专利名称：基站供电网络系统和基站应急供电方法
技术领域：
本发明涉及一种基站供电网络系统和基站应急供电方法，尤其是一种基站直流高压远程供电网络系统。
背景技术：
随着通信技术的发展，各种通信网络终端设备大量增加，如楼道交换机、全球眼、WIFI无线覆盖设备以及室内覆盖系统中的微蜂窝、光端机、干放、直放站、3G基站等，这些设备种类多、数量多、安装条件差，其故障率远远高于机房内设备。而在3G建设中，基于3G新一代移动通信的特点，普遍采用BBU+RRU的方式进行信号分布式覆盖，其中远端设备(如RRU、微蜂窝、光端机、光纤拉远直放等)由于安装条件差(安装在屋顶、弱电井 、楼道内)，造成取电困难且可靠性不高。移动通信基站设备采用直流供电系统提供能源，其供电电压为-48V。目前一般采用组合式机架电源系统配带在线浮充供电制的铅酸蓄电池组组成的直流不间断供电系统。目前基站供电系统对远端设备常见的供电方式为远程直流高压供电。即在基站控制器处将48V DC升压到200 300V DC左右，采用双绞线进行电力传输到远端。具体系统结构如图1所示。其中，位于基站控制器中心机房的远供电源局端设备是整个远供系统的核心，其可以将-48V直流隔离升压到250 410V可调(DC/DC)，具备完整的保护功能和冗余条件。远供电源远端设备将输入的直流高压变换成稳定的直流-48V DC/DC，为交换设备供电。局端输出的正、负极连接到复合光缆对应的铜芯，利用该电缆线为远端设备供电。根据基站控制器和远端设备之间的供电方式，可以将现有通信系统中的远程直流高压供电系统归纳为以下几种组网方式:1、点对点方式:每个中心机房对应一个远端设备供电，该方式适用于网点少或负载功率较大的系统中的设备，如大功率网点、基站，此时如果有必要也可以将若干个局端模块、远端模块并联使用。2、星形结构(发散式供电系统):每个中心机房由一个局端向多个远端供电，该组网方式适用于一个中心机房周围有多个但在不同方向的网点或基站。3、链式结构(级联方式):该组网方式一般适用于在同一方向有多个网点或基站，该方式的主要优点是节省主干线路上的远供电源线、方便线路施工。以上这些现有的远程高压供电系统技术普遍存在供电方式单一的问题。由于只能点对点来解决局部设备供电问题，由单个中心机房承担电源输，因此对端局或中心局选取的要求较高；并且基站蓄电池容量配置必须足够大，否则无法满足远程高压供电的放电要求。
发明内容
为了解决现有技术中基站供电系统供电能力不足的问题，本发明的目的是提供一种基站供电网络系统和一种基站供电方法，以提高基站控制器对远端设备的供电效率和可靠性。为了实现本发明的目的，首先提供了一种基站供电网络系统，包括由若干个基站依次连接形成环形回路的核心供电网，所述基站包括:交直流双向DC-DC变换器，用于向相邻基站发送或接收直流高压电流；检测模块，用于控制所述交直流双向DC-DC变换器向相邻基站发送检测电流，并通过比较发送和接收电流来确定发送电流的最佳电压值和电流值；能量均衡模块，用于控制本地的交直流双向DC-DC变换器向功率波动异常的基站供电。其中，所述基站还可以分别与各自的远供电源远端连接；所述基站的检测模块和能量均衡模块同时也用于基站和远供电源远端之间应急供电，其具体实现方式与基站和基站之间的实现方式相同。同样地，远供电源远端也有蓄电池，其也可以为基站应急供电，因此，远供电源远端也可以设置和基站相同的交直流双向DC-DC变换器和能量均衡模块。进一步地，远供电源远端之间也可以组成环形供电网进行应急供电。本发明的上述供电网络系统，首次将分别独立的基站电源组织起来，并进一步将基站下挂的远供电源远端也纳入环形供电网络，在基站发生电源故障的时候，能够最大限度地调用其他基站的能量。为实现本发明的目的，还提供了一种基站应急供电方法，包括以下步骤:在由若干个基站依次连接组成核心供电网环路中，相邻的两个基站之间通过发送检测电流确定最佳供电电压值和电流值；当某个基站的输出功率突然变化导致所述检测电流的电压值和电流值发生异常波动时，所述核心供电网中的其他基站自动为该基站供电。进一步地，所述核心供电网中至少还有一个基站同时也属于另一个核心供电网，所述方法还包括以下步骤:当所述同时属于两个核心供电网的基站的输出功率突然变化时，其位于两个核心供电网的相邻基站都自动为其供电。进一步地，所述基站还可以分别和各自的远供电源远端连接，所述方法还包括以下步骤:基站通过向远供电源远端发送检测电流确定最佳供电电压值和电流值；当基站的输出功率发生异常波动时，远供电源远端自动为基站供电。本发明的技术效果在于，本发明将原本相互独立的基站电源系统连接起来，组成环形供电网络，网络中的每一个基站都可以从中获得其他所有基站的供电支持。因此，基站不再受本地意外停电情况的影响，其相对于基站的室内机供电系统可称为永久性供电，能有效杜绝信路通供电断线的故障。本发明的基站供电网络系统的能量源头是机房内标准且稳压的-48V电源，与市电完全隔离，与大地悬浮不构成回路，无漏电风险，供电独立性强。由于直流远供电源可永久性供电且无漏电风险，所以不必要安装电力部门的电表，漏电保护开关，大体积UPS电源和与电力部门的协商施工等，大大减少了基站运营的固定投入。
