基于电压波动分析基站发电时长稽核算法研究.doc

基于电压波动分析基站发电时长稽核算法研究 　　【摘 要】通信基站发电时长的稽核是通信运营商节约运维成本的重要手段。针对当前通信基站的交流供电特点，提出一种基于通信基站交流输入电压波动特性判定基站发电时长的算法。在分析通信基站三种电力供应方式的基础上，介绍了动力环境监控系统对交流输入电压的采集及记录，将基站油机发电时段的定位问题转化为交流输入电压的波动频度判定。最后用MATLAB仿真软件验证了算法的有效性，且实测数据与实际记录数据的拟合优度良好，验证了算法的实用性。 　　【关键词】降本增效 发电时长 电压波动 波动频度 动环监控系统 　　1 引言 　　在“市场饱和”和“GDP增速下降”的双重考验下，通信行业的收入侧将进入饱和市场新常态，降本增效是一条通信运营商的必走之路。推进管理方式由粗放型向集约化、精细化转变，能提升资源使用效率，实现规模效应，是达到降本增效的方法之一。通信基站的应急发电费用包括油料费与发电服务费，前者是运营商的动力水电费的构成部分，后者是网络代维费的构成部分。代维单位及其员工为获取利益，可能会虚报发电，或进行“人工拉闸-合闸”模拟发电，以套取油料费与发电服务费。为了避免虚假发电情况的发生，节约油料费与发电服务费，控制代维发电成本，需对基站发电真实性及时长进行有效稽核。目前基站发电时长的分析方法或相关技术研究文献主要基于人工或外置记录模块，存在主观性、需增加投资、后期需维护等缺点。针对该问题，本文尝试通过对基站电压数据进行分析，研究出一套客观性强、有效的基站发电时长自动稽核算法。 　　2 基站设备供电方式 　　基站设备不同的供电方式会产生不同的电压值记录，是电压波动分析的前提。余翼等人[1]介绍了一种采用光伏、风力、燃料电池进行能量自供给的通信基站[1]，但因新能源在我国通信基站建设中未被普遍使用，不具典型性，故本文的研究未涉及新能源通信基站供电，而主要集中在公网主供电与发电机备用供电切换这一场景下开展相关研究。普通通信基站由于其覆盖的目标性，绝大多数无法采取独立变压器进行输变电，一般就近接入公共电网电源进行主供电，停电时采用后备电池供?，应急油机到位后使用油机发电[2]，且不同的供电状态下基站机房输入电压值特性不同。 　　2.1 公共电网主供电 　　一个理想供电系统的三相交流电源对称、电压均方根值恒定，并且负荷特性与系统电压水平无关。这就要求电力用户的负荷分配三相平衡，并以恒定功率汲取电能，同时也要求PCC（Point of Common Coupling，公共连接点）的短路容量无穷大，系统的等值电抗为零[3]。而实际上，这些条件在公共电网主供电下是不可能满足的。由于冲击性功率负荷（如电弧炉、轧钢机、电力机车、电焊机以及高功率脉冲输出的电力电子设备等）的接入、分布式发电能源的并入，公网电压将受到影响，产生电压波动[4]。电压波动是最为常见的一种电能质量问题，电力系统电压波动的基本定义是电压均方根值一系列的相对快速变动或连续的改变现象。对三相交流电的一相进行分析，可以在波动的一个工作周期或者规定的一段检测时间内，沿时间轴对被检测电压每半个周期求一个均方根值，并按照时间轴顺序进行排序，则可以看到连续的电压包络线图形，称这图形为电压均方根值曲线。国际电工委员会IEC规定，低压电力网中，电压波动最大值相对额定电压不应超过4%，电压均方根值曲线可近似为[5]： 　　Ut=UN+Msin（Ωt+φ） （1） 　　公式（1）中，UN为额定电压均方根值，国内的低压电网标准为220 V；M为调制率，根据IEC标准，国内调制率为4.4；Ω为低频正弦调制信号角频率；t为电压信号持续的时间；φ为低频正弦调制信号初相角。由公式（1）生成的电压曲线图如图1所示。 　　对湘潭地区的电压变动进行测量跟踪，实际电压波动一般为10 V以下，即调制率M≤5 V。 　　2.2 备用供电 　　（1）蓄电池组供电 　　目前通信基站主要采用阀控式密封铅酸蓄电池作为后备电源，额定电压2 V/只，24只为一组，通常配置2组。蓄电池组通过化学能的转换，当市电断开时，在开关电源的控制下为设备提供-48 V的电力供应[6-7]。蓄电池组容量根据基站直流负荷和基站所需蓄电池的后备时间确定，其中直流负荷按基站近中期（3～5年）负荷考虑，蓄电池组的后备时间优先综合考虑通信基站的重要性、市电的可靠性、运维部门到达现场的时间等因素。 　　通信基站采用机房内蓄电池组供电时，基站由内部能源提供能量，无任何外界电源接入，基站机房的输入电压、功率均为0。 　　（2）发电机供电 　　当蓄电池放电到一定程度而市电仍未恢复时，必须采用柴油或汽油发电机为通信基站供电。发电时，柴油机、汽轮机将燃料燃烧产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。