法的探討    摘要:針對目前基站通信電源設計中使用傳統(tǒng)設計方法造成電源直流系統(tǒng)容量配置偏大的問題,本文提出了按實際負荷作為設計依據、同時減少備用整流模塊的設備配置原則,并對兩種設計方法進行了比較。 關鍵詞:移動通信;直流負荷;動力監(jiān)控系統(tǒng);整流模塊 前言 通信電源穩(wěn)定可靠的運行是整個通信系統(tǒng)正常運行的基礎,因此,通信電源的配置必須科學、合理、規(guī)范。通信設備直流負荷的容量直接影響到通信電源直流系統(tǒng)的設計,是最重要的設計依據,它的準確程度,將直接影響到電源系統(tǒng)的可靠性與經濟。由于移動基站的數量眾多,這種影響在電源系統(tǒng)的設計中則

2、更加顯著。 移動基站具有數量眾多、站址分散的特點,同時,許多基站的交流供電不穩(wěn)定,如存在季節(jié)性的停電、電壓波動大等因素,使用權基站電源的維護任務十分繁重。因此,要求基站電源的設計必須考慮到這些因素。在直流系統(tǒng)的設計中,既要使電源設備保證一定的冗余量,在基站停電時能夠為基站內通信設備維持一定的供電時間,又要充分考慮到建設的經濟性,而不是一味地增大電源設備的容量配置。 1、傳統(tǒng)基站電源直流系統(tǒng)的容量計算 一般而言,在基站的電源設計中,通信設備的負荷一般由相關通信設備制造商提供,并將此數據作為設計的依據。同時,根據通信電源設計的相關規(guī)范要求,開關電源的整流模塊在滿足通信設備負荷與蓄電池均充電流的基礎

3、上一般還要額外配置備用模塊。下面是按照這些設計原則,對基站設備進行電源設計的實例。 根據某站設備制造商提供的數據,該設備采用48V直流電源供電,12載頻的功耗為4000W(約83.3A),光傳輸設備功耗為300W(約6.25A),所采用開關電源整流模塊的容量為48V/50A。根據相關規(guī)范,按市電停電后基站設備維持時間3h傳輸設備維持時間20h來配置直流系統(tǒng)。該系統(tǒng)的電源設計如下: 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時畜電池3h放電容量系數 C205時畜電池20h放電容量系數 經計算,蓄電池容量為6

4、73Ah,考慮到發(fā)展需要,設計蓄電池為2組400Ah。 2)計算均充時總電流 I總=I負荷+I均=(4000+300)/56.5+80=76+ 80=156 3)確定整流模塊數量 根據計算,為滿足通信設備與蓄電池均充電流的負荷,應配置4個50A整流模塊?？紤]到N+1備用,應配置5個50A整流模塊。 由上例可見,根據一般的設計原則,蓄電池與整流模塊的容量較大。 在移動通信發(fā)展的初期,由于基站載頻較少,通信設備的功耗不大,電源設備的容量問題并不突出。目前許多基站的載頻達到20多個,甚至更多。按照此類設計方法,蓄電池與整流模塊的容量將是驚人的,甚至在工程中無法實施。例如對于一個24載頻的基站,蓄電池

5、至少需要2組600 Ah,50A整流模塊達到7個。 那么,基站設備對電源容量的需求是不是真的如此大呢? 2、實際電源系統(tǒng)的設備配置原則 根據基站運行的實際情況可知,基站內通信設備的日常功耗小于設備生產商提供的數據,有的甚至存在較大的出入。通過對上例中12載頻基站的計算發(fā)現,其忙時功耗一般處于2030A之間,遠小于83A。經過對大量基站實際運行情況的調查,筆者認為在進行基站電源設計時,如果以基站通信設備日常工作的負荷作為設計的依據,并考慮一定的安全系數,將會使設計更加符合實際情況,同時使電源配置更趨合理。 另外,在基站設備日常工作中,開關電源僅為通信設備和蓄電池浮充提供電能,其工作負荷很輕,都在

