通信電源配置方法優(yōu)化 對(duì)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(jì)算負(fù)載電流I1(A)=直流負(fù)載功耗(W)/48(V)，
Step2：計(jì)算電池容量C1(Ah)=1.25*KT*T(h)*I1(A)
其中：KT:電池時(shí)間校正系數(shù)，是蓄電池廠家提供的，表示不同放電時(shí)間情況下電池實(shí)際放出容量與標(biāo)稱容量之間的比值。一般查圖表獲得。
1.25:電池容量補(bǔ)償系數(shù)。電池使用過程中實(shí)際容量會(huì)逐漸減少，為了保證電池全壽命周期內(nèi)的后備時(shí)間，而設(shè)定的補(bǔ)償系數(shù)。
T:后備電池延時(shí)時(shí)間。根據(jù)現(xiàn)場電網(wǎng)情況和設(shè)備重要性設(shè)定，一般為8小時(shí)。
Step3：根據(jù)蓄電池廠家的型號(hào)清單，選定一款電池（其標(biāo)稱容量為C2），要求C2基本等于或略大于C1。
Step4：計(jì)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(xué)特性的要求，可在0.1~0.25之間取值，即充電時(shí)間為4h~10h。具體根據(jù)電網(wǎng)情況選擇。
Step5：根據(jù)I1＋I(xiàn)2來選擇具體通信電源型號(hào)。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(gè)整流模塊。
從以上的的計(jì)算方法中我們可以看到，對(duì)通信電源和蓄電池配置影響最大的是直流負(fù)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(gè)最大功耗來進(jìn)行蓄電池和通信電源配置是否合理？
通信設(shè)備實(shí)際功耗情況和平均功耗概念的提出
對(duì)于交換機(jī)類的通信設(shè)備，一個(gè)信道在被使用的時(shí)候，其功耗是最大的，例如10mA，而其空閑的時(shí)候其功耗大概只有1mA。也就是說，當(dāng)所有信道都被使用的時(shí)候，這個(gè)設(shè)備的功耗為“最大功耗”。而在交換機(jī)實(shí)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(wù)量最繁重的時(shí)候也就70－80％左右的信道被占用。也就是說“實(shí)際最大功耗”最多也就是“最大功耗”的80％。
而顯而易見，“實(shí)際最大功耗”并不是在全天24小時(shí)出現(xiàn)的，在凌晨時(shí)間段話務(wù)量極小的時(shí)候，交換設(shè)備功耗也就是最大功耗的十分之一。
同樣的情況，在移動(dòng)通訊中也同樣存在。
在這個(gè)圖中可以看到，這個(gè)基站在20時(shí)的功耗是最高的，達(dá)到了4100W（即實(shí)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(dǎo)致如此巨大差異的根本就是基站業(yè)務(wù)量隨著時(shí)間變化而變化，導(dǎo)致了基站實(shí)際功耗的變動(dòng)。
更何況對(duì)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(wù)量、用戶分布和距離、建筑屏蔽情況、基站分布等都會(huì)對(duì)基站實(shí)際功耗產(chǎn)生影響。而這些影響都使得基站實(shí)際功耗比理論的最大功耗進(jìn)一步減小。
因此如果按照最大功耗4800W來配置計(jì)算通信電源和蓄電池，則會(huì)多配置蓄電池和通信電源，從而增加基本建設(shè)費(fèi)用CAPEX。
那么用什么功耗來計(jì)算配置通信電源和蓄電池呢？
這里引入一個(gè)叫做“平均功耗”的概念。即將一個(gè)時(shí)間段內(nèi)的功耗進(jìn)行積分并除以這個(gè)時(shí)間。如對(duì)于圖1所示的基站情況，其一天24小時(shí)內(nèi)的平均功耗大概為2700W。
但是在具體工程配置中，應(yīng)該采用“N小時(shí)忙時(shí)平均功耗”這個(gè)概念。其中N小時(shí)是希望的蓄電池備份時(shí)間。一般工程中都要求蓄電池備份8小時(shí)，則一般采用“8小時(shí)忙時(shí)平均功耗”。在圖1中，可以看到14時(shí)到22時(shí)是功率最高的時(shí)段，其“8小時(shí)忙時(shí)平均功耗”約等于3700W。
“最大功耗”和“平均功耗”對(duì)CAPEX和OPEX影響的比較
“最大功耗”4800W和“8小時(shí)忙時(shí)平均功耗”3700W對(duì)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(shí)忙時(shí)平均功耗”對(duì)蓄電池和通信電源配置影響比較（注：8小時(shí)的電池時(shí)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(shí)忙時(shí)平均功耗
負(fù)載功耗值（W）
4800
3700
負(fù)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(gè)）
7
5
可以見到，就蓄電池和通信電源的配置上，采用“8小時(shí)忙時(shí)平均功耗”配置方法得到的配置，在滿足電池后備時(shí)間的基礎(chǔ)上，配置更加精簡。大致減少設(shè)備投資20%.
