新型末端设备供备电应用研究

郭云峥, 王启凡, 郝云飞( 中国移动通信集团设计院有限公司，北京 00080; 中国移动通信集团广东有限公司深圳分公司，深圳 58048）



新型末端设备供备电应用研究

郭云峥1, 王启凡1, 郝云飞2
(1 中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080; 2 中国移动通信集团广东有限公司深圳分公司，深圳 518048）

摘 要本文提出了一种有别于普通UPS和壁挂电源，针对现网末端设备开发的，能够灵活兼容、快速实施的模块化供备电装置，为室分各类末端设备提供不间断电源保障及全面监控功能。

关键词末端设备；模块化；供备电

随着大数据时代的来临，大量个人信用、交易信息等应用数据承载到网络上，对高速数据网络的安全性、可靠性提出了更高的要求，末端设备的网络地位已经不再“末端”。研究开发一种节能高效、空间集约、模块化灵活拼装的末端设备供备电装置，在无需改变原有供电线路情况下，为移动通信网络中的RRU等末端负载设备提供不间断电源，变得重要而迫切。

1　需求分析

要实现节能高效、空间集约、模块化灵活拼装的目标，需要从具体场景和负载类型等方面入手，以确定要重点解决的技术问题。

1.1场景类型

从调研和统计结果看，移动现网室分末端站安装环境复杂，RRU负载供电类型、制式和设备厂家多样，负载个数不定。以某移动公司TD-LTE某期室分工程为例，各种安装场景统计结果为弱电井场景占65%，简易机房占10%，移动机房占14%，地下室外墙占10%，其它场景占1%。

现场存在的问题主要可分为以下几大类型：（1）多数负载安装在弱电井等狭小空间，散热不畅，通风条件差。（2）现网末端设备的供备电系统，结构设计不合理，安装及维护很困难，无法扩容。（3）传统的UPS或壁挂电源供备电方案，其占地面积大，安装受限。（4）绝大多数末端设备供备电设备采用风扇散热，噪音大，可靠性差，易老化，居民投诉强烈。（5）部分室内场所存在渗水、灰尘等恶劣因素，影响设备稳定。

1.2负载类型

现网室内末端站供电经过模块组合，需满足直流、交流和交直混合各种场景。据统计，现网中约69%的室内末端站点只安装交流型RRU设备，约66%的末端站点中，1套供备电系统带载2～3个交流 RRU。而且在同一安装位置，2～3种制式RRU并存情况较为普遍。对于采用-48 V直流供电的末端站点，约97%的站点只配置1～2台直流 RRU。

通过以上分析，根据《中国移动通信电源系统工程设计规范》（QB-J-017-2013）备电时间为1～3h的要求，在RRU的数量为2～3台的主流场景下，用电设备功率需求区间为700～1 000 W，一般备电装置配置1组50Ah蓄电池的充电功率约300 W。

1.3设计需求

根据设计需求调研分析，可归纳出室分末端供备电系统的基本设计要求如下。

（1）系统架构应采用模块化设计，支持并联扩展和交、直流混合供电，通用接口设计方便维护和扩容。

（2）采取自然散热，减少风扇噪声和业主投诉。

（3）防护达到IP55等级，确保各种环境设备稳定，也便于在半开放式场景使用。

（4）电池模块应采用锂电，易于安装、更换及扩容，容量按大于1 h的3台 RRU备电需求。

（5）整流模块功率规格确定为1.5 kW，变换模块功率规格确定为1kW，以满足室分末端站2～3个交流RRU主流场景需求。

2　设计原理

2.1拓扑结构

本文提出模块化供备装置解决方案，系统结构包括功率模块（含-48V整流模块、变换模块）、48V蓄电池模块及监控模块等组成。系统框图如图1所示。

图1　供备电装置系统组成框图

整流模块：输入交流220V，输出直流-48V，提供电池充放电管理功能并集成监控模块，提供3路直流负载输出，支持并联。

变换模块：提供2路输入（直流 -48 V、交流220 V），采用ECO模式支持交流负载，有市电由交流输入供电，无市电时由备用电池供电，能效更高，无缝切换，响应时长为零。

48 V蓄电池模块：模块化方式的蓄电池组，易于安装和更换，支持并联扩容。

监控模块：监控整个系统各单元的运行状况，对系统各模块运行参数进行采集、显示、设置，并根据系统状态进行自动控制和保护，同时与外部计算机进行接口通信。

根据负载供电类型和容量需求，选择不同的功率模块（含输入和输出接口）、蓄电池模块以及输出扩展模块，现场灵活拼装，可满足相应交流、直流和交直混合模式下的供备电需求。

2.2工作原理

根据负载供电类型不同，室分末端供备电装置运行方式如下。

（1）直流负载场景：市电正常时，整流模块同时为电池充电和直流负载提供电流；市电异常时，电池通过整流模块的切换电路向负载提供电流。

（2）交流负载场景：市电正常时，整流模块为电池充电，变换模块设计运行于ECO模式，将220 V交流转换成240 V直流，供给交流负载。市电异常时，电池通过整流模块的切换电路向变换模块供电，变换模块将-48 V直流电升压成240 V直流电，供给交流负载。