6、20%甚至10%以下,整流模塊大部分時間處于熱備用狀態(tài),利用率很低。針對這種情況,筆者認為在保障通信系統(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。當然,取消備用模塊并不是無條件的,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施了動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng),可以實現對基站開關電源系統(tǒng)的實時監(jiān)控。在整流模塊發(fā)生故障后,可以立即發(fā)現并由維護人員上站更換。 b)隨著電力電子技術的發(fā)展,目前整流模塊的電壓輸入范圍很寬,可以達到±25%以上,甚至超出了一些穩(wěn)壓器的工作范圍。 c)隨著開關電源設備在國內通信行業(yè)的廣泛使用,其穩(wěn)定性也在不斷地提高

7、。 d)目前各運營商在工程中使用的開關電源都是通過產品的選型入圍產生、也是網內長期運營的、質量相對穩(wěn)定的產品,具有較高的可靠性和較好的售后服務。 這些因素保證了開關電源整流模塊可以長期穩(wěn)定運行。對于損壞的模塊做到及時發(fā)現并更換,從而滿足了通信設備負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整個電源系統(tǒng)的穩(wěn)定運行沒有大的影響。 下面以基站內通信設備的實際功耗為依據,采用以上提出的電源配置原則,對上例的電源系統(tǒng)重新進行設計。 根據實際網內運行的基站設備負荷,并考慮一定的安全系數,首先確定上例中基站設備12載頻的耗電量為30A,光傳輸設備仍以6.25A計算。 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 經計算,蓄電池容量為356 Ah,2組200 Ah的電池可以滿足工程的需求。考慮到發(fā)展需要,設計蓄電池為2組300 Ah。 2)計算均充時總電流 I總=I負荷+I均=30+300/56.5+60=36+60=96 3)確定整流模塊數量 根據計算,為滿足通信設備與蓄電池均充電流,應配置2個50A整流模塊。 3、兩種設計方案的對比及應注意的問題 從以上兩種方案可以看出,對于同樣的基站設備,由于采取了不同的電源配置原則,設計結果存在著很大的差別。第一種方案中配置250A的整流模塊,而日常基站通信設備的實際功耗不到

9、36A,整流模塊的負荷率很低,設計明顯存在不合理之處。 從投資角度來看,按新建一套直流系統(tǒng)考慮,以上兩種方案1個基站的投資相差約2萬元以上,以一個地區(qū)有500個基站計算,其初期投資將相差1000萬元以上,其浪費是驚人的。 按照本文提出的方案進行設計時,應注意以下問題: a)應對目前網內運行的同型號的基站設備進行一次詳細的調查,選擇有代表性的基站(例如火車站、汽車站、繁華商業(yè)區(qū)、商務區(qū)等),按不同載頻數量進行歸類,記錄下來忙時的負荷,總結其中的規(guī)律,從而制定出通信設備工作時的實際功耗作為設計的依據。 b)動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)工程的實施為及時發(fā)現問題、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)點方式的動力監(jiān)控系統(tǒng),這種監(jiān)控系統(tǒng)僅能監(jiān)控有無市電、電壓高低等少數簡單的開關告警量,而不能監(jiān)測到整流模塊的故障。這時,整流模塊故障將無法實時發(fā)現,為保障電源系統(tǒng)的安全運行,這種監(jiān)控系統(tǒng)暫時不應取消備用模塊。 c)對于自然條件惡劣、維護不便、交流電長期不穩(wěn)定的基站,蓄電池容量應根據工程情況適當配置大一些,同時保留備用整流模塊。 毋庸質疑,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備長時間維持工作,但這種配置是在犧牲了大量投資的基礎上取得的,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,而目前交流電網的質量在不

11、斷提高。因此,只要將基站電源直流系統(tǒng)保持在一個合理的配置水平即可。 4、結束語 按照通信設備廠商提供的數據進行基站電源直流系統(tǒng)的設計,計算出的容量往往大于實際系統(tǒng)的需求。極端情況下設計出的電池和開關電源的容量甚至在工程中無法順利實施。因此,有必要根據設備的運行情況對這些數據進行修正,使其更符合實際。同時,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)定的運行。需要指出的是,根據實際負荷進行設計,對基站交流系統(tǒng)電力引入的容量及投資同樣是十分重要的。 因此,根據工程的具體情況,從實際出發(fā),在滿足通信系統(tǒng)可靠要求的前提下,合理地設計電源系統(tǒng),對保障通信系統(tǒng)安全運行、降低工程投資具有重要的意義。     相關論文    ·