基于物聯網通信及計量技術應用的

基站普通發(fā)電管理和太陽能基站監(jiān)測管理系統設計

曹杰1，宋文博2

（1. 四川精創(chuàng)通信網絡維護有限公司，四川 610062；

2. 西安微米電子有限公司，陜西 710065）

摘要：設計一套系統方案對基站發(fā)電的精細化管理，自動記錄是否在市電有電情況下發(fā)電、何時開始發(fā)電、何時結束發(fā)電、發(fā)電時長、發(fā)電總電度數的精確數據。通過物聯網技術應用自動傳輸相關數據至系統平臺，精確實時分析管理達到對基站發(fā)電的精細化管理，杜絕偽造發(fā)電數據，防止貪污腐敗，達到精確節(jié)約的管理目的。并提出一套貼合實際的純太陽能供電基站監(jiān)測系統，能夠完全覆蓋太陽能光伏板的輸入參數監(jiān)控、UPS輸出參數監(jiān)控以及電池整組電池單體的狀態(tài)監(jiān)控，提升運維效率、降低運維成本。

關鍵詞：基站運維；發(fā)電管理；光伏；物聯網；計量技術

中圖分類號：TN929.5 文章編號：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.基于物聯網通信及計量技術應用的基站普通發(fā)電管理和太陽能基站監(jiān)測管理系統設計[J]. 集成電路應用, 2018, 35(1): 73-76.

1 現有基站發(fā)電管理系統分析

隨著移動通信業(yè)務高速發(fā)展，目前運營商基站分布范圍廣、數量多，基站對用電的需求日益增加，而基站在實際的運行中，又經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)電方結算的，在這個過程中，現行的管理方式都是人工電話通知事后回來簽證的管理模式，管理效率較低，且統計數據存在巨大的偏差，更有一部分違法者串通管理單位偽造發(fā)電數據騙取發(fā)電數據的現象。而對于管理者而言，如無有效的技術手段對此環(huán)節(jié)進行監(jiān)控[1-6]，因此極易造成了國家財產的大量流失，并成為了可能滋生腐敗的一個漏洞。

針對這一需求，市場上有廠家針對發(fā)電管理系統中的一個環(huán)節(jié)即發(fā)電機的管理開發(fā)了相應的管理系統，當發(fā)電機運轉時自動發(fā)送數據包至系統平臺記錄起止發(fā)電時間、發(fā)電地點、發(fā)電量等參數，但依然有諸多弊端[7,8]，表現如下。

（1）由于終端的監(jiān)控單元是安裝在發(fā)電機上，當發(fā)電機停止工作時就無法正常監(jiān)測，因此不能夠判斷是發(fā)電機在停機還是終端已損壞。

（2）現有安裝在發(fā)電機上的終端不能夠有效偵測到基站的斷電是由于市電的斷電還是市電配電空開的跳閘所引起。如果是市電空開跳閘則本次發(fā)電是沒必要的發(fā)電，這種發(fā)電勢必造成發(fā)電費用的不必要開支。

（3）現有情況下不管是市電斷電派發(fā)電機發(fā)電還是市電配電空開跳閘都還必須要人工上站修復問題，尤其對于市電配電空開跳閘現象時的人工上站更是造成了人工費用開支的浪費。

而在西藏、新疆、青海、內蒙等太陽能豐富的省份，鐵塔公司或運營商保有數量巨大的純太陽能供電基站,現有的動環(huán)系統由于一般采用集團采購招標形式，無法兼顧每個本地網的具體要求是一個大而全的監(jiān)測系統。目前現有的動環(huán)系統僅能夠做到對市電總輸入、電池組總的管控。但對于純太陽能基站來說，做到這些是遠遠不夠的，以鐵塔公司實際需求為例，其表現形式如下。

（1）作為電力的主要來源太陽能光伏板，現有的動環(huán)監(jiān)控系統不能夠實時監(jiān)測到其瞬時電壓、電流、功率輸出，當太陽能光伏板出現性能下降時不能有效立即判斷故障原因及時修復，往往需要開支大量人力來現場排查，帶來極易斷站的風險。

（2）電池組作為夜間動力的主要來源，目前現有的動環(huán)監(jiān)控僅能對整組電池的電壓、電流做檢測，但若單只電池出現落后會影響到其它電池的性能最終會導致整組電池的報廢。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 小時以后，人工上站逐節(jié)測量單體電壓來人工判斷，準確率極低且耗子巨大。另外，若白天斷開光伏板來判斷電池問題很可能造成電池組充電不飽和從而導致夜間斷站。

（3）對于基站負載的輸出電壓、電流、功率、電量目前也沒有有效的監(jiān)測手段，當客戶電力保障問題投訴時，鐵塔公司往往被動應對，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載突增導致的電力供應故障。