（3）交直流混合场景：结合以上两种场景，整流、变换各模块同时支持交直流负载。

其中， RRU电源前端模块目前均采用先进的全桥整流电路，RRU实际工作在240 V直流状态下，因此采用ECO模式，不需要整流模块提供功率，节能降耗，比逆变方式效率更高。在其它类别负载场景中，亦可采用逆变方式模块。

2.3监控过程

现有末端供备电设备均不具备接入动环监控的能力。本应用为落实监控功能，提高集约化程度，在整流模块中集成了监控模块，提供1路RS-485，2路干接点监控接口，由带内或带外方式接入监控平台。相关模块的连接关系和工作模式如图2所示。

图2　监控模块工作运行示意图

监控模块实时监控整流、电池和变换等模块的状态，对于电池和变换模块通过内部接口连接。所有的监控数据通过RS-485上传，一种是利用RRU设备本身传输链路，实现带内传输给远端监控平台，不占用独立传输资源；一种是对其它负载，通过带外传输实现监控。

2.4主要接口

整流模块、变换模块、电池模块支持多种组合拼装，实现扩容，其中交流输入、输出端子采用防水快插端子；直流输出端子中电池接口采用OT端子，负载采用OT或快插端子。监控接口利用RJ-45端子，定义了1路RS-485和2路干节点。

3　测试应用

完成设计研发及实验室测试后，我们选择了2个满足直流和交流两种试验站场景的现网站点HYDS和PSFYT，进行安装和应用实测。

3.1安装测试

实验站改造安装过程不超过3.5 h，割接时间不超过2 min，基本不影响业务。另外，通过RRU监控接口，按照带内网管模式配置监控，可以实时监控供备电设备的运行及状态。经过实际测试，现网监控正常，高度满足一体化监控平台要求。

试验站PSFYT为TD-SCDMA、TD-LTE双模共站站点，面积狭小（3.1 m×1.7 m），机房空间经过替换UPS设备及改造之后，空间得到明显改善。

3.2效果对比

为验证模块化末端站备电系统的在网改善效果，按照表1的三大项测试内容对新型末端设备供备电设备进行了测试。

根据维护人员现场维护观察及网管后台采集的网管告警数据，HYDS试验站备电改造前，两个月内断电9次，业务多次中断；改造后，将近两个月时间，仅因为市电输入异常出现一次告警，改善对比效果明显。PSFYT试验站，备电改造前，两个月内断电两次，直接导致业务中断。改造后，将近两个月时间，业务中断情况为零，改善对比效果非常明显。

表1　新型末端设备供备电设备在网测试结果汇总

4　评估对比

4.1多种供备电方式对比

目前室分末端设备供备电方案主要有小型UPS、小型直流壁挂和拉远供电，新型室分末端供备电设备优势明显。各种供电设备的对比情况如表2所示。

4.2综合效益评估

综合投资收益分析如图3所示，末端RRU供备电装置是经济效益最优的选择。末端供备电设备的初期投入与普通壁挂电源相当，仅略高于小型UPS电源。由于其长期稳定、性能可靠，在前5年运行中基本无需追加投入，仅在电池模块寿命到期后，需一次性投入更换并填补长久以来对末端RRU等负载设备工作状态和用电情况无法监控的技术空白；能够适应不同的室内环境，应用前景广泛。

表2　模块化供备装置与传统方式备电对比表　

图3　末端站点各种供备电设备投资收益分析图

5　总结

本文提出的室内末端设备供备电系统能适应于现网各种负载和安装复杂环境，可同时提供直流和交流供备电，具有安装灵活，环境适应性强，自然散热，施工和维护简单，经济效益有益的特点。其模块化标准化开发思路，为实际网络建设提供了“灵活兼容”、“简化工程”的解决方案，并经过实验室和现网验证，既解决室分末端负载设备的供备电，又解决末端设备监控功能，适合其它各种通信网络末端设备的备电，具有广泛的应用前景。电池即可继续使用。

从社会效益看，该应用可以提高网络安全和工程建设效率，改造施工简洁，持续时间短，基本不影响业务；

参考文献

[1] 陈沛丰. 基于MC34063A的开关稳压电源设计及外围器件参数计算[J]. 机电工程技术, 2012,41(5).

[2] 朱亮. 高精度线性锂电池充电控制芯片的研究与设计[M]. 西安：西安电子科技大学，2008.

Application research for a new type power supply device of wireless base-station terminal equipment

GUO Yun-zheng1, WANG Qi-fan1, HAO Yun-fei2
(1 China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China; 2 China Mobile Group Guangdong Co., Ltd. Shenzhen Branch, ShenZhen 518048, China)

AbstractThis paper presents a new type of power supply device for present wireless base-station terminal equipment, which is different from the ordinary UPS and wall hanging type switching power supply. The new power supply device is modular and fl exibly compatible, and also can be fast installed. It can provide uninterrupted power supply security and comprehensive monitoring function for wireless basestation terminal equipment.

Keywordsterminal equipment; modularity; power supply

收稿日期：2015-06-26

中图分类号TN915

文献标识码A

文章编号1008-5599（2015）11-0086-04