基于物聯(lián)網(wǎng)通信及計(jì)量技術(shù)應(yīng)用的

基站普通發(fā)電管理和太陽(yáng)能基站監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

曹杰1，宋文博2

（1. 四川精創(chuàng)通信網(wǎng)絡(luò)維護(hù)有限公司，四川 610062；

2. 西安微米電子有限公司，陜西 710065）

摘要：設(shè)計(jì)一套系統(tǒng)方案對(duì)基站發(fā)電的精細(xì)化管理，自動(dòng)記錄是否在市電有電情況下發(fā)電、何時(shí)開(kāi)始發(fā)電、何時(shí)結(jié)束發(fā)電、發(fā)電時(shí)長(zhǎng)、發(fā)電總電度數(shù)的精確數(shù)據(jù)。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用自動(dòng)傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)至系統(tǒng)平臺(tái)，精確實(shí)時(shí)分析管理達(dá)到對(duì)基站發(fā)電的精細(xì)化管理，杜絕偽造發(fā)電數(shù)據(jù)，防止貪污腐敗，達(dá)到精確節(jié)約的管理目的。并提出一套貼合實(shí)際的純太陽(yáng)能供電基站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠完全覆蓋太陽(yáng)能光伏板的輸入?yún)?shù)監(jiān)控、UPS輸出參數(shù)監(jiān)控以及電池整組電池單體的狀態(tài)監(jiān)控，提升運(yùn)維效率、降低運(yùn)維成本。

關(guān)鍵詞：基站運(yùn)維；發(fā)電管理；光伏；物聯(lián)網(wǎng)；計(jì)量技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TN929.5 文章編號(hào)：1674-2583(2018)01-0073-04

DOI：10.19339/j.issn.1674-2583.2018.01.019

中文引用格式：曹杰，宋文博.基于物聯(lián)網(wǎng)通信及計(jì)量技術(shù)應(yīng)用的基站普通發(fā)電管理和太陽(yáng)能基站監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 集成電路應(yīng)用, 2018, 35(1): 73-76.

1 現(xiàn)有基站發(fā)電管理系統(tǒng)分析

隨著移動(dòng)通信業(yè)務(wù)高速發(fā)展，目前運(yùn)營(yíng)商基站分布范圍廣、數(shù)量多，基站對(duì)用電的需求日益增加，而基站在實(shí)際的運(yùn)行中，又經(jīng)常面臨意外斷電的情況。斷電后，通常基站的供電又市電供電改為發(fā)電供電，發(fā)電供電的電量是由基站的管理方和發(fā)電方結(jié)算的，在這個(gè)過(guò)程中，現(xiàn)行的管理方式都是人工電話通知事后回來(lái)簽證的管理模式，管理效率較低，且統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)存在巨大的偏差，更有一部分違法者串通管理單位偽造發(fā)電數(shù)據(jù)騙取發(fā)電數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。而對(duì)于管理者而言，如無(wú)有效的技術(shù)手段對(duì)此環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控[1-6]，因此極易造成了國(guó)家財(cái)產(chǎn)的大量流失，并成為了可能滋生腐敗的一個(gè)漏洞。

針對(duì)這一需求，市場(chǎng)上有廠家針對(duì)發(fā)電管理系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)即發(fā)電機(jī)的管理開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的管理系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)自動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)包至系統(tǒng)平臺(tái)記錄起止發(fā)電時(shí)間、發(fā)電地點(diǎn)、發(fā)電量等參數(shù)，但依然有諸多弊端[7,8]，表現(xiàn)如下。

（1）由于終端的監(jiān)控單元是安裝在發(fā)電機(jī)上，當(dāng)發(fā)電機(jī)停止工作時(shí)就無(wú)法正常監(jiān)測(cè)，因此不能夠判斷是發(fā)電機(jī)在停機(jī)還是終端已損壞。

（2）現(xiàn)有安裝在發(fā)電機(jī)上的終端不能夠有效偵測(cè)到基站的斷電是由于市電的斷電還是市電配電空開(kāi)的跳閘所引起。如果是市電空開(kāi)跳閘則本次發(fā)電是沒(méi)必要的發(fā)電，這種發(fā)電勢(shì)必造成發(fā)電費(fèi)用的不必要開(kāi)支。

（3）現(xiàn)有情況下不管是市電斷電派發(fā)電機(jī)發(fā)電還是市電配電空開(kāi)跳閘都還必須要人工上站修復(fù)問(wèn)題，尤其對(duì)于市電配電空開(kāi)跳閘現(xiàn)象時(shí)的人工上站更是造成了人工費(fèi)用開(kāi)支的浪費(fèi)。

