通信电源配置方法优化 对降低CAPEX和OPEX的探讨

  通信电源提供给通信网络提供直流能量，而蓄电池则在市电故障的时候提供后备能量。一方面动力设备很重要，另一方面其设备配置成本在基本建设费用CAPEX也占了一定的比例。如何合理的对通信电源的配置进行优化，是降低CAPEX和运维费用OPEX的重要一环。

现有通信电源配置方法的思考

目前的通信电源配置方法一般如下：

Step1：计算负载电流I1(A) = 直流负载功耗(W)/48(V)，

Step2：计算电池容量C1(Ah)=1.25*KT*T(h)*I1(A)

其中： KT:电池时间校正系数，是蓄电池厂家提供的，表示不同放电时间情况下电池实际放出容量与标称容量之间的比值。一般查图表获得。

1.25:电池容量补偿系数。电池使用过程中实际容量会逐渐减少，为了保证电池全寿命周期内的后备时间，而设定的补偿系数。

T:后备电池延时时间。根据现场电网情况和设备重要性设定，一般为8小时。

Step3：根据蓄电池厂家的型号清单，选定一款电池（其标称容量为C2），要求C2基本等于或略大于C1。

Step4：计算电池充电电流I2(A)= KC×C2

其中： KC：电池充电系数。根据电池化学特性的要求，可在0.1~0.25之间取值，即充电时间为4 h ~10 h。具体根据电网情况选择。

Step5：根据I1＋I2来选择具体通信电源型号。并要求做整流模块的N+1备份。

例如：I1+I2为180A，选用50A整流模块，则最终配置4＋1个整流模块。

从以上的的计算方法中我们可以看到，对通信电源和蓄电池配置影响最大的是直流负载功耗。目前多数情况下都采用“最大功耗”。而这样问题就出现了，“最大功耗”是什么？用这个最大功耗来进行蓄电池和通信电源配置是否合理？

通信设备实际功耗情况和平均功耗概念的提出

对于交换机类的通信设备，一个信道在被使用的时候，其功耗是最大的，例如10mA，而其空闲的时候其功耗大概只有1mA。也就是说，当所有信道都被使用的时候，这个设备的功耗为“最大功耗”。而在交换机实际配置的过程中，不可能做这样没有保障的配置。一般配置下，话务量最繁重的时候也就70－80％左右的信道被占用。也就是说“实际最大功耗”最多也就是“最大功耗”的80％。

而显而易见，“实际最大功耗”并不是在全天24小时出现的，在凌晨时间段话务量极小的时候，交换设备功耗也就是最大功耗的十分之一。

同样的情况，在移动通讯中也同样存在。

在这个图中可以看到，这个基站在20时的功耗是最高的，达到了4100W（即实际最大功耗，而此基站的理论“最大功耗”为4800W）。最低功耗只有1400W。导致如此巨大差异的根本就是基站业务量随着时间变化而变化，导致了基站实际功耗的变动。

更何况对于现代基站，尤其是CDMA和3G基站，都采用了功率控制技术，其用户量、业务量、用户分布和距离、建筑屏蔽情况、基站分布等都会对基站实际功耗产生影响。而这些影响都使得基站实际功耗比理论的最大功耗进一步减小。

因此如果按照最大功耗4800W来配置计算通信电源和蓄电池，则会多配置蓄电池和通信电源，从而增加基本建设费用CAPEX。

那么用什么功耗来计算配置通信电源和蓄电池呢？

这里引入一个叫做“平均功耗”的概念。即将一个时间段内的功耗进行积分并除以这个时间。如对于图1所示的基站情况，其一天24小时内的平均功耗大概为2700W。

但是在具体工程配置中，应该采用“N小时忙时平均功耗”这个概念。其中N小时是希望的蓄电池备份时间。一般工程中都要求蓄电池备份8小时，则一般采用“8小时忙时平均功耗”。在图1中，可以看到14时到22时是功率最高的时段，其“8小时忙时平均功耗”约等于3700W。

“最大功耗”和“平均功耗”对CAPEX和OPEX影响的比较

“最大功耗”4800W和“8小时忙时平均功耗” 3700W对蓄电池和通信电源配置的影响，如表1。

表1 “最大功耗”和“8小时忙时平均功耗”对蓄电池和通信电源配置影响比较（注：8小时的电池时间校正系数KT取1.08，电池充电系数KC取0.15）

 
 最大功耗
 8小时忙时平均功耗
 
负载功耗值（W）
 4800
 3700
 
负载电流值I1(A)
 100
 77
 
电池容量C1（Ah）
 1080
 832
 
电池容量C2（Ah）
 1200（2组600Ah）
 800（2组400Ah）
 
充电电流I2(A)
 180
 120
 
总电流I1+I2(A)
 280
 197
 
整流模块容量（A）
 50
 50
 
整流模块数量（个）
 7
 5
 


可以见到，就蓄电池和通信电源的配置上，采用“8小时忙时平均功耗”配置方法得到的配置，在满足电池后备时间的基础上，配置更加精简。大致减少设备投资20%.

