關(guān)于5G通信基站微網(wǎng)格供電的探究

張濤

【摘要】? ? 5G時代即將到來，但是5G通信設(shè)備負載功率較大， 5G通信基站供電問題面臨著巨大挑戰(zhàn)。本文以密集城區(qū)如何解決5G通信基站供電問題為切入點進行探究，通過試點實例舉證，從方案規(guī)劃、設(shè)計、實施及后期的投資、優(yōu)劣勢分析等，基本達到預(yù)期目標。

【關(guān)鍵詞】? ? 5G通信電源? ? 微網(wǎng)格供電

5G時代即將到來，2019年5G即將試商用，2020年將正式商用，5G通信會給人民的生活帶來質(zhì)的變化。例如：無人駕駛、4K高清、VR等應(yīng)用全部要靠5G網(wǎng)絡(luò)的承載方可完成。5G來了對應(yīng)用層面帶了諸多利處，但是作為為運營商提供電源配套的鐵塔公司而言卻面臨著諸多壓力和挑戰(zhàn)。通過華為、中興等廠家公布的5G設(shè)備負載功率情況來看，其功率是目前4G設(shè)備的3-4倍，其BBU功率達到1100W，AAU功率達到了1100W，那么5G通信基站對電源的要求將會更高，如何能夠滿足運營商的需求，實現(xiàn)5G通信設(shè)備的穩(wěn)定供電給鐵塔公司提出了新的要求。5G基站初期部署基本都在主城區(qū)，而原來的基站大部分為轉(zhuǎn)供電，其電力容量嚴重不足，勉強能夠滿足4G設(shè)備的運行，如果增加5G市電無法滿足，本文就如何實現(xiàn)密集城區(qū)5G基站供電問題進行探究。

一、5G網(wǎng)絡(luò)供電組網(wǎng)探索

由于5G基站供電負荷大，且初期均在密集市區(qū)部署，那么每個站點都單獨外引大容量外市電一是投資大，二是供電部門也不會批準，所以需要設(shè)置能源中心，集中引入大容量外市電，然后再通過能源中心給周圍的5G基站供電，那么能源中心的選取尤為重要，要考慮外市電引入的成本，同時要考慮要盡量多的承載5G基站，鑒于以上情況，制定了以下集中供電組網(wǎng)方式：1、星型+鏈型+樹型組網(wǎng)方式，該組網(wǎng)方式較為綜合，適應(yīng)場景較多，將能源中心周圍的5G基站集中供電;2、星型+鏈型組網(wǎng)方式，該組網(wǎng)方式是借助于現(xiàn)網(wǎng)宏基站作為能源中心，能源中心只需增加外市電容量，不需增加物理位置;3、是樹型組網(wǎng)方式，該類組網(wǎng)方式對電纜的線徑要求比較高，如果在城區(qū)遠距離供電線纜布放存在困難，不建議應(yīng)用此類型組網(wǎng)。

二、設(shè)計供電基本原理

由于設(shè)置了能源中心，那么勢必要滿足盡量多周圍的5G基站，如果通過傳統(tǒng)的電力線纜從能源中心布放到基站，一是線纜線徑過大，無論是管道布放還是架空都很難在密集城區(qū)施工。二是無法較遠距離的輸電，普通4*35的電纜輸電線路達到2km后，到達基站的市電基本已經(jīng)無法使用。鑒于以上情況，本文提出新的供電思路，送過內(nèi)部交流高壓遠供的方式來解決線徑粗、遠距離輸電的難題。

供電原理：在有市電的情況下，電接入配電箱，然后分相使用給基站供電，如：A相電220V通過升壓變壓器提升至1000V，經(jīng)過2*4mm2或2*6mm2耐壓1500V的高壓銅芯電纜傳輸，到基站側(cè)的降壓變壓器降至220V，給設(shè)備供電，B相、C相電同樣原理實現(xiàn)升壓和降壓為負載供電。如果外市電停電后則啟動油機發(fā)電，三相油機發(fā)電后也同樣通過A、B、C三相電分別通過升壓降壓給負載供電。

