陶现名

（中国铁塔股份有限公司云南省分公司，云南 昆明 650000）

0 引 言

目前，铁塔基站能源系统已从过去的一套开关电源加两组铅酸电池，演变成现在的一套开关电源加断电传感器、分路计量装置、油机发电识别、电池共用管理器、负载智能管理器、铅酸电池、锂电池、梯次电池、5G特殊配电装置、市电/油机切换设备以及仍在不断出现的新设备所构成的复杂能源系统，打乱机房的空间规划，机柜被新增的能源设施占用，变得更加拥塞。大量新设备输入电缆从开关电源引电，占用了开关电源的直流配电资源。新设备接动环又导致智能动环监控单元（Field Supervision Unit，FSU）不断扩容，大量上传信息交叉重复，不但增加了不必要的信息量，还降低了动环监控系统的效率。新增设备重复上站施工，故障点逐渐增加，给建设维护带来了极大压力，铁塔基站亟需一种有效的能源系统。

1 基站能源设施一体化概述

当一个地方出现一座铁塔后，附近就可能会出现第二座、第三座铁塔，每座塔下还会有机房和相应的能源配套等设施。由于这些设施属于不同的运营商资产，导致基站铁塔、机房内部空间以及能源配套设施的利用率非常低，因此提出了共建共享的策略[1]。中国铁塔股份有限公司（以下简称中国铁塔）成立后，运营商将基站移交给中国铁塔，基站资源实现了共享，基站重复建设问题也得到了有效解决。通过基站共享，为铁塔基站能源设施一体化建设提供了可借鉴的思路。

基站能源设施的核心是开关电源，但传统开关电源功能并不能满足多家运营商设备差异化供电需要。为了弥补传统开关电源功能不足，中国铁塔各分公司根据自身需要给能源系统打“补丁”，各种新技术、新设备不断应用到基站系统上。经过多年积累，系统变得更加臃肿复杂，带来不少新问题。事实证明，过多的补丁无法形成一个高效、经济的基站能源系统。基于此，必须通过系统化的设计将系统的每个组成部分、每种功能、每项指标以及平台各项内容构成一个有机整体[2]。

2 基站能源设施一体化实现措施

2.1 组成单元模块化

一体化首先需要一个标准化的硬件架构，用来承载原来那些分散的能源设施，包括开关电源。标准化的架构意味着各种功能单元需要模块化，但由于不同单元的性质、用途存在差别，因此不应该将模块化简单理解为大小规格一致，而应该根据实际需要对模块进行分类标准化，降低模块化的实施成本和技术难度。基站能源设施功能单元中，开关电源、电池共用管理器、负载智能管理器、交流配电设施、断电传感器以及油机等均是模块化的对象。

2.2 整流单元公用化

随着各种补充功能设施的介入，基站开关电源的功能空白逐步被填补。整流器是一种将交流电压变换为直流电压的装置，一般由整流模块并联组成。一体化系统可以依据不同品牌整流模块设计仓格，使过去只能在厂家开关电源上专用的整流模块变为可以在一体化能源系统上通用的整流模块。整流模块共用可以使大量库存模块以及从退役开关电源上拆卸下来的整流模块得到充分利旧，经济效益非常可观。

2.3 直流配电智能化

将传统开关电源的直流配电系统分解为多个智能化子系统，基站运营商可以依据与通信运营商签订的保障协议供差异化供电服务。例如，售电起租服务只有在用户完成售电流程后，对应子系统才会有电流输出。如果在免责时段发生停电，智能配电子系统还可以按照具体协议条件向运营商设备提供差异化的电池备电服务。直流配电智能化系统还可以准确统计各家通信运营商设备的直流耗电量，作为基站电费分摊的基础依据。

2.4 电池并联自由化

由于电池在使用过程中性能会有所下降，不同电池性能下降程度不一样，因此即使电池组性能开始完全一致，但是最终都等同于差异电池组并联。性能不一致的电池长期并联便会相互充放电，最终导致电池损坏。由于传统开关电源一直禁止不同品牌、不同时期、不同容量以及不同类型的电池组并联使用，造成了大量的有用电池浪费，因此一体化能源系统应具备电池共用管理功能，在符合应用规范与安全性要求的基础上允许差异电池自由接入。

