通信電源配置方法優(yōu)化 對降低CAPEX和OPEX的探討
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現(xiàn)有通信電源配置方法的思考
目前的通信電源配置方法一般如下：
Step1：計算負載電流I1(A)=直流負載功耗(W)/48(V)，
Step2：計算電池容量C1(Ah)=1.25*KT*T(h)*I1(A)
其中：KT:電池時間校正系數(shù)，是蓄電池廠家提供的，表示不同放電時間情況下電池實際放出容量與標稱容量之間的比值。一般查圖表獲得。
1.25:電池容量補償系數(shù)。電池使用過程中實際容量會逐漸減少，為了保證電池全壽命周期內(nèi)的后備時間，而設定的補償系數(shù)。
T:后備電池延時時間。根據(jù)現(xiàn)場電網(wǎng)情況和設備重要性設定，一般為8小時。
Step3：根據(jù)蓄電池廠家的型號清單，選定一款電池（其標稱容量為C2），要求C2基本等于或略大于C1。
Step4：計算電池充電電流I2(A)=KC×C2
其中：KC：電池充電系數(shù)。根據(jù)電池化學特性的要求，可在0.1~0.25之間取值，即充電時間為4h~10h。具體根據(jù)電網(wǎng)情況選擇。
Step5：根據(jù)I1＋I2來選擇具體通信電源型號。并要求做整流模塊的N+1備份。
例如：I1+I2為180A，選用50A整流模塊，則最終配置4＋1個整流模塊。
從以上的的計算方法中我們可以看到，對通信電源和蓄電池配置影響最大的是直流負載功耗。目前多數(shù)情況下都采用“最大功耗”。而這樣問題就出現(xiàn)了，“最大功耗”是什么？用這個最大功耗來進行蓄電池和通信電源配置是否合理？
通信設備實際功耗情況和平均功耗概念的提出
對于交換機類的通信設備，一個信道在被使用的時候，其功耗是最大的，例如10mA，而其空閑的時候其功耗大概只有1mA。也就是說，當所有信道都被使用的時候，這個設備的功耗為“最大功耗”。而在交換機實際配置的過程中，不可能做這樣沒有保障的配置。一般配置下，話務量最繁重的時候也就70－80％左右的信道被占用。也就是說“實際最大功耗”最多也就是“最大功耗”的80％。
而顯而易見，“實際最大功耗”并不是在全天24小時出現(xiàn)的，在凌晨時間段話務量極小的時候，交換設備功耗也就是最大功耗的十分之一。
同樣的情況，在移動通訊中也同樣存在。
在這個圖中可以看到，這個基站在20時的功耗是最高的，達到了4100W（即實際最大功耗，而此基站的理論“最大功耗”為4800W）。最低功耗只有1400W。導致如此巨大差異的根本就是基站業(yè)務量隨著時間變化而變化，導致了基站實際功耗的變動。
更何況對于現(xiàn)代基站，尤其是CDMA和3G基站，都采用了功率控制技術(shù)，其用戶量、業(yè)務量、用戶分布和距離、建筑屏蔽情況、基站分布等都會對基站實際功耗產(chǎn)生影響。而這些影響都使得基站實際功耗比理論的最大功耗進一步減小。
因此如果按照最大功耗4800W來配置計算通信電源和蓄電池，則會多配置蓄電池和通信電源，從而增加基本建設費用CAPEX。
那么用什么功耗來計算配置通信電源和蓄電池呢？
這里引入一個叫做“平均功耗”的概念。即將一個時間段內(nèi)的功耗進行積分并除以這個時間。如對于圖1所示的基站情況，其一天24小時內(nèi)的平均功耗大概為2700W。
但是在具體工程配置中，應該采用“N小時忙時平均功耗”這個概念。其中N小時是希望的蓄電池備份時間。一般工程中都要求蓄電池備份8小時，則一般采用“8小時忙時平均功耗”。在圖1中，可以看到14時到22時是功率最高的時段，其“8小時忙時平均功耗”約等于3700W。
“最大功耗”和“平均功耗”對CAPEX和OPEX影響的比較
“最大功耗”4800W和“8小時忙時平均功耗”3700W對蓄電池和通信電源配置的影響，如表1。
表1“最大功耗”和“8小時忙時平均功耗”對蓄電池和通信電源配置影響比較（注：8小時的電池時間校正系數(shù)KT取1.08，電池充電系數(shù)KC取0.15）
最大功耗
8小時忙時平均功耗
負載功耗值（W）
4800
3700
負載電流值I1(A)
100
77
電池容量C1（Ah）
1080
832
電池容量C2（Ah）
1200（2組600Ah）
800（2組400Ah）
充電電流I2(A)
180
120
總電流I1+I2(A)
280
197
整流模塊容量（A）
50
50
整流模塊數(shù)量（個）
7
5
可以見到，就蓄電池和通信電源的配置上，采用“8小時忙時平均功耗”配置方法得到的配置，在滿足電池后備時間的基礎上，配置更加精簡。大致減少設備投資20%.