而在西藏、新疆、青海、內(nèi)蒙等太陽(yáng)能豐富的省份，鐵塔公司或運(yùn)營(yíng)商保有數(shù)量巨大的純太陽(yáng)能供電基站,現(xiàn)有的動(dòng)環(huán)系統(tǒng)由于一般采用集團(tuán)采購(gòu)招標(biāo)形式，無(wú)法兼顧每個(gè)本地網(wǎng)的具體要求是一個(gè)大而全的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。目前現(xiàn)有的動(dòng)環(huán)系統(tǒng)僅能夠做到對(duì)市電總輸入、電池組總的管控。但對(duì)于純太陽(yáng)能基站來(lái)說(shuō)，做到這些是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，以鐵塔公司實(shí)際需求為例，其表現(xiàn)形式如下。

（1）作為電力的主要來(lái)源太陽(yáng)能光伏板，現(xiàn)有的動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)不能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)到其瞬時(shí)電壓、電流、功率輸出，當(dāng)太陽(yáng)能光伏板出現(xiàn)性能下降時(shí)不能有效立即判斷故障原因及時(shí)修復(fù)，往往需要開(kāi)支大量人力來(lái)現(xiàn)場(chǎng)排查，帶來(lái)極易斷站的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）電池組作為夜間動(dòng)力的主要來(lái)源，目前現(xiàn)有的動(dòng)環(huán)監(jiān)控僅能對(duì)整組電池的電壓、電流做檢測(cè)，但若單只電池出現(xiàn)落后會(huì)影響到其它電池的性能最終會(huì)導(dǎo)致整組電池的報(bào)廢。排查單只電池落后的故障目前采用的手段是等夜間電池放電超 2 小時(shí)以后，人工上站逐節(jié)測(cè)量單體電壓來(lái)人工判斷，準(zhǔn)確率極低且耗子巨大。另外，若白天斷開(kāi)光伏板來(lái)判斷電池問(wèn)題很可能造成電池組充電不飽和從而導(dǎo)致夜間斷站。

（3）對(duì)于基站負(fù)載的輸出電壓、電流、功率、電量目前也沒(méi)有有效的監(jiān)測(cè)手段，當(dāng)客戶電力保障問(wèn)題投訴時(shí)，鐵塔公司往往被動(dòng)應(yīng)對(duì)，不清楚是光伏輸出性能下降還是電池性能落后還是用戶負(fù)載突增導(dǎo)致的電力供應(yīng)故障。

（4）某些故障可能一次上站查找不到具體問(wèn)題，需要多人多次上站逐點(diǎn)排查，人員費(fèi)用開(kāi)支巨大。

2 兩種基站供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能要求

針對(duì)上述兩種常見(jiàn)的基站供電管理系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)中首先要確定哪些功能是必須的，結(jié)合實(shí)際情況和調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)在基站普通發(fā)電管理系統(tǒng)中需要監(jiān)控多種數(shù)據(jù)信息的物聯(lián)網(wǎng)終端配合發(fā)電管理系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)基站發(fā)電的實(shí)時(shí)派單管理、歷史發(fā)電信息查詢、發(fā)電的起止時(shí)間、發(fā)電量、是否在市電有電時(shí)發(fā)電等參數(shù)信息實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)發(fā)電全面管理，彌補(bǔ)當(dāng)前市場(chǎng)上發(fā)電機(jī)管理系統(tǒng)的諸多不便與弊端。同時(shí)，針對(duì)市電供電狀態(tài)，在平臺(tái)端顯示斷電原因（市電斷電、空開(kāi)跳閘、還是供電正常），當(dāng)空開(kāi)跳閘時(shí)可以遠(yuǎn)程進(jìn)行恢復(fù)合閘，節(jié)約人員上站恢復(fù)帶來(lái)的費(fèi)用，具體的功能需求如表 1 所示。

而針對(duì)基站太陽(yáng)能發(fā)電管理系統(tǒng)的特殊性，系統(tǒng)還要監(jiān)控多種基站數(shù)據(jù)信息的產(chǎn)品組合配合管理系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能基站各關(guān)鍵設(shè)備節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控分析告警功能。可實(shí)現(xiàn)對(duì)電池組整體的電流電壓不平衡度使用壽命監(jiān)測(cè)；對(duì)電池組內(nèi)單體電池的電壓、溫度、內(nèi)阻、SOC、SOH 參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；對(duì)太陽(yáng)能光伏板的輸出電壓、電流、電量、功率參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；對(duì)基站用戶負(fù)載設(shè)備的功率、電量、電流參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管理。同時(shí)，對(duì)各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置告警門(mén)限，當(dāng)參數(shù)超限時(shí)輸出告警信息提醒上站精確維修。節(jié)省了大量的人員上站檢查費(fèi)用。具體的功能指標(biāo)需求如表 2 所示。

3 基站普通發(fā)電管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3.1 基站普通發(fā)電管理系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)由“智能終端+平臺(tái)系統(tǒng)”兩級(jí)架構(gòu)組成。

