智慧燈桿體現(xiàn)共享、共建、共融理念，多功能共存時，電源也分散在各個功能模塊。但電源系統(tǒng)是智慧燈桿的“心臟”，有故障時會導(dǎo)致功能失效。尤其是5G基站，用電的功率、可靠性等對比其他功能模塊不同。

智慧燈桿供電是按各個功能模塊內(nèi)處理，還是系統(tǒng)統(tǒng)一解決，需要從系統(tǒng)角度，綜合CAPEX、OPEX、可落地實現(xiàn)等多個維度評估，并在此過程中，結(jié)合現(xiàn)在通信電源產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況，建議智慧燈桿場景下的供配電方案，應(yīng)以通信電源標(biāo)準(zhǔn)向下兼容，實現(xiàn)模塊化設(shè)計，具備智能監(jiān)控，電池備電，高效節(jié)能、易于維護等功能。

問題概述

智慧燈桿能同時搭載很多功能模塊，這是方案的主要亮點之一。目前的發(fā)展?fàn)顩r看，多數(shù)廠家在搭載不同功能模塊時，提供的解決方案都是“暴力堆疊”，最多的是結(jié)構(gòu)上的融合，而硬件和軟件上的融合基本不考慮，供配電問題尤為突出，原有的解決方案是預(yù)留部分220V交流分配單元，各個功能模塊各自內(nèi)部處理整流功率變換（如下圖1）。

圖1、現(xiàn)智慧路燈電源系統(tǒng)分布示意

基本沒有監(jiān)控管理，故障率高。由此帶來的可靠性差、效率低、維護成本高等問題較多，也成了目前規(guī)?；褂玫钠款i之一。

需求現(xiàn)狀分析

A、下表1統(tǒng)計了下圖2智慧路燈搭載各個功能模塊用電方面的需求：

圖2智慧路燈搭載功能模塊示意圖

表1 智慧燈桿主要功能模塊用電參數(shù)

B、從目前應(yīng)用場景看，在一根桿子上集成所有功能模塊，甚至超過四種以上應(yīng)用，都是較少的，比如設(shè)計單位在一個具體應(yīng)用場景中做系統(tǒng)設(shè)計時，將智慧路燈區(qū)分三種：智慧主燈、智慧副燈、智能路燈，有些企業(yè)區(qū)分為：高配、中配、低配。

我們需要采取2-8原則，將應(yīng)用普遍的、80%以上的需求及配置予以重點考慮，這樣可以將復(fù)雜問題簡單化。下表是應(yīng)用場景：

表2智慧燈桿典型應(yīng)用場景

從上面表格可以看出各種應(yīng)用模塊出現(xiàn)的頻度差異較大，在實際項目應(yīng)用中，也是如此，應(yīng)用功能模塊最普遍的是智能照明，其次是視頻采集和移動通信，其他智慧城市相關(guān)功能模塊出現(xiàn)頻度較小。或者只在特定場合出現(xiàn)，比如交通流量監(jiān)測、環(huán)境氣象監(jiān)測一般一個區(qū)域一套即可；比如視頻采集一般需要考慮特定位置，卡口站在車輛必經(jīng)之路上。

移動通信基站可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，小范圍調(diào)整位置。一般智能照明間距30米，視頻采集間距50-500米，5G移動通信間距200米左右。

通過以上分析，我們可以做這樣的預(yù)估：在一條路上，智慧燈桿只搭載智能照明的約占87%，搭載5G+智能照明+視頻采集模塊的約10%，搭載5G+智能照明+視頻采集+其他智慧城市模塊的約3%。照明和視頻采集的功耗相對通信基站較小，因此可以一并考慮供電。而其他應(yīng)用可以一體考慮。

方案分析

●現(xiàn)在智慧燈桿電源方案的優(yōu)點：

A、易于實現(xiàn)，集成各個廠家功能模塊，可以快速響應(yīng)市場客戶需求。

B、責(zé)任界面相對清晰，故障問題定位、電量分?jǐn)偟容^為容易處理。

●現(xiàn)在一般智慧燈桿電源方案的缺點：

A、故障率較高--部分功能模塊本身可靠性不高，如環(huán)境監(jiān)測。但從系統(tǒng)維護整體角度看，系統(tǒng)故障是由最短板決定的，出現(xiàn)故障的話依然是系統(tǒng)故障。

