移动通信基站直流电源专业系统设计方法的探讨.doc

移动通信基站直流电源系统设计方法探讨摘要:针对现在基站通信电源设计中使用传统设计方法造成电源直流系统容量配置偏大问题,本文提出了按实际负荷作为设计依据、同时降低备用整流模块设备配置标准,并对两种设计方法进行了比较。 序言 通信电源稳定可靠运行是整个通信系统正常运行基础,所以,通信电源配置必需科学、合理、规范。通信设备直流负荷容量直接影响到通信电源直流系统设计,是最关键设计依据,它正确程度,将直接影响到电源系统可靠性和经济。因为移动基站数量众多,这种影响在电源系统设计中则愈加显著。 移动基站含有数量众多、站址分散特点,同时,很多基站交流供电不稳定,如存在季节性停电、电压波动大等原因,使用权基站电源维护任务十分繁重。所以,要求基站电源设计必需考虑到这些原因。在直流系统设计中,既要使电源设备确保一定冗余量,在基站停电时能够为基站内通信设备维持一定供电时间,又要充足考虑到建设经济性,而不是一味地增大电源设备容量配置。 1、传统基站电源直流系统容量计算 通常而言,在基站电源设计中,通信设备负荷通常由相关通信设备制造商提供,并将此数据作为设计依据。同时,依据通信电源设计相关规范要求,开关电源整流模块在满足通信设备负荷和蓄电池均充电流基础上通常还要额外配置备用模块。下面是根据这些设计标准,对基站设备进行电源设计实例。 依据某站设备制造商提供数据,该设备采取48V直流电源供电,12载频功耗为4000W(约83.3A),光传输设备功耗为300W(约6.25A),所采取开关电源整流模块容量为48V/50A。依据相关规范,按市电停电后基站设备维持时间3h传输设备维持时间20h来配置直流系统。该系统电源设计以下: 1)确定蓄电池容量 Q=C3I基站+C20I传输=5.9583.3+28.46.25=673式中: C35时畜电池3h放电容量系数 C205时畜电池20h放电容量系数 经计算,蓄电池容量为673Ah,考虑到发展需要,设计蓄电池为2组400Ah。 2)计算均充时总电流 I总=I负荷+I均=(4000+300)/56.5+80=76+ 80=156 3)确定整流模块数量 依据计算,为满足通信设备和蓄电池均充电流负荷,应配置4个50A整流模块。考虑到N+1备用,应配置5个50A整流模块。 由上例可见,依据通常设计标准,蓄电池和整流模块容量较大。 在移动通信发展早期,因为基站载频较少,通信设备功耗不大,电源设备容量问题并不突出。现在很多基站载频达成20多个,甚至更多。根据这类设计方法,蓄电池和整流模块容量将是惊人,甚至在工程中无法实施。比如对于一个24载频基站,蓄电池最少需要2组600 Ah,50A整流模块达成7个。 那么,基站设备对电源容量需求是不是真如此大呢?2、实际电源系统设备配置标准 依据基站运行实际情况可知,基站内通信设备日常功耗小于设备生产商提供数据,有甚至存在较大出入。经过对上例中12载频基站计算发觉,其忙时功耗通常处于2030A之间,远小于83A。经过对大量基站实际运行情况调查,笔者认为在进行基站电源设计时,假如以基站通信设备日常工作负荷作为设计依据,并考虑一定安全系数,将会使设计愈加符合实际情况,同时使电源配置更趋合理。 另外,在基站设备日常工作中,开关电源仅为通信设备和蓄电池浮充提供电能,其工作负荷很轻,全部在20%甚至10%以下,整流模块大部分时间处于热备用状态,利用率很低。针对这种情况,笔者认为在保障通信系统供电安全前提下,取消备用模块,将使电源整流模块利用率提升,系统配置愈加合理。当然,取消备用模块并不是无条件,而是考虑到以下原因,使取消备用模块成为可能。 