基于物联网通信及计量技术应用的基站普通发电管理和太阳能基站监测管理系统设计

1  现有基站发电管理系统分析 

随着移动通信业务高速发展，目前运营商基站分布范围广、数量多，基站对用电的需求日益增加，而基站在实际的运行中，又经常面临意外断电的情况。断电后，通常基站的供电又市电供电改为发电供电，发电供电的电量是由基站的管理方和发电方结算的，在这个过程中，现行的管理方式都是人工电话通知事后回来签证的管理模式，管理效率较低，且统计数据存在巨大的偏差，更有一部分违法者串通管理单位伪造发电数据骗取发电数据的现象。而对于管理者而言，如无有效的技术手段对此环节进行监控[1-6]，因此极易造成了国家财产的大量流失，并成为了可能滋生腐败的一个漏洞。

针对这一需求，市场上有厂家针对发电管理系统中的一个环节即发电机的管理开发了相应的管理系统，当发电机运转时自动发送数据包至系统平台记录起止发电时间、发电地点、发电量等参数，但依然有诸多弊端[7,8]，表现如下。

（1）由于终端的监控单元是安装在发电机上，当发电机停止工作时就无法正常监测，因此不能够判断是发电机在停机还是终端已损坏。

（2）现有安装在发电机上的终端不能够有效侦测到基站的断电是由于市电的断电还是市电配电空开的跳闸所引起。如果是市电空开跳闸则本次发电是没必要的发电，这种发电势必造成发电费用的不必要开支。

（3）现有情况下不管是市电断电派发电机发电还是市电配电空开跳闸都还必须要人工上站修复问题，尤其对于市电配电空开跳闸现象时的人工上站更是造成了人工费用开支的浪费。

而在西藏、新疆、青海、内蒙等太阳能丰富的省份，铁塔公司或运营商保有数量巨大的纯太阳能供电基站,现有的动环系统由于一般采用集团采购招标形式，无法兼顾每个本地网的具体要求是一个大而全的监测系统。目前现有的动环系统仅能够做到对市电总输入、电池组总的管控。但对于纯太阳能基站来说，做到这些是远远不够的，以铁塔公司实际需求为例，其表现形式如下。

（1）作为电力的主要来源太阳能光伏板，现有的动环监控系统不能够实时监测到其瞬时电压、电流、功率输出，当太阳能光伏板出现性能下降时不能有效立即判断故障原因及时修复，往往需要开支大量人力来现场排查，带来极易断站的风险。

（2）电池组作为夜间动力的主要来源，目前现有的动环监控仅能对整组电池的电压、电流做检测，但若单只电池出现落后会影响到其它电池的性能最终会导致整组电池的报废。排查单只电池落后的故障目前采用的手段是等夜间电池放电超 2 小时以后，人工上站逐节测量单体电压来人工判断，准确率极低且耗子巨大。另外，若白天断开光伏板来判断电池问题很可能造成电池组充电不饱和从而导致夜间断站。

（3）对于基站负载的输出电压、电流、功率、电量目前也没有有效的监测手段，当客户电力保障问题投诉时，铁塔公司往往被动应对，不清楚是光伏输出性能下降还是电池性能落后还是用户负载突增导致的电力供应故障。

（4）某些故障可能一次上站查找不到具体问题，需要多人多次上站逐点排查，人员费用开支巨大。

2  两种基站供电系统设计的功能要求

针对上述两种常见的基站供电管理系统中存在的问题，在设计系统中首先要确定哪些功能是必须的，结合实际情况和调研，我们发现在基站普通发电管理系统中需要监控多种数据信息的物联网终端配合发电管理系统平台实现对基站发电的实时派单管理、历史发电信息查询、发电的起止时间、发电量、是否在市电有电时发电等参数信息实时监控，对发电全面管理，弥补当前市场上发电机管理系统的诸多不便与弊端。同时，针对市电供电状态，在平台端显示断电原因（市电断电、空开跳闸、还是供电正常），当空开跳闸时可以远程进行恢复合闸，节约人员上站恢复带来的费用，具体的功能需求如表 1 所示。