设备配置的减少同时还可以使用更小容量的设备，减少设备的体积和占的面积，使用更小的机房，降低基建或者租赁费用。中兴通讯就有若干基于这种思想开发通信电源设备，如ZXDU58 S151可以将蓄电池组放置在通信电源机架中，减少了占地面积。

由于电池和通信电源容量的减少，所以相关的其它动力设备，如油机，变电/配电设备，油机等容量都可以减小。

以上都是采用“平均功耗”带来的基本建设费用CAPEX的减小。

而运维费用OPEX一方面体现在更少的整流模块备件数量上。另一方面，更多的体现在对电费的节省上。诚然通信设备实际功耗在两种算法上并没有变化，但是配置的整流模块数量不同，导致了两种情况下，通信电源工作在不同的负载率条件下。

如表1所示的两种情况，设备实际功耗（取8小时忙时平均功耗）为77A，2种情况通信电源容量分别为350A和250A，则负载率分别为22％和31％。而现代通信电源在50％负载率以上的时候，效率都是比较高的，而低于50％负载率其效率随着负载率降低而降低。这里9％的负载率的差异可能导致通信电源效率变化1-2％，而效率的差异将直接反映在总电费上1－2％的差异上。

应用“平均功耗”需要注意的一些事项

1）从前面“平均功耗”案例中我们可以看到，这个平均功耗是根据实际现有站点测量数据抽象出来的，但是一个新的工程项目事先是得不到这些数据的。这时利用新工程项目的业务量模型和通信设备在不同业务量下功耗的历史数据模型来综合估算出一个接近实际数据的“实际最大功耗”数据。然后乘以90％作为“8小时忙时平均功耗”。

2）“8小时忙时平均功耗”仅适用于一般情况的功率估算，对于例如春节中秋等节假日由于通信业务量大增导致负载功耗增加的情况并不适用。但是由于节假日一般电网保障性高些，这相对弥补了虽然由于负载功耗增加电池备份时间减少的情况。

3）虽然很多投标项目都被要求提供“最大功耗”，但是很多设备厂家提供的也不是最大功耗，而是“实际最大功耗”，因此在实际项目运作中，需要详细分析。

4）需要注意的是，采用“8小时忙时平均功耗”算法得到的配置对电池充电可能有一定的影响：即在一个整流模块故障后，在功耗最大的情况下，给电池充电速率将略小于原来希望的充电速率。但是这种几率和影响都很小，工程上可以忽略不计。以表1中的情况为例，一个模块故障之后，通信电源合计可以提供200A电流，但是恰巧刚才市电停电了几个小时现在要给蓄电池充电，恰巧现在是20时业务最繁忙的时候负载电流是85A（4100W），则只能提供给电池115A的电流进行充电，略小于原来配置的120A，充电时间略为延长。而负载电流一旦下降一些，则电池充电电流将即时增加上来。

5）电池后备时间：从表1看，原来用“最大功耗”计算得到的配置电池是“8小时忙时平均功耗”的1.5倍，因此其电池后备时间也从8h＋增加到12h＋，这样确实可以少量增加系统可靠性，减少业务中断的几率。但是这种增加是在设计期望之外的，以增加CAPEX和OPEX为代价的。其可靠性增加远小于付出的代价。而另一方面，电网停电时间介于8小时和12小时之间的这种几率非常的低。

6）这种通过“平均功耗”来优化通信电源和蓄电池配置的方法同样适用于UPS，太阳能等有储能器件的动力系统。对于大容量和高成本的系统其效果尤为明显。

通过通信电源配制方法并接合实际通信设备负载特性看出，采用“平均功耗”配置优化方法进行的工程实际配置，可以减少通信电源和蓄电池约20％的设备投资，从而减少了CAPEX和OPEX，这种方法也适用于UPS和太阳能电源等动力设备。r>  77
 
电池容量C1（Ah）
 1080
 832
 
电池容量C2（Ah）
 1200（2组600Ah）
 800（2组400Ah）
 
充电电流I2(A)
 180
 120
 
总电流I1+I2(A)
 280
 197
 
整流模块容量（A）
 50
 50
 
整流模块数量（个）
 7
 5
 


可以见到，就蓄电池和通信电源的配置上，采用“8小时忙时平均功耗”配置方法得到的配置，在满足电池后备时间的基础上，配置更加精简。大致减少设备投资20%.

设备配置的减少同时还可以使用更小容量的设备，减少设备的体积和占的面积，使用更小的机房，降低基建或者租赁费用。中兴通讯就有若干基于这种思想开发通信电源设备，如ZXDU58 S151可以将蓄电池组放置在通信电源机架中，减少了占地面积。

由于电池和通信电源容量的减少，所以相关的其它动力设备，如油机，变电/配电设备，油机等容量都可以减小。

以上都是采用“平均功耗”带来的基本建设费用CAPEX的减小。

而运维费用OPEX一