設備配置的減少同時還可以使用更小容量的設備，減少設備的體積和占的面積，使用更小的機房，降低基建或者租賃費用。中興通訊就有若干基于這種思想開發(fā)通信電源設備，如ZXDU58S151可以將蓄電池組放置在通信電源機架中，減少了占地面積。
由于電池和通信電源容量的減少，所以相關的其它動力設備，如油機，變電/配電設備，油機等容量都可以減小。
以上都是采用“平均功耗”帶來的基本建設費用CAPEX的減小。
而運維費用OPEX一方面體現(xiàn)在更少的整流模塊備件數(shù)量上。另一方面，更多的體現(xiàn)在對電費的節(jié)省上。誠然通信設備實際功耗在兩種算法上并沒有變化，但是配置的整流模塊數(shù)量不同，導致了兩種情況下，通信電源工作在不同的負載率條件下。
如表1所示的兩種情況，設備實際功耗（取8小時忙時平均功耗）為77A，2種情況通信電源容量分別為350A和250A，則負載率分別為22％和31％。而現(xiàn)代通信電源在50％負載率以上的時候，效率都是比較高的，而低于50％負載率其效率隨著負載率降低而降低。這里9％的負載率的差異可能導致通信電源效率變化1-2％，而效率的差異將直接反映在總電費上1－2％的差異上。
應用“平均功耗”需要注意的一些事項
1）從前面“平均功耗”案例中我們可以看到，這個平均功耗是根據(jù)實際現(xiàn)有站點測量數(shù)據(jù)抽象出來的，但是一個新的工程項目事先是得不到這些數(shù)據(jù)的。這時利用新工程項目的業(yè)務量模型和通信設備在不同業(yè)務量下功耗的歷史數(shù)據(jù)模型來綜合估算出一個接近實際數(shù)據(jù)的“實際最大功耗”數(shù)據(jù)。然后乘以90％作為“8小時忙時平均功耗”。
2）“8小時忙時平均功耗”僅適用于一般情況的功率估算，對于例如春節(jié)中秋等節(jié)假日由于通信業(yè)務量大增導致負載功耗增加的情況并不適用。但是由于節(jié)假日一般電網(wǎng)保障性高些，這相對彌補了雖然由于負載功耗增加電池備份時間減少的情況。
3）雖然很多投標項目都被要求提供“最大功耗”，但是很多設備廠家提供的也不是最大功耗，而是“實際最大功耗”，因此在實際項目運作中，需要詳細分析。
4）需要注意的是，采用“8小時忙時平均功耗”算法得到的配置對電池充電可能有一定的影響：即在一個整流模塊故障后，在功耗最大的情況下，給電池充電速率將略小于原來希望的充電速率。但是這種幾率和影響都很小，工程上可以忽略不計。以表1中的情況為例，一個模塊故障之后，通信電源合計可以提供200A電流，但是恰巧剛才市電停電了幾個小時現(xiàn)在要給蓄電池充電，恰巧現(xiàn)在是20時業(yè)務最繁忙的時候負載電流是85A（4100W），則只能提供給電池115A的電流進行充電，略小于原來配置的120A，充電時間略為延長。而負載電流一旦下降一些，則電池充電電流將即時增加上來。
5）電池后備時間：從表1看，原來用“最大功耗”計算得到的配置電池是“8小時忙時平均功耗”的1.5倍，因此其電池后備時間也從8h＋增加到12h＋，這樣確實可以少量增加系統(tǒng)可靠性，減少業(yè)務中斷的幾率。但是這種增加是在設計期望之外的，以增加CAPEX和OPEX為代價的。其可靠性增加遠小于付出的代價。而另一方面，電網(wǎng)停電時間介于8小時和12小時之間的這種幾率非常的低。
6）這種通過“平均功耗”來優(yōu)化通信電源和蓄電池配置的方法同樣適用于UPS，太陽能等有儲能器件的動力系統(tǒng)。對于大容量和高成本的系統(tǒng)其效果尤為明顯。
通過通信電源配制方法并接合實際通信設備負載特性看出，采用“平均功耗”配置優(yōu)化方法進行的工程實際配置，可以減少通信電源和蓄電池約20％的設備投資，從而減少了CAPEX和OPEX，這種方法也適用于UPS和太陽能電源等動力設備。r> 77
電池容量C1（Ah）
1080
832
電池容量C2（Ah）
1200（2組600Ah）
800（2組400Ah）
充電電流I2(A)
180
120
總電流I1+I2(A)
280
197
整流模塊容量（A）
50
50
整流模塊數(shù)量（個）
7
5
可以見到，就蓄電池和通信電源的配置上，采用“8小時忙時平均功耗”配置方法得到的配置，在滿足電池后備時間的基礎上，配置更加精簡。大致減少設備投資20%.
設備配置的減少同時還可以使用更小容量的設備，減少設備的體積和占的面積，使用更小的機房，降低基建或者租賃費用。中興通訊就有若干基于這種思想開發(fā)通信電源設備，如ZXDU58S151可以將蓄電池組放置在通信電源機架中，減少了占地面積。
由于電池和通信電源容量的減少，所以相關的其它動力設備，如油機，變電/配電設備，油機等容量都可以減小。
以上都是采用“平均功耗”帶來的基本建設費用CAPEX的減小。
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