5G基站新型開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)方案研究

馮 佳

（湖南省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

1 5G基站電源系統(tǒng)的概述

1.1 5G基站電源系統(tǒng)的組成

目前通信基站的電源系統(tǒng)多為交流供電及直流供電兩部分組成，交流供電部分與市電連接，同時(shí)配備發(fā)電油機(jī)、交流配電箱以及浪涌保護(hù)器；直流供電部分包括1～2組蓄電池組、直流配電單元以及整流模塊。我國(guó)的通信業(yè)主要由中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)移動(dòng)以及中國(guó)電信3家企業(yè)負(fù)責(zé)。這些企業(yè)均配備有單獨(dú)的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)的通信基站內(nèi)部均包含有多種通信系統(tǒng)，如2G、3G及4G。這些系統(tǒng)都需要電源系統(tǒng)進(jìn)行供電，保證其設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此就造成了基站對(duì)電能需求量越來(lái)越大。

1.2 常規(guī)基站的電力需求

5G基站需要使用AAU+CU+DU的設(shè)備方案，因此需要在5G基站內(nèi)架設(shè)BUU及AAU的相應(yīng)單元。BBU單元需要布置在機(jī)房?jī)?nèi)，集成有RRU及天線陣列功能的AAU單元需要布置在室外的高處。5G通信技術(shù)與4G通信技術(shù)相比，其BBU的功耗要更高，同時(shí)AAU的功耗也高于目前的4G系統(tǒng)。因此，5G基站內(nèi)部的設(shè)備功耗通?？蛇_(dá)到5 100 W左右。為了滿足其他通信系統(tǒng)要求，通?；緝?nèi)部需要配置1套2G系統(tǒng)、1套3G系統(tǒng)、2套4G系統(tǒng)以及1～2組500 Ah的蓄電池組。當(dāng)基站內(nèi)部增設(shè)5G系統(tǒng)設(shè)備后，其基站總功耗將達(dá)到22 000 W，直流功耗將達(dá)到14 000 W。基站內(nèi)部交流電容量需求為51.8 A，開(kāi)關(guān)電源電流容量需求為388 A，具體電源參數(shù)如表1所示。

如果5G系統(tǒng)使用4G系統(tǒng)的電源接入方式，那么其BBU+AAU單元需要通過(guò)DCDU單元轉(zhuǎn)接到開(kāi)關(guān)電源箱，新增的DCDU單元對(duì)空開(kāi)端子的交流電容量應(yīng)為130 A。如果BBU+AAU單元要直接連接開(kāi)關(guān)電源箱，那么其空開(kāi)端子的交流電容量應(yīng)為60 A，電源線的截面應(yīng)該大于17 mm2。

1.3 5G基站開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的能量消耗及原理

市電供應(yīng)正常的條件下，5G基站的供電由48 V開(kāi)關(guān)電源完成，市電供應(yīng)的交流電通過(guò)母站直流遠(yuǎn)供局端轉(zhuǎn)換成240～380 V的高壓直流電，轉(zhuǎn)換后的高壓直流電為遠(yuǎn)端子站供電，遠(yuǎn)端子站內(nèi)部的轉(zhuǎn)換模塊可以將高壓直流電轉(zhuǎn)換成220 V交流電或者48 V直流電為下屬通信設(shè)備提供電能。市電供給母站的電能在轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，只需要1次能量轉(zhuǎn)換，顯著減少電能消耗，具體消耗為7%。使用傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源需要進(jìn)行2次能量轉(zhuǎn)換，加大了電能消耗，具體消耗為16%。

表1 為基站電源電流參數(shù)

市電供應(yīng)出現(xiàn)問(wèn)題、電力中斷時(shí)，48 V的蓄電池組可以通過(guò)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)供電端口的切換，再由48 V蓄電池組完成對(duì)DC/DC變換器的電力供應(yīng)。蓄電池組的48V直流電通過(guò)DC/DC變換器轉(zhuǎn)換為240～380 V高壓直流電，進(jìn)而完成對(duì)子站的電力供應(yīng)。

2 5G基站開(kāi)關(guān)電源的具體改造方案

對(duì)基站電源系統(tǒng)增設(shè)5G設(shè)備時(shí)，需要根據(jù)5G設(shè)備的具體功耗來(lái)計(jì)算實(shí)際耗電量，同時(shí)還要考慮增設(shè)設(shè)備后添加的散熱系統(tǒng)及傳輸設(shè)備的功耗。此外，電能轉(zhuǎn)換時(shí)的消耗及蓄電池組充電的功耗也要考慮。當(dāng)電容量達(dá)不到增設(shè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)該對(duì)供電設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)改造，提升容量。