2.5 直流变换最小化

目前，通信行业中存在用双向直流/直流（Direct Current/Direct Current，DC/DC）变换器解决一切电池电压差异问题的趋势，例如将双向DC/DC变换器植入锂电池使之成为智能锂电池、将双向DC/DC变换器植入电池共用管理器使之成为万能电池合路器等，但双向DC/DC变换器成本较高，很难实现大规模推广。如果充分利用整流模块，只需要一次DC/DC变换就可以解决常见电池电压差异问题[3]。一体化能源系统可以通过整流模块与电池共用管理模块的互动，在不额外增加双向DC/DC变换的情况下实现不同品牌、不同时期、不同容量以及不同类型的电池组共用，降低基站运营成本。

2.6 市电储能混动化

基站能源共享意味着能源调度变得简单易行，当需要利用电价差异降低基站运行电费时，可以采用“削峰填谷”模式。利用锂电池循环充电性能较强的优点，在电价高峰时段让锂电池放电，在电价谷值时段让锂电池充电。即使是在电价平值时段，也可以根据锂电池容量富余情况让锂电池与市电混合供电，进一步降低市电成本。

2.7 交流配电智能化

当基站需要发电时，传统发电方式需要人员进入基站倒换市电与油机转换开关。但很多情况下，人员无法及时进入基站，需要对交流配电进行智能化改造。当市电恢复以后，系统可以从油机自动倒换回市电。智能交流配电单元应具备市电和油机发电自动识别能力，避免瞒报、虚报发电量。由于5G负荷较大，因此传统单台油机不再适用，智能交流配电应允许多台油机同时发电，发电时还可以不对空调供电、不对电池充电。

2.8 结构布局实用化

传统模块化开关电源的设计特点是模块规格全部一致，排列整整齐齐，看似美观但不实用。一体化建设应关注整机结构的合理性和使用的方便性，从而有效提高工作效率。

3 云南铁塔能源设施一体化实例

3.1 多功能集成式电源

云南铁塔基站能源一体化研究成果为一种多功能集成式电源，如图1所示。设备集成了交流智能配电分机、整流单元、直流智能配电单元、电池共用管理单元、电压采集单元以及其他可以自由扩展的单元（太阳能控制单元、300～750 V高压直流远供单元以及57 V恒压输出单元等），这些单元可以替代现在的基站开关电源、蓄电池共用管理器、直流智能配电设备、太阳能控制设备、直流远供局端、升压模块、断电传感器以及分路计量设施等[4]。

图1 多功能集成式电源设备

3.2 多功能集成式电源应用场景

多功能集成式电源的完整应用场景如图2所示。除了具有常规开关电源的功能外，用户设备还拥有各自独立的直流配电空开。铅酸电池可定义为后备电池，锂电池可定义为储能电池，储能电池与市电混动。使用太阳能时，可以将部分电池共用模块调整为太阳能控制模块，实现太阳能与市电互动。如果需要拉远供电，那么可以将部分电池模块调整为升压模块。随着5G负载增加，原来的小容量油机发电已不适用，可以采取3台小容量油机同时发电，解决大容量油机无法搬运的问题[5]。

图2 多功能集成式电源应用场景

3.3 试点效果分析

多功能集成式电源样机于2021年9月上线试点，2022年4月通过了中国铁塔云南分公司相关部门组织的验收。基站能源设施一体化对于解决老旧机柜内部空间设备拥挤、电缆排列错综复杂、功能设施挤占机柜空间并占用FSU通信线路、蓄电池浪费大以及油机发电管理困难等问题均能起到良好的作用，不会再出现围绕传统开关电源功能不足而不断补充新设备的情况。基站运维管理的工作重心会从过去的不停上站施工、设备巡检，逐渐调整到专注于技术研究和系统运行指标管理。此外，通过基站能源设施一体化建设，设备投资下降30%，蓄电池浪费减少30%，综合施工费用减少50%，电缆消耗量减少60%，经济效益十分可观。通过精准利用免责时段服务协议实施差异化供电服务，还能大幅降低基站运维成本。

4 结 论

随着新的运营商设备入场和先期设备扩容，传统开关电源功能已经无法满足新的发展需求。通过铁塔基站能源设施一体化建设，可以保障开关电源等设施安全高效运行，同时避免一些不必要的重复投资，为行业可持续健康发展奠定坚实基础。