B、沒有運行狀態(tài)監(jiān)控，不夠智能化--整個智慧燈桿雖然可以實現(xiàn)業(yè)務(wù)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理，但卻將最為關(guān)鍵的電源系統(tǒng)排除在外。有了電源問題，由于不能遠(yuǎn)程診斷，將大為增加運維成本。

C、沒有備電--停電斷電情況下，系統(tǒng)馬上停止運行，導(dǎo)致系統(tǒng)可用度降低。

從以上分析可以看到目前方案僅有項目集成施工的便利，而具備多個缺點，尤其不能滿足未來業(yè)主單位對智慧燈桿系統(tǒng)的智能化、高效率管理健康、維護和運營需要。

解決方案思路與原則

1、確保系統(tǒng)可靠，首先是要高標(biāo)準(zhǔn)高要求覆蓋低標(biāo)準(zhǔn)低要求。系統(tǒng)中，有移動通信、交通信號燈，以及后期將會大量出現(xiàn)的車聯(lián)網(wǎng)中的車路協(xié)同功能模塊（例如RSU路側(cè)設(shè)備），可靠性要求是高于其他功能模塊的，應(yīng)該按此最高標(biāo)準(zhǔn)要求。

2、電源系統(tǒng)應(yīng)該是智能化的，不能是“啞設(shè)備”，要做到電源系統(tǒng)可監(jiān)可控，并且是程序化的，因為其中的功能單元運行規(guī)律性強，比如路燈。

3、應(yīng)對故障與損壞，各個電源功能部件要模塊化設(shè)計，并且N+X備份。而且最好需要有備電和備用裝置，應(yīng)對可能出現(xiàn)的停電、斷電，且要有儲能設(shè)備。

有些重要功能模塊，需要在斷電4小時或者更長時間內(nèi)通過備電繼續(xù)工作，直到斷電故障經(jīng)動力系統(tǒng)維護人員上站修復(fù)完成，或者得到移動發(fā)電機的臨時供電。核心的控制器網(wǎng)關(guān)，需要在停電時能工作，將故障告警傳送到后臺，以便后臺可以區(qū)分故障類型，是市電停電、空開斷，還是設(shè)備故障？以后繼啟動相應(yīng)的維修響應(yīng)動作。

4、路燈桿是居民身邊的城市公共設(shè)施，要充分保證安全，包括產(chǎn)品自身安全、數(shù)據(jù)安全、人身安全等。產(chǎn)品自身安全，需要防護高壓浪涌等沖擊，數(shù)據(jù)安全需要有加密等防護措施，人身安全需要嚴(yán)格符合安規(guī)的產(chǎn)品設(shè)計，重點防范漏電，必須安裝有漏電保護裝置，并且此裝置可以遠(yuǎn)程監(jiān)控工作狀態(tài)，可以遠(yuǎn)程操作斷電，以便在臺風(fēng)、嚴(yán)重內(nèi)澇等極端天氣，可以遠(yuǎn)程斷電。

從上分析，并結(jié)合應(yīng)用環(huán)境、綠色低碳的方向，可進一步細(xì)化出新的智慧燈桿供電方案的需求：

儲能功能和設(shè)備不是優(yōu)先需要解決的剛需，重要性稍低。

1.各個功能模塊對于電源要求不一，需要有多種電壓電流輸出。

2.適用不同功能模塊組合情況下的功率需求。

3.桿站使用，必須考慮環(huán)境融合問題。各個功能模塊必須小型化，親桿體設(shè)計。

4.系統(tǒng)成本最低，包括建設(shè)成本、運行維護成本、質(zhì)量成本等。

5.安全。電源系統(tǒng)是各個智慧功能模塊的心臟，可靠性必須要有保障，智慧桿是高聳結(jié)構(gòu)，防雷必須充分考慮。數(shù)據(jù)安全也是產(chǎn)品安全的一個不可或缺部分。同時，公共設(shè)施必須保證人員安全，不能發(fā)生漏電等問題。