图1是基站直流高压远程供电系统的结构示意图；图2是本发明基站供电网络系统的结构示意图；图3是交直流双向DC-DC变换器的结构示意图；图4(a)是图3中输入电源Vinl或Vin2与负载之间进行能量交换时，变换器的等效电路；图4(b) 是图3中输入电源Vinl与Vin2之间进行能量交换时，变换器的等效电路；图5是能量均衡模块的结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明。如图2所示，为本发明基站供电网络系统的最佳实施例之一。图中的基站供电网络系统包括2个核心供电网，其中一个是由基站a、b、d、c依次连接组成环路；另一个是由基站c、e、f、g依次连接组成环路。核心网站基站的数目不限，以4-6个为佳。其中，基站c是两个核心供电网的共同节点。图中各基站除c外均连接有为2G或3G室内分布系统供电的远供电源远端。本领域技术人员应能理解，基站c也可以下挂远供电源远端。每个基站包括:交直流双向DC-DC变换器，用于向与其连接的远供电源远端和相邻基站发送或接收直流高压电流；检测模块，用于控制本地的交直流双向DC-DC变换器向相邻基站和远供电源局端发送检测电流，并通过比较发送和接收电流来确定发送电流的最佳电压值和电流值；能量均衡模块，用于控制本地的交直流双向DC-DC变换器向功率波动异常的基站或远供电源远端供电。每个远供电源远端包括:交直流双向DC-DC变换器，用于向基站发送或接收直流高压电流，或者向相邻的远供电源远端发送或接收直流低压电流；能量均衡模块，用于控制本地的交直流双向DC-DC变换器向功率波动异常的基站或远供电源远端供电。其中，基站和远供电源远端的交直流双向DC-DC变换器都可以采用传统的DC-DC电路。如图3所示，DC/DC变换器主电路包含两个输入级组合式升压半桥电路、一个三绕组的高频变压器、以及一个输出级电压型半桥电路。其中:低压侧(LVS)的两个输入Vinl和Vin2即本地直流电源或蓄电池，高压侧(HVS)为直流负载输出，高压的直流母线电压将高达56.4V 400V。该变换器实现了每个输入端与输出端之间的双向功率流动。DC/DC变换器采用移相控制，其中与电源Vinl，Vin2连接的两个组合式半桥拓扑单元与输出侧电压型半桥拓扑单元驱动信号之间的移相角分别 为013、053,而两个组合式半桥电路之间的移相角015(=013 — 053)。通过控制变压器两侧的变换单元之间的驱动信号的移相角013053和015可以改变输入电源之间以及电源与负载之间所传送功率的大小和方向，并且可以实现两个输入电源单独或同时向负载提供功率。当输入电源Vinl或Vin2与负载之间通过控制013和053进行能量交换时，变换器的等效电路如图4(a)所示，当Vinl和Vin2之间进行能量交换时，变换器的等效电路如图4(b)所示。变换器的控制电路可以通过开关管S1-S6来控制变换器中的电流流向。基站和远供电源远端的能量均衡模块都可以采用如图5所示的电路实现。本本发明的部分实施例中，能量均衡模块的核心控制元件可以采用型号为TMS320LF2407的DSP芯片。该芯片可完成信号采样、数据处理及输出控制与监测等功能。如图所示，TMS320LF2407可以通过电压传感器和电流传感器采集交换器中的电压和电流值，然后根据设定的算法进行计算，从而能够判断基站或远供电源远端供电线路是否故障，并根据判断结果通过光耦隔离电路控制交直流双向DC-DC交换器中的开关S1-S6，从而达到控制交换器输出的目的。以上结合