a)现在大部分基站全部实施了动力环境监控系统,能够实现对基站开关电源系统实时监控。在整流模块发生故障后,能够立即发觉并由维护人员上站更换。 b)伴随电力电子技术发展,现在整流模块电压输入范围很宽,能够达成25%以上,甚至超出了部分稳压器工作范围。 c)伴随开关电源设备在中国通信行业广泛使用,其稳定性也在不停地提升。 d)现在各运行商在工程中使用开关电源全部是经过产品选型入围产生、也是网内长久运行、质量相对稳定产品,含有较高可靠性和很好售后服务。 这些原因确保了开关电源整流模块能够长久稳定运行。对于损坏模块做到立即发觉并更换,从而满足了通信设备负荷和蓄电池均充电流容量需求,使取消整流器备用模块后对整个电源系统稳定运行没有大影响。 下面以基站内通信设备实际功耗为依据,采取以上提出电源配置标准,对上例电源系统重新进行设计。 依据实际网内运行基站设备负荷,并考虑一定安全系数,首先确定上例中基站设备12载频耗电量为30A,光传输设备仍以6.25A计算。 1)确定蓄电池容量 Q=C3I基站+C20I传输=5.9530+28.46.25=356 经计算,蓄电池容量为356 Ah,2组200 Ah电池能够满足工程需求。考虑到发展需要,设计蓄电池为2组300 Ah。 2)计算均充时总电流 I总=I负荷+I均=30+300/56.5+60=36+60=96 3)确定整流模块数量 依据计算,为满足通信设备和蓄电池均充电流,应配置2个50A整流模块。 3、两种设计方案对比及应注意问题 从以上两种方案能够看出,对于一样基站设备,因为采取了不一样电源配置标准,设计结果存在着很大差异。第一个方案中配置250A整流模块,而日常基站通信设备实际功耗不到36A,整流模块负荷率很低,设计显著存在不合理之处。 从投资角度来看,按新建一套直流系统考虑,以上两种方案1个基站投资相差约2万元以上,以一个地域有500个基站计算,其早期投资将相差1000万元以上,其浪费是惊人。 根据本文提出方案进行设计时,应注意以下问题: a)应对现在网内运行同型号基站设备进行一次具体调查,选择有代表性基站,按不一样载频数量进行归类,统计下来忙时负荷,总结其中规律,从而制订出通信设备工作时实际功耗作为设计依据。 b)动力环境监控系统工程实施为立即发觉问题、排除故障提供了有力工具,使取消备用模块成为可能。但需要指出是,现在一部分地域基站采取是干节点方法动力监控系统,这种监控系统仅能监控有没有市电、电压高低等少数简单开关告警量,而不能监测到整流模块故障。这时,整流模块故障将无法实时发觉,为保障电源系统安全运行,这种监控系统临时不应取消备用模块。 c)对于自然条件恶劣、维护不便、交流电长久不稳定基站,蓄电池容量应依据工程情况合适配置大部分,同时保留备用整流模块。 毋庸质疑,采取方案一配置电源含有较大容量,在基站停电后能够保持基站设备长时间维持工作,但这种配置是在牺牲了大量投资基础上取得,且蓄电池寿命也不是一劳永逸,有些蓄电池甚至56年后就需要更换,而现在交流电网质量在不停提升。所以,只要将基站电源直流系统保持在一个合理配置水平即可。 4、结束语 根据通信设备厂商提供数据进行基站电源直流系统设计,计算出容量往往大于实际系统需求。极端情况下设计出电池和开关电源容量甚至在工程中无法顺利实施。所以,有必需依据设备运行情况对这些数据进行修正,使其更符合实际。同时,在安装了电源监控系统基站,取消电源备用模块,一样能够保障电源系统安全稳定运行。需要指出是,依据实际负荷进行设计,对基站交流系统电力引入容量及投资一样是十分关键。 所以,依据工程具体情况,从实际出发,在满足通信系统可靠要求前提下,合理地设计电源系统,对保障通信系统安全运行、降低工程投资含相关键意义。