基于动力环境监控大数据的蓄电池性能研究

黄 伟 中国铁塔股份有限公司工程师

1 引言

电力保障是基站动力环境维护工作中最核心的部分，关系到基站各类设备能否稳定运行，其中蓄电池供电是保证基站停电后在外市电供电与发电供电间平稳过渡的重要环节。评估动力电池实际容量，获得较为准确的电池续航时长，是充分、有效地利用储备电能、保障通信设施正常运行、降低发电保障开支的重要前提。

现网蓄电池的性能评估面临诸多难题：蓄电池型号众多，入网年限、容量等资源数据靠人工录入难免有误差；保养水平、使用环境、放电次数等条件参差不齐，蓄电池性能下降情况各不相同；大多数基站不具备对蓄电池的直接监控能力，不具备远程核容功能，现场核容费时费力。因此，在实际运维工作中，对蓄电池的性能评估主要仍依赖一线维护人员的主观经验，无法对全网蓄电池情况作出全面、准确的评估，导致发电判断的准确性、蓄电池维保的精确性不足。

2 分析方法

2.1 评估原理

现网条件下，绝大多数蓄电池尚未安装智能控制器或其他辅助监控单元，无法直接获取蓄电池相关数据，本方法利用铁塔公司运维监控系统中开关电源、动环监控单元（FSU）等基站必须安装的动环监控设备的运行数据，通过一定的计算方法，来评估蓄电池的续航能力、容量等性能。

本方法的核心思路是计算基站外市电停电与主设备退服的时间差，作为蓄电池的续航时长，来评估蓄电池性能，即图1中时间T2—时间T1。其优点是便捷性高、准确性高，通过后台数据处理能快速评估蓄电池能力，且评估结果以站点实际情况为依据，数据可靠。

2.2 实施难点

本方法的应用存在以下难点：

（1）测算范围受限，仅能对发生过外市电停电的站点进行分析，未发生过的站点无法分析，通过对现网仅半年数据分析，约44%的基站发生过停电。

（2）若蓄电池连续放电，则对其性能评估易出现偏差，需要蓄电池对连续放电加以区分。

（3）从动环角度判断设备退服，主要依据开关电源上报的一次下电告警，现网存在部分开关电源不具备一次下电功能，需要其他替代方式识别设备退服。

以上3个问题中，问题（1）考虑到蓄电池主要应用在易停电基站，不易停电的基站对蓄电池依赖度较低，因此可以容忍。问题（2）、（3）则在具体分析方案上加以解决。

图1 外市电停电后主要动环告警时间轴

2.3 测算方法

本方法在根据监控数据测算电池容量的过程中引入了除停电告警、退服告警之外的多种停电关联告警，以及对应的电池放电直流电压、直流电流数据作为综合判断依据，并考虑到连续停电对测算准确性的影响，设计相关算法计算更为全面、准确的评估蓄电池性能（见图2）。

（1）非连续停电判断。在连续停电的情况下，蓄电池未充分充电，则据此做出的测算无法反映蓄电池真实容量。因此，本方法中设置连续停电时间间隔门限，将本次停电发生距离上次停电结束时间过短的情况剔除。

（2）退服判断。在停电期间，设备发生退服，则判断为此退服数据无误。

（3）退服（负载断开）判断。由于早期蓄电池的上级控制设备开关电源功能有限，可能无设备退服数据上报功能，但可上报伴随退服产生的负载断开告警，可认定蓄电池已停止向通信设备供电，但仍向监控设备供电。因此，在停电期间，设备发生负载断开，则判断为疑似退服（负载断开）。

（4）退服（监控离线）判断。停电后若未产生任何退服相关告警，但监控设备发生离线，可认定蓄电池已停止向所有设备供电。因此，在停电期间，监控设备发生离线，则判断为疑似退服（监控离线）。

图2 本方法蓄电池容量测算流程图

（5）退服（电压不足）判断。在停电期间，若未发生退服、负载断开、监控离线等告警上报，但电池电压持续下降至无法正常工作的电压，可认定为电池已到供电极限，蓄电池本应在此时停止向通信设备供电。因此，在停电期间，电池电压下降至规定门限值，则判断为退服（电压不足）。

（6）退服（电流陡降）判断。在停生期间，若未退服、负载断开、监控离线等告警上报，且蓄电池电压值缺失，但蓄电池电流在某一时刻发生陡降，达到预定门限，则可认定蓄电池已停止向通信设备供电。因此，在停电期间，电池电流陡降达到一定条件，则判断为退服（电流陡降）。

（7）电池续航时长测算。在停电期间，若满足（2）～（6）判断条件的至少一类，则可统计计算停电发生时间与判断满足时间的时间差，得到电池续航时长。若同时满足一类以上判断条件，则以（2）～（6）从高到低做优先级排序，选择优先级高的判断满足时间点。

3 现网应用

通过对现网100多万已监控基站的分析，近半年内共有44%的基站发生过外市电停电，6%的基站发生过退服，14%的基站可应用本方法判断为退服，进行蓄电池性能的测算（见图3）。

如图4所示，对现网可进行退服判断的基站进行分析后：

（1）4%的基站蓄电池续航时长在30min以下，蓄电池性能已严重衰退，需要优先整治。

图3 基站停电、退服占比

图4 蓄电池续航时长累积分布

（2）22%的基站蓄电池续航时长在0.5～3h之间，蓄电池性能已出现下降。

（3）48%的基站蓄电池续航时长在3～8h之间，蓄电池性能良好。

（4）26%的基站蓄电池续航时长在8h以上，需排查是否为重保站点或主设备尚未安装，若非以上两种情况，则存在蓄电池超配的情况。

根据本方法对电池续航能力的测算，若将测算结果续航不足3h的站址全部整治到续航3h水平，月平均站址退服时长可下降20%左右（见图5）。

4 结束语

铁塔公司运维监控系统为全国统一的基站动力环境监控平台，运行3年以来，积累了海量的动环监控数据。本文挖掘了各类动环设备数据与蓄电池性能的内在联系，阐述了一种通过判断基站蓄电池是否实际发生了完全放电来测算其续航时长的方法，实现了对全网较长周期内所有发生过退服的基站蓄电池性能评估。该方法无需检测设备、无需测试耗时、对现网无影响、测算人工成本低，且具有广泛的适用性，可为通信机房蓄电池管理工作提供有力的数据支撑，有效提升运维工作的精准作业水平。

图5 依据本方法整治效果预测