（1）智能終端功能。智能終端負(fù)責(zé)采集測(cè)量末端的電參數(shù)，包括市電是否有電、市電配電空開(kāi)是否跳閘、油機(jī)發(fā)電是否有電、油機(jī)發(fā)電電量等終端電參數(shù)。同時(shí)負(fù)責(zé)執(zhí)行平臺(tái)下發(fā)的市電配電空開(kāi)推閘命令。

（2）平臺(tái)系統(tǒng)功能。平臺(tái)系統(tǒng)由基礎(chǔ)檔案及系統(tǒng)配置管理功能模塊、終端測(cè)控功能模塊、邏輯業(yè)務(wù)模塊組成。

3.2 基站普通發(fā)電管理系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖 1 是系統(tǒng)架構(gòu)圖。由圖 1 可以看出，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)邏輯簡(jiǎn)單，對(duì)于發(fā)電的輸入管理可以記錄到開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、發(fā)電總量、何種狀態(tài)下發(fā)電等信息，更精細(xì)地進(jìn)行發(fā)電管理。

4 基站太陽(yáng)能發(fā)電管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

4.1 基站太陽(yáng)能發(fā)電管理系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)由三級(jí)架構(gòu)組成：“單體電池終端+采集傳輸+系統(tǒng)平臺(tái)組成”。

（1）單體電池終端：檢測(cè)分析單體電池的電壓、溫度、內(nèi)阻、SOC、SOH參數(shù)。

（2）電池組終端：監(jiān)測(cè)整組電池的電壓、電流、SOC、SOH、不平衡度狀態(tài)參數(shù)。

（3）光伏/負(fù)載計(jì)測(cè)終端：記錄測(cè)量光伏板/負(fù)載設(shè)備的電壓、電流、功率、電量參數(shù)。

（4）采集傳輸：對(duì)站內(nèi)的智能終端數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，并記錄傳輸至系統(tǒng)平臺(tái)；執(zhí)行平臺(tái)的下發(fā)參數(shù)命令，傳遞給智能終端。

（5）系統(tǒng)平臺(tái)：對(duì)基站參數(shù)信息的實(shí)時(shí)采集存儲(chǔ)監(jiān)控與數(shù)據(jù)分析，參數(shù)超限時(shí)發(fā)生報(bào)警、對(duì)設(shè)備壽命的預(yù)估。

4.2 基站太陽(yáng)能發(fā)電管理系統(tǒng)架構(gòu)

圖 2 是系統(tǒng)架構(gòu)圖。由圖2中可以看出，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)邏輯簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)清晰，對(duì)于電池單體、電池組、電源輸入、負(fù)載輸出參數(shù)均可進(jìn)行精確測(cè)量，實(shí)時(shí)平臺(tái)對(duì)接，精細(xì)管理太陽(yáng)能基站內(nèi)部所有設(shè)備。

5 系統(tǒng)平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

如圖 3 所示，平臺(tái)系統(tǒng)分成三個(gè)子系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)即配置管理子系統(tǒng)模塊、業(yè)務(wù)邏輯子系統(tǒng)模塊和終端測(cè)控子系統(tǒng)模塊組成。

（1）配置管理子系統(tǒng)模塊：主要負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)基礎(chǔ)檔案的建立與管理權(quán)限的劃分。

（2）業(yè)務(wù)邏輯子系統(tǒng)模塊：主要負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)的分析、審核、控制命令的審批等一系列符合各個(gè)企業(yè)管理流程的邏輯操作。

（3）終端測(cè)控子系統(tǒng)模塊：主要負(fù)責(zé)對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)的采集與命令的下發(fā)控制，是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源頭。

6 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際驗(yàn)證，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較貼合當(dāng)前運(yùn)營(yíng)商對(duì)于發(fā)電管理的實(shí)際需求，很好地實(shí)現(xiàn)了對(duì)于基站普通和太陽(yáng)能發(fā)電的實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理，實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)并輸出預(yù)警信息，給基站的日常分析運(yùn)維帶來(lái)巨大便利，極大地節(jié)約了運(yùn)維費(fèi)用。杜絕了人為關(guān)系發(fā)電造成的巨大資金浪費(fèi)，投機(jī)分子無(wú)機(jī)可乘。同時(shí)系統(tǒng)的部署很好地解決了因市電空開(kāi)跳閘而帶來(lái)的人員上站產(chǎn)生的費(fèi)用。

本系統(tǒng)在檢測(cè)維度、覆蓋面、降低綜合運(yùn)維費(fèi)用諸多方面較傳統(tǒng)發(fā)電管理系統(tǒng)有巨大優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中具有管理精細(xì)到位、業(yè)務(wù)無(wú)覆蓋死角、難破解、可綜合降費(fèi)等諸多優(yōu)點(diǎn)，適宜規(guī)模化應(yīng)用。

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