6.各個功能模塊隸屬不同業(yè)主，電費計量須能分用戶。

7.各個功能模塊對下電管理要求不同，甚至需控制電流大小。

8.智能化，可遠(yuǎn)程監(jiān)控管理，遠(yuǎn)程升級。

9.低碳綠色環(huán)保，充分考慮社會效益，高效電源。

解決方案

對于智慧燈桿來說，有交流或直流兩種供電輸入方式，到桿體系統(tǒng)內(nèi)，又會有實現(xiàn)方案的差異，本文先論述交流輸入方式。交流輸入到桿體系統(tǒng)時，大致有如下三種方案：

圖3 交流供電桿體內(nèi)電源方案

方案說明：

●方案一（見上文1章節(jié)，圖1），早期演示項目多采取此方案。計量一般不考慮。通信與路燈電源及交流充電樁可以有有遠(yuǎn)程監(jiān)控，其他電源沒有智能控制。

優(yōu)點：各個功能模塊產(chǎn)品不用做定制。

缺點：各個功能模塊各自處理交直流變換、防雷等。成本與可靠性均較差。

圖4 交流供電方案二電源方案

●方案二（見上圖4），目前集成方案多采取此方案。交流配電后，根據(jù)業(yè)務(wù)功能不同，分路計量與配電管理。與智慧城市強相關(guān)模塊，電源統(tǒng)一到一體做成可遠(yuǎn)程監(jiān)控的AC-DC電源。

優(yōu)點：通信、路燈、智慧城市單元，不同業(yè)主單位分開管理，符合目前行業(yè)與產(chǎn)業(yè)狀態(tài)，易于被業(yè)主單位接受。

缺點：分路實施的工程等成本和難度依然較大，運維成本高。

●方案三（見上圖5）：考慮5G基站的功耗遠(yuǎn)大于其他功能模塊，可以統(tǒng)一集中到通信電源供電，在產(chǎn)業(yè)初期，可以增加48VDC-DC多路輸出，匹配其他功能模塊。在市場應(yīng)用增加后，各個功能模塊接受48V供電，則系統(tǒng)將非常簡單。

優(yōu)點：可靠性提升，系統(tǒng)構(gòu)成簡單化、歸一化，效率提升。

缺點：集成各個功能模塊電源接口需改變，各個功能模塊供應(yīng)商和業(yè)主單位要有個接受過程。

綜合上面方案二、三，如果方案三做模塊化設(shè)計，那么方案二可以是方案三的一種變形或者簡配。最終的系統(tǒng)圖建議如下：

圖6 智慧路燈電源系統(tǒng)方案

以上設(shè)計還可以帶來其他的一些好處，比如：

1. 原來的顯示屏電源，與顯示屏一體，屏內(nèi)內(nèi)部工作溫度很高，電源長期工作在高溫環(huán)境下，壽命將大大縮減。新方案將可避免這個問題，從而提升可靠性。

2. 原來分散在各個功能單元中，不易于維護，例如路燈燈頭電源，需要登高車，維修成本高。集中供電后，易于維護維修。

3. 集中供電后，變換模塊功率增大也易于實現(xiàn)高效率，比如通信電源轉(zhuǎn)換效率最高可以做到98%，相應(yīng)的熱耗減小，綠色環(huán)保。

結(jié)論

從上面論述中，我們看到，智慧燈桿供電，需統(tǒng)一一體考慮，參考通信電源標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計架構(gòu)，增加特定DC/DC轉(zhuǎn)換模塊以及其他功能外設(shè)，設(shè)計出模塊化、智能化、高效率、高可靠的電源系統(tǒng)。

參考文獻：

[1]?：賈興東、徐志斌等 多功能智能桿系統(tǒng)設(shè)計與工程建設(shè)規(guī)范。

[2]?：深圳市智慧桿產(chǎn)業(yè)促進會 智慧桿系統(tǒng)建設(shè)與運維技術(shù)規(guī)范。

[3]?：中國通信協(xié)會，智慧燈桿白皮書（2019）。

[4]?：王洋、舒兆平等，智慧燈桿技術(shù)規(guī)范。

作者簡介：楊積成，中興通訊股份有限公司能源產(chǎn)品部綜合產(chǎn)品經(jīng)理。目前主要研究方向為5G建設(shè)中各種供電問題，包括舊改站供備電問題，新建站供電模塊化擴展問題，5G桿站供電問題等。

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