保護措施：由于能源中心到基站側(cè)都是傳送的1000V的高壓，所以對線路及設(shè)備增加了防護手段，每臺變壓器上均安裝漏電、過載短路、防雷擊保護。一旦線路出現(xiàn)短路情況，變壓器側(cè)的保護熔絲瞬時斷開，同時由于高壓遠供負極與大地隔離，所以就算人手觸碰到單根電纜是不觸電的。

通過該方案為基站供電的目的盡量控制基站電力開戶的數(shù)量，通過微網(wǎng)格化供電方式，設(shè)置集中供電的能源中心，只需集中引入大容量外市電，然后通過集中點對周圍的基站進行供電。由于密集市區(qū)無法布放粗線徑電纜，通過交流高壓遠供方式減小線徑，同樣是20kw功率的負載，普通電纜為220V電壓，那么通過的電流是91A電流，如果使用銅芯電纜需要至少2*16mm?，線徑非常大。而通過高壓遠供方式，同樣是20kw的功率，由于電壓是1000V，那么只需2*4mm?的銅芯電纜即可，基本與48芯光纜線徑相當，方便在管道布放，同時可以保證遠距離傳輸，最高可傳送20km，所以能夠使能源中心的效率達到最大化，不會受基站距離限制。

三、應(yīng)用案例介紹

本項目采用星型+樹型結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，東郡小區(qū)的宏站及微站使用A相電，負載為8.89kw，山水上城使用B相電，負載為7.2kw，江南一品使用C相電，負載為6.5kw。

由于東郡小區(qū)微站集中點與東郡小區(qū)1號樓基站在一個方向且都在小區(qū)內(nèi)，所以通過供電端1臺變壓器帶受電端2臺變壓器完成供電。后期增加5G也先開通宏站的5G，總負載在15kw左右，其他2個站點后期各增加2套5G系統(tǒng)功率都在15kw以內(nèi)，完全可以滿足。

四、負載能力測試

為了測試供電系統(tǒng)最大帶載能力，由于現(xiàn)網(wǎng)站點功率較小，無法驗證供電系統(tǒng)承載單站15KW（現(xiàn)網(wǎng)+2套5G）的負載能力，所以定制了模擬負載測試儀，通過分檔增加負載，觀察供電系統(tǒng)運行情況，經(jīng)過測試單基站達到15KW時供電穩(wěn)定。

試驗結(jié)果：供電電壓隨著負載功率加大波動在設(shè)計范圍內(nèi)，功率滿足設(shè)計要求，適應(yīng)突變能力強，對現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備無干擾;

實際使用：市電中斷，電池放電，經(jīng)逆變器輸出，帶載切換時間為0秒，基站工作正常，無閃斷現(xiàn)象。

五、項目投資分析

該試點項目總投資36萬元，其中包含了能源中心建設(shè)、后備電源的配置、大功率UPS配置，到基站的線纜材料及施工費、變壓器材料及施工費用。

同時通過電費成本分析，由于原來的轉(zhuǎn)供電江南一品1.5元/Kwh，其他三個站點都是1元/Kwh，而改為直供電后單位電價為0.69元，根據(jù)歷史電費的核算，改為集中供電后每月節(jié)約電費4800元，每年節(jié)約電費5.8萬元，基本六年即可回收成本。

六、優(yōu)劣勢分析

優(yōu)勢：電纜線徑細（D13mm），成本低，布線施工容易;電纜與大地隔離，配備相應(yīng)的安全防護設(shè)施，供電安全有保證;針對不同場景，應(yīng)用靈活，豐儉自由;相對集中供電，便于停電保障;便于轉(zhuǎn)改直和資源整合利用;供電距離遠。（實際應(yīng)用≥12Km）。

劣勢：僅就單站改造，成本較高，如果發(fā)揮規(guī)模優(yōu)勢并結(jié)合資源整合，就能轉(zhuǎn)劣為優(yōu);因電力需求集中，一次性投資較大（比如使用專變）。

參? 考? 文? 獻

[1] YD/T1051-2010，通信局（站）電源系統(tǒng)總技術(shù)要求（13-15）.

[2]樊宏，李新領(lǐng)，關(guān)于遠供電源在移動分布式基站建設(shè)中的應(yīng)用[J].科技資訊，2010（21704）：66-68.

[3] 胡崇崇 5G關(guān)鍵技術(shù)的特征和面臨的挑戰(zhàn)[J].通信技術(shù)2009-10.