2.1 對(duì)市電交流電供電設(shè)備的改造

改造時(shí)，首先應(yīng)該對(duì)基站內(nèi)的市電空開(kāi)容量、引入容量及電纜截面積進(jìn)行檢查，必須保證市電引入容量達(dá)到改造標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)市電引入容量不滿足增設(shè)5G設(shè)備的條件時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)增容。此外，還需要對(duì)市電交流電供電系統(tǒng)中的交流配電箱進(jìn)行檢測(cè)，重點(diǎn)檢測(cè)主開(kāi)關(guān)容量及連接線纜是否滿足改造標(biāo)準(zhǔn)。若不達(dá)標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)交流配電箱進(jìn)行更換。改造中，可以通過(guò)鐵鋰電池組實(shí)現(xiàn)對(duì)市電的擴(kuò)容，進(jìn)而讓市電引入容量達(dá)到5G基站改造標(biāo)準(zhǔn)。增設(shè)鐵鋰電池組時(shí)，應(yīng)該通過(guò)智能控制系統(tǒng)設(shè)定峰值，使鐵鋰電池組在特定峰值階段進(jìn)行放電，進(jìn)而完成市電與蓄電池組的同時(shí)供電，確保滿足機(jī)房通信設(shè)備的用電需求[1]。

2.2 對(duì)開(kāi)關(guān)電源的改造

5G基站的改造中，需要對(duì)開(kāi)關(guān)電源容量進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)對(duì)直流系統(tǒng)供電系統(tǒng)添加整流模塊的方式進(jìn)行擴(kuò)容，進(jìn)而滿足新增5G設(shè)備的供電要求。當(dāng)開(kāi)關(guān)電源容量不能滿足5G設(shè)備的供電需求時(shí)，應(yīng)該更換48 V開(kāi)關(guān)電源。此外，還應(yīng)該根據(jù)基站內(nèi)部空間及建筑荷載能力，為新增的5G設(shè)備增加單獨(dú)的48 V直流電源系統(tǒng)。如果基站條件不允許，應(yīng)該對(duì)現(xiàn)有的24 V電源系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，通過(guò)增加DC/DC變換器的方式，達(dá)到為5G設(shè)備供電的目的。升級(jí)時(shí)，應(yīng)該根據(jù)24 V開(kāi)關(guān)電源的引入容量加以判斷，DC/DC變換器的布置位置應(yīng)該設(shè)置在開(kāi)關(guān)電源架母線排的位置，選取的DC/DC變換器，其機(jī)架輸出容量應(yīng)該根據(jù)變換器總數(shù)量來(lái)合理調(diào)節(jié)。

2.3 對(duì)電源端子的改造

改造時(shí)，還應(yīng)該對(duì)開(kāi)關(guān)電源的剩余端子數(shù)量進(jìn)行檢測(cè)，剩余端子數(shù)量及容量達(dá)到改造標(biāo)準(zhǔn)的基站，可以直接架設(shè)開(kāi)關(guān)電源設(shè)備。如果不能滿足改造標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該對(duì)空開(kāi)及保險(xiǎn)絲進(jìn)行更換；剩余端子數(shù)量不足，但有擴(kuò)展槽位時(shí)，應(yīng)該增設(shè)空開(kāi)；如果增設(shè)條件均不滿足改造標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該添置直流配電線，直流配電箱的電源直接從電源架母線排引入。

2.4 對(duì)蓄電池組的改造

基站建設(shè)位置的不同，其相應(yīng)的供電狀況及基站基礎(chǔ)條件也有所不同。建立在縣、市地區(qū)的基站，市電供應(yīng)狀況較好，供電穩(wěn)定，其后備電力應(yīng)該滿足大于3 h的條件；建立在鄉(xiāng)村區(qū)域的基站，市電供應(yīng)狀況較差，供電不穩(wěn)定，需要后備電力大于5 h；對(duì)于偏遠(yuǎn)山區(qū)的基站，其后備電力更是要大于8 h。通過(guò)增設(shè)蓄電池組數(shù)量的手段，為基站提供充足的后備電力，以確保5G設(shè)備充足的電力供應(yīng)。改造時(shí)，應(yīng)該將現(xiàn)有的鉛酸蓄電池組，更換為鐵鋰蓄電池組，以有效減輕蓄電池組的重量、縮小蓄電池組的體積，進(jìn)而達(dá)到節(jié)約基站內(nèi)部空間資源、便于安裝的目的。改造后的通信基站，其內(nèi)部設(shè)施及功耗應(yīng)該滿足相應(yīng)的條件，具體標(biāo)準(zhǔn)如表2所示[2]。

表2 基站改造后的功耗標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié) 論

設(shè)計(jì)改造5G通信基站時(shí)，首先應(yīng)該對(duì)其開(kāi)關(guān)電源的引入容量加以檢測(cè)，根據(jù)具體情況，合理的增設(shè)、置換相關(guān)設(shè)備，以確保5G通信設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。確保改造工作的科學(xué)性及合理性，有利于提高基站空間資源的利用率，同時(shí)也可以達(dá)到控制改建成本的目的。