而针对基站太阳能发电管理系统的特殊性，系统还要监控多种基站数据信息的产品组合配合管理系统平台实现对太阳能基站各关键设备节点的实时监控分析告警功能。可实现对电池组整体的电流电压不平衡度使用寿命监测；对电池组内单体电池的电压、温度、内阻、SOC、SOH 参数实时监测；对太阳能光伏板的输出电压、电流、电量、功率参数实时监测；对基站用户负载设备的功率、电量、电流参数实时监测管理。同时，对各项参数设置告警门限，当参数超限时输出告警信息提醒上站精确维修。节省了大量的人员上站检查费用。具体的功能指标需求如表 2 所示。

3  基站普通发电管理系统设计方案

3.1 基站普通发电管理系统架构设计

系统设计由“智能终端+平台系统”两级架构组成。

（1）智能终端功能。智能终端负责采集测量末端的电参数，包括市电是否有电、市电配电空开是否跳闸、油机发电是否有电、油机发电电量等终端电参数。同时负责执行平台下发的市电配电空开推闸命令。

（2）平台系统功能。平台系统由基础档案及系统配置管理功能模块、终端测控功能模块、逻辑业务模块组成。

3.2 基站普通发电管理系统架构图

图 1 是系统架构图。由图 1 可以看出，整个系统设计逻辑简单，对于发电的输入管理可以记录到开始时间、结束时间、发电总量、何种状态下发电等信息，更精细地进行发电管理。

4  基站太阳能发电管理系统设计方案

4.1 基站太阳能发电管理系统架构设计

系统设计由三级架构组成：“单体电池终端+采集传输+系统平台组成”。

（1）单体电池终端：检测分析单体电池的电压、温度、内阻、SOC、SOH参数。

（2）电池组终端：监测整组电池的电压、电流、SOC、SOH、不平衡度状态参数。

（3）光伏/负载计测终端：记录测量光伏板/负载设备的电压、电流、功率、电量参数。

（4）采集传输：对站内的智能终端数据实时采集，并记录传输至系统平台；执行平台的下发参数命令，传递给智能终端。

（5）系统平台：对基站参数信息的实时采集存储监控与数据分析，参数超限时发生报警、对设备寿命的预估。

4.2 基站太阳能发电管理系统架构

图 2 是系统架构图。由图2中可以看出，整个系统设计逻辑简单，结构清晰，对于电池单体、电池组、电源输入、负载输出参数均可进行精确测量，实时平台对接，精细管理太阳能基站内部所有设备。

5 系统平台系统架构

如图 3 所示，平台系统分成三个子系统模块设计即配置管理子系统模块、业务逻辑子系统模块和终端测控子系统模块组成。

（1）配置管理子系统模块：主要负责整个系统基础档案的建立与管理权限的划分。

（2）业务逻辑子系统模块：主要负责对数据的分析、审核、控制命令的审批等一系列符合各个企业管理流程的逻辑操作。

（3）终端测控子系统模块：主要负责对各类数据的采集与命令的下发控制，是整个系统的数据源头。

6  结语

经过现场的实际验证，本系统设计比较贴合当前运营商对于发电管理的实际需求，很好地实现了对于基站普通和太阳能发电的实时监控与管理，实时分析数据并输出预警信息，给基站的日常分析运维带来巨大便利，极大地节约了运维费用。杜绝了人为关系发电造成的巨大资金浪费，投机分子无机可乘。同时系统的部署很好地解决了因市电空开跳闸而带来的人员上站产生的费用。

本系统在检测维度、覆盖面、降低综合运维费用诸多方面较传统发电管理系统有巨大优势，在实际应用过程中具有管理精细到位、业务无覆盖死角、难破解、可综合降费等诸多优点，适宜规模化应用。