設(shè)備配置的減少同時(shí)還可以使用更小容量的設(shè)備，減少設(shè)備的體積和占的面積，使用更小的機(jī)房，降低基建或者租賃費(fèi)用。中興通訊就有若干基于這種思想開發(fā)通信電源設(shè)備，如ZXDU58S151可以將蓄電池組放置在通信電源機(jī)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(guān)的其它動(dòng)力設(shè)備，如油機(jī)，變電/配電設(shè)備，油機(jī)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(shè)費(fèi)用CAPEX的減小。
而運(yùn)維費(fèi)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(duì)電費(fèi)的節(jié)省上。誠然通信設(shè)備實(shí)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(dǎo)致了兩種情況下，通信電源工作在不同的負(fù)載率條件下。
如表1所示的兩種情況，設(shè)備實(shí)際功耗（取8小時(shí)忙時(shí)平均功耗）為77A，2種情況通信電源容量分別為350A和250A，則負(fù)載率分別為22％和31％。而現(xiàn)代通信電源在50％負(fù)載率以上的時(shí)候，效率都是比較高的，而低于50％負(fù)載率其效率隨著負(fù)載率降低而降低。這里9％的負(fù)載率的差異可能導(dǎo)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(fèi)上1－2％的差異上。
應(yīng)用“平均功耗”需要注意的一些事項(xiàng)
1）從前面“平均功耗”案例中我們可以看到，這個(gè)平均功耗是根據(jù)實(shí)際現(xiàn)有站點(diǎn)測量數(shù)據(jù)抽象出來的，但是一個(gè)新的工程項(xiàng)目事先是得不到這些數(shù)據(jù)的。這時(shí)利用新工程項(xiàng)目的業(yè)務(wù)量模型和通信設(shè)備在不同業(yè)務(wù)量下功耗的歷史數(shù)據(jù)模型來綜合估算出一個(gè)接近實(shí)際數(shù)據(jù)的“實(shí)際最大功耗”數(shù)據(jù)。然后乘以90％作為“8小時(shí)忙時(shí)平均功耗”。
2）“8小時(shí)忙時(shí)平均功耗”僅適用于一般情況的功率估算，對(duì)于例如春節(jié)中秋等節(jié)假日由于通信業(yè)務(wù)量大增導(dǎo)致負(fù)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(duì)彌補(bǔ)了雖然由于負(fù)載功耗增加電池備份時(shí)間減少的情況。
3）雖然很多投標(biāo)項(xiàng)目都被要求提供“最大功耗”，但是很多設(shè)備廠家提供的也不是最大功耗，而是“實(shí)際最大功耗”，因此在實(shí)際項(xiàng)目運(yùn)作中，需要詳細(xì)分析。
4）需要注意的是，采用“8小時(shí)忙時(shí)平均功耗”算法得到的配置對(duì)電池充電可能有一定的影響：即在一個(gè)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(jì)。以表1中的情況為例，一個(gè)模塊故障之后，通信電源合計(jì)可以提供200A電流，但是恰巧剛才市電停電了幾個(gè)小時(shí)現(xiàn)在要給蓄電池充電，恰巧現(xiàn)在是20時(shí)業(yè)務(wù)最繁忙的時(shí)候負(fù)載電流是85A（4100W），則只能提供給電池115A的電流進(jìn)行充電，略小于原來配置的120A，充電時(shí)間略為延長。而負(fù)載電流一旦下降一些，則電池充電電流將即時(shí)增加上來。
5）電池后備時(shí)間：從表1看，原來用“最大功耗”計(jì)算得到的配置電池是“8小時(shí)忙時(shí)平均功耗”的1.5倍，因此其電池后備時(shí)間也從8h＋增加到12h＋，這樣確實(shí)可以少量增加系統(tǒng)可靠性，減少業(yè)務(wù)中斷的幾率。但是這種增加是在設(shè)計(jì)期望之外的，以增加CAPEX和OPEX為代價(jià)的。其可靠性增加遠(yuǎn)小于付出的代價(jià)。而另一方面，電網(wǎng)停電時(shí)間介于8小時(shí)和12小時(shí)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(chǔ)能器件的動(dòng)力系統(tǒng)。對(duì)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(shí)際通信設(shè)備負(fù)載特性看出，采用“平均功耗”配置優(yōu)化方法進(jìn)行的工程實(shí)際配置，可以減少通信電源和蓄電池約20％的設(shè)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(dòng)力設(shè)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(gè)）
7
5
可以見到，就蓄電池和通信電源的配置上，采用“8小時(shí)忙時(shí)平均功耗”配置方法得到的配置，在滿足電池后備時(shí)間的基礎(chǔ)上，配置更加精簡。大致減少設(shè)備投資20%.
設(shè)備配置的減少同時(shí)還可以使用更小容量的設(shè)備，減少設(shè)備的體積和占的面積，使用更小的機(jī)房，降低基建或者租賃費(fèi)用。中興通訊就有若干基于這種思想開發(fā)通信電源設(shè)備，如ZXDU58S151可以將蓄電池組放置在通信電源機(jī)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(guān)的其它動(dòng)力設(shè)備，如油機(jī)，變電/配電設(shè)備，油機(jī)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(shè)費(fèi)用CAPEX的減小。
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