了系统中的交直流双向DC-DC交换器和能量均衡模块，这两个模块均通过硬件实现，而检测模块则可以采用软件的方式实现，例如，其可以是设置在能量均衡模的控制元件中的逻辑或程序。在上述实施例中，包括两个核心供电网及其外围的由远供电源远端组成的外环供电网。本领域技术人员应能理解，在本发明的其他实施例中，核心供电网络可以是I个到数个不等，且核心供电网络中的基站也可以没有远供电源远端，即基站供电网络系统也可以不包括由远供电源远端组成的外环供电网。以上结合附图详细描述了本发明的基站供电网络系统，接下来将通过另一实施例详细描述本发明的基站应急供电方法，该方法包括如下步骤:I)在由若干个基站依次连接组成核心供电网环路中，相邻的两个基站之间通过发送检测电流确定最佳供电电压值和电流值；2)当某个基站的输出功率突然变化导致所述检测电流的电压值和电流值发生异常波动时，所述核心供电网中的其他基站自动为该基站供电。当核心供电网中的某个基站同时还属于另一个核心供电网时，该基站就可以从两个核心供电网获得供电。在本发明的部分实施例中，基站还可以分别和各自的远供电源远端连接，因此，基站也可以通过向远供电源远端发送检测电流确定最佳供电电压值和电流值；当基站的输出功率发生异常波动时，远供电源远端也可以自动为基站供电。反之，当远供电源远端的输出功率发生异常波动时，与其连接的基站和/或与其相邻的远供电源远端都可以自动为其供电。其中，相邻的两个基站之间或基站和远供电源远端之间通过发送检测电流确定最佳供电电压值和电流值的具体操作可以是:基站A以一定的时间间隔向基站B或远供电源远端发送检测电流，基站B或远供电源远端向基站A反馈其所接收电流的电压值和电流值，基站A将发送电流的电压值和电流值与接收电流的电压值和电流值进行比较，在多次发送的检测电流中，确定发送值和接收值差别最小的检测电流作为最佳供电电流。为了更清楚地解 释本发明，以下将结合图2，通过一个更为详细的实施例来说明本发明的基站供电网络系统和基站应急供电方法:1、基站a向基站d以不同的电压和电压值向基站d发送检测电流，并记录每组电流的电压值和电流值。电压值和电流值的测量是本领域最常见的公知技术，只需在基站内设置一电压和电流测量模块即可。基站a发送电流的电压值范围一般为90-240V，电流值范围一般为10-100A.检测电流可以每隔一段时间发送一组，当供电基站之间的高压远供线路发生故障或者基站发生停电导致电压电流值异常时可以及时被发现。2、基站b分别测量其所接收的各组检测电流的电压值和电流值，并发送给基站a。3、基站a将所发送的每一组电压电流值与基站b接收的电压电流值进行对比，选择发送值和接收值误差最小的一组作为基站a向基站b直流远供的最佳值，建立基站a到b的供电通道。正常情况下，基站a发送的电压电流值和基站b接收的电压电流值之间的误差会在一个合理的范围内。但如果基站d停电的话，基站d的蓄电池将开始放电，就会导致基站d的输出功率突然下降，那么上述发送值和接收值之间的误差就会超过正常的范围。因此，可以设置一个发送值和接收值的正常波动范围，如果发送值和接收值之间的误差超过这个范围，则说明该基站需要其他基站的供电。
4、核心供电网中的其他基站也通过与基站a、b 一样的方式确定相邻两个基站之间直流远供的最佳值，从而建立起整个核心供电网的供电环路。各基站a、b、d、e、f、g和远供电源远端之间也可以通过同样的方式建立基站和远供电源远端之间的供电通道。如果某个基站出现缺电状况，例如，假设基站d停电，蓄电池投入使用。一般情况下，蓄电池开始放电后，基站会先自动关闭下挂的室内分布系统中长时间处于零话务状态的干放和直放站设备，以减少蓄电池的放电电流。不管是否关闭十分系统的终端设备，蓄电池的放电时间如果不能达到要求的话，基站就要退服。此时，基站d及其下挂的室分系统终端设备可以从两种途径获得能量补偿。第一、相邻的基站c和基站b根据检测电流的电压值和电流值变化，自动为基站d供电。如果基站b不足以提供给基站d足够的电能，将使得基站b的输出功率也出现异常波动，从而导致基站a自动为基站b供电。如果整个核心供电网环路中所有的基站a、b、c都不能满足基站d的供电，那么基站c的功率异常波动，将导致其所在的另一个核心供电网C、e、f、g发生同样的情况，以为基站c供电。—般情况下，当基站停电的时候，其远供电源远端(例如基站d远端)由于用电渠道和基站相同，也会停电。此时，远供电源远端的蓄电池也开始放电，从而引起其所在的外环供电网中的其他远供电源局端为其供电。远供电源远端之间可以直接提供直流低压电流。但是，如果基站停电而相应的远供电源远端没有停电的话，远供电源远端也可以为基站供电。供电的优先顺序可以设为:1)同一核心供电网内的其他基站；2)其他核心供电网内的基站；3)本地远供电源远端。本领域技术人员应能理解，上述方法的实施可以通过计算机软件来实现，各种检测和监控的具体操作都可以通 过在现有设备上开发新的应用来实现。