（4）某些故障可能一次上站查找不到具體問題，需要多人多次上站逐點排查，人員費用開支巨大。

2 兩種基站供電系統設計的功能要求

針對上述兩種常見的基站供電管理系統中存在的問題，在設計系統中首先要確定哪些功能是必須的，結合實際情況和調研，我們發(fā)現在基站普通發(fā)電管理系統中需要監(jiān)控多種數據信息的物聯網終端配合發(fā)電管理系統平臺實現對基站發(fā)電的實時派單管理、歷史發(fā)電信息查詢、發(fā)電的起止時間、發(fā)電量、是否在市電有電時發(fā)電等參數信息實時監(jiān)控，對發(fā)電全面管理，彌補當前市場上發(fā)電機管理系統的諸多不便與弊端。同時，針對市電供電狀態(tài)，在平臺端顯示斷電原因（市電斷電、空開跳閘、還是供電正常），當空開跳閘時可以遠程進行恢復合閘，節(jié)約人員上站恢復帶來的費用，具體的功能需求如表 1 所示。

而針對基站太陽能發(fā)電管理系統的特殊性，系統還要監(jiān)控多種基站數據信息的產品組合配合管理系統平臺實現對太陽能基站各關鍵設備節(jié)點的實時監(jiān)控分析告警功能。可實現對電池組整體的電流電壓不平衡度使用壽命監(jiān)測；對電池組內單體電池的電壓、溫度、內阻、SOC、SOH 參數實時監(jiān)測；對太陽能光伏板的輸出電壓、電流、電量、功率參數實時監(jiān)測；對基站用戶負載設備的功率、電量、電流參數實時監(jiān)測管理。同時，對各項參數設置告警門限，當參數超限時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用。具體的功能指標需求如表 2 所示。

3 基站普通發(fā)電管理系統設計方案

3.1 基站普通發(fā)電管理系統架構設計

系統設計由“智能終端+平臺系統”兩級架構組成。

（1）智能終端功能。智能終端負責采集測量末端的電參數，包括市電是否有電、市電配電空開是否跳閘、油機發(fā)電是否有電、油機發(fā)電電量等終端電參數。同時負責執(zhí)行平臺下發(fā)的市電配電空開推閘命令。

（2）平臺系統功能。平臺系統由基礎檔案及系統配置管理功能模塊、終端測控功能模塊、邏輯業(yè)務模塊組成。

3.2 基站普通發(fā)電管理系統架構圖

圖 1 是系統架構圖。由圖 1 可以看出，整個系統設計邏輯簡單，對于發(fā)電的輸入管理可以記錄到開始時間、結束時間、發(fā)電總量、何種狀態(tài)下發(fā)電等信息，更精細地進行發(fā)電管理。

4 基站太陽能發(fā)電管理系統設計方案

4.1 基站太陽能發(fā)電管理系統架構設計

系統設計由三級架構組成：“單體電池終端+采集傳輸+系統平臺組成”。

（1）單體電池終端：檢測分析單體電池的電壓、溫度、內阻、SOC、SOH參數。

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

（3）光伏/負載計測終端：記錄測量光伏板/負載設備的電壓、電流、功率、電量參數。

（4）采集傳輸：對站內的智能終端數據實時采集，并記錄傳輸至系統平臺；執(zhí)行平臺的下發(fā)參數命令，傳遞給智能終端。

（5）系統平臺：對基站參數信息的實時采集存儲監(jiān)控與數據分析，參數超限時發(fā)生報警、對設備壽命的預估。

4.2 基站太陽能發(fā)電管理系統架構

圖 2 是系統架構圖。由圖2中可以看出，整個系統設計邏輯簡單，結構清晰，對于電池單體、電池組、電源輸入、負載輸出參數均可進行精確測量，實時平臺對接，精細管理太陽能基站內部所有設備。

5 系統平臺系統架構

如圖 3 所示，平臺系統分成三個子系統模塊設計即配置管理子系統模塊、業(yè)務邏輯子系統模塊和終端測控子系統模塊組成。

（1）配置管理子系統模塊：主要負責整個系統基礎檔案的建立與管理權限的劃分。

（2）業(yè)務邏輯子系統模塊：主要負責對數據的分析、審核、控制命令的審批等一系列符合各個企業(yè)管理流程的邏輯操作。

（3）終端測控子系統模塊：主要負責對各類數據的采集與命令的下發(fā)控制，是整個系統的數據源頭。

6 結語

經過現場的實際驗證，本系統設計比較貼合當前運營商對于發(fā)電管理的實際需求，很好地實現了對于基站普通和太陽能發(fā)電的實時監(jiān)控與管理，實時分析數據并輸出預警信息，給基站的日常分析運維帶來巨大便利，極大地節(jié)約了運維費用。杜絕了人為關系發(fā)電造成的巨大資金浪費，投機分子無機可乘。同時系統的部署很好地解決了因市電空開跳閘而帶來的人員上站產生的費用。

本系統在檢測維度、覆蓋面、降低綜合運維費用諸多方面較傳統發(fā)電管理系統有巨大優(yōu)勢，在實際應用過程中具有管理精細到位、業(yè)務無覆蓋死角、難破解、可綜合降費等諸多優(yōu)點，適宜規(guī)模化應用。

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