权利要求
1.一种基站供电网络系统，其特征在于，包括由若干个基站依次连接形成环形回路的核心供电网，所述基站包括: 交直流双向DC-DC变换器，用于向相邻基站发送或接收直流高压电流； 检测模块，用于控制所述交直流双向DC-DC变换器向相邻基站发送检测电流，并通过比较发送和接收电流来确定发送电流的最佳电压值和电流值； 能量均衡模块，用于控制本地的交直流双向DC-DC变换器向功率波动异常的基站供电。
2.如权利要求1所述的基站供电网络系统，其特征在于: 所述基站分别与各自的远供电源远端连接； 所述基站的检测模块还用于控制本地交直流双向DC-DC变换器向远供电源远端发送检测电流，并通过比较发送和接收电流来确定发送电流的最佳电压值和电流值；所述基站的能量均衡模块还用于控制本地的交直流双向DC-DC变换器向功率波动异常的远供电源远端供电。
所述远供电源远端包括: 交直流双向DC-DC变换器，用于向基站发送或接收直流高压电流；能量均衡模块，用于控制本地的交直流双向DC-DC变换器向功率波动异常的基站供电。
3.如权利要求2所述的基站供电系统，其特征在于，所述各基站的远供电源远端依次连接组成外环供电网，所述 远供电源远端的交直流双向DC-DC变换器还用于向相邻的远供电源远端发送或接收直流低压电流；所述远供电源远端的能量均衡模块还用于控制本地的交直流双向DC-DC变换器向功率波动异常的相邻远供电源远端供电。
4.如权利要求1或2所述的基站供电网络系统，其特征在于，包括两个或两个以上的核心供电网，且每个核心供电网中至少有一个基站同时也属于另一个核心供电网。
5.如权利要求1所述的基站供电网络系统，其特征在于，所述核心供电网中包括4-6个基站O
6.一种基站应急供电方法，其特征在于，包括以下步骤: 在由若干个基站依次连接组成核心供电网环路中，相邻的两个基站之间通过发送检测电流确定最佳供电电压值和电流值； 当某个基站的输出功率突然变化导致所述检测电流的电压值和电流值发生异常波动时，所述核心供电网中的其他基站自动为该基站供电。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述核心供电网中至少有一个基站同时属于另一个核心供电网，所述方法还包括以下步骤:当所述同时属于两个核心供电网的基站的输出功率突然变化时，其位于两个核心供电网的相邻基站都自动为其供电。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基站还分别和各自的远供电源远端连接，所述方法还包括以下步骤:基站通过向远供电源远端发送检测电流确定最佳供电电压值和电流值；当基站的输出功率发生异常波动时，远供电源远端自动为基站供电。
9.如权利要求6或8所述的方法，其特征在于，所述相邻的两个基站之间或基站和远供电源远端之间通过发送检测电流确定最佳供电电压值和电流值包括:基站A以一定的时间间隔向基站B或远供电源远端发送检测电流，基站B或远供电源远端向基站A反馈其所接收电流的电压值和电流值，基站A将发送电流的电压值和电流值与接收电流的电压值和电流值进行比较，在多次发送的检测电流中，确定发送值和接收值差别最小的检测电流作为最佳供电电流。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤: 当某个远供电源远端的输出功率发生异常波动时，与其连接的基站和/或与其相邻的远供电源远端自 动为其供电 。
全文摘要
一种基站供电网络系统，包括由若干个基站依次连接形成环形回路的核心供电网，所述基站包括交直流双向DC-DC变换器，用于向相邻基站发送或接收直流高压电流；检测模块，用于控制所述交直流双向DC-DC变换器向相邻基站发送检测电流，并通过比较发送和接收电流来确定发送电流的最佳电压值和电流值；能量均衡模块，用于控制本地的交直流双向DC-DC变换器向功率波动异常的基站供电。本发明还提供了一种基站应急供电方法。本发明将原本相互独立的基站电源系统连接起来，组成环形供电网络，网络中的每一个基站都可以从中获得其他所有基站的供电支持。
文档编号H02M3/335GK103248038SQ20121003157
公开日2013年8月14日 申请日期2012年2月13日 优先权日2012年2月13日
发明者包静, 毛松苗, 巩欣 申请人:中国移动通信集团甘肃有限公司, 中国移动通信集团浙江有限公司, 中国移动通信集团设计院有限公司