淺析5G電源配套綜合解決方案

袁敬實(shí) 趙志紅 王莉亞

【摘要】? ? 為響應(yīng)國(guó)家新基建發(fā)展戰(zhàn)略，滿足5G網(wǎng)絡(luò)高效建設(shè)，針對(duì)5G設(shè)備頻段高、功率大、站點(diǎn)規(guī)模增加明顯的特點(diǎn)，無(wú)線、傳輸?shù)葘I(yè)對(duì)電源配套需求激增，電源配套建設(shè)面臨著巨大壓力。本文對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)電源配套建設(shè)中的相關(guān)問(wèn)題提出解決方案。

【關(guān)鍵詞】? ? 5G電源配套? ? 建設(shè)? ? 解決方案

引言：

面對(duì)大容量、高功率密度的5G設(shè)備，根據(jù) CU、DU以及AAU的部署方式、架構(gòu)特點(diǎn)，在站址稀缺、投資有限的情況下，如何實(shí)現(xiàn)快速建網(wǎng)，減少成本，提高投資收益率，成為5G建設(shè)的重點(diǎn)。電源配套系統(tǒng)是基站建設(shè)的基礎(chǔ)和重要保障，為適應(yīng)5G設(shè)備的安裝，對(duì)基站電源配套的全面梳理和建設(shè)，將有利于5G網(wǎng)絡(luò)的快速建設(shè)和發(fā)展。

一、5G基站電源配套系統(tǒng)和負(fù)荷需求

1.1基站電源配套系統(tǒng)

基站電源配套系統(tǒng)一般由交流供電系統(tǒng)、直流供電系統(tǒng)和空調(diào)組成，其中交流供電系統(tǒng)包括市電引入、油機(jī)、浪涌保護(hù)器和交流配電箱等，直流供電系統(tǒng)包括組合式開(kāi)關(guān)電源和蓄電池組等，供電系統(tǒng)如下圖所示：

1.2 5G基站通信設(shè)備負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

5G基站設(shè)備功耗包括原有2/3/4G設(shè)備、傳輸設(shè)備、新增5G設(shè)備等。新增5G設(shè)備主要包括CU（集中控制單元）、DU（分布式單元）、AAU（有源天線處理單元）。典型5G基站通信設(shè)備負(fù)荷如下表所示：

5G射頻模塊功耗增加明顯，存量站點(diǎn)疊加5G單頻，峰值功耗8.7kW，同時(shí)5G站點(diǎn)更加密集，站間距小于100米，城區(qū)三家共享會(huì)是主流趨勢(shì)，共享功耗可達(dá)30kW左右。

二、5G電源配套現(xiàn)狀和問(wèn)題

2.1外市電情況

目前約30%現(xiàn)有基站外市電容量不滿足5G部署，特別是租用、轉(zhuǎn)供電站，變壓器、配電系統(tǒng)擴(kuò)容難度大。改造一路交流受限于市區(qū)箱變?nèi)萘?，且市電容量擴(kuò)容成本高，周期長(zhǎng)，將嚴(yán)重拖累5G部署節(jié)奏，大幅增加投資。

2.2開(kāi)關(guān)電源配置

1.目前各通信運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有基站的直流供電系統(tǒng)采用組合式開(kāi)關(guān)電源，機(jī)架滿配容量分為-48V/600A和-48V/300A，均配置50A整流模塊。現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備無(wú)滿載配置，整流模塊數(shù)量少。多種模塊廠家已不生產(chǎn)或不在集采范圍，擴(kuò)容成本非常高，部分超期服務(wù)，因此面臨原設(shè)計(jì)容量低、無(wú)擴(kuò)容空間、設(shè)備性能下降、故障率升高等問(wèn)題。

2.單頻5G設(shè)備至少需要2路100A端子，現(xiàn)有開(kāi)關(guān)電源直流輸出配電端子數(shù)量嚴(yán)重不足、規(guī)格容量偏小，不滿足5G擴(kuò)容需求。

2.3蓄電池組使用情況

各通信運(yùn)營(yíng)商及鐵塔公司單站較多采用2組容量300Ah、500Ah、800Ah的閥控式鉛酸蓄電池作為備用電源供電。在實(shí)際運(yùn)行中，經(jīng)常出現(xiàn)單組、單體蓄電池“落后”或“降容”，從而導(dǎo)致整組蓄電池?zé)o法正常使用，健康程度逐年下降、續(xù)航時(shí)長(zhǎng)降低。同時(shí)，鉛酸蓄電池還存在的重量重、體積大，能量密度低、循環(huán)保用壽命短等缺點(diǎn)。

三、5G電源配套建設(shè)解決方案

3.1外市電引入的建設(shè)

基站用電應(yīng)盡可能采用直供電的方式，當(dāng)市電引入容量不足時(shí)，可以向電力公司申請(qǐng)?jiān)鋈?。針?duì)市電難以擴(kuò)容或擴(kuò)容投資巨大的問(wèn)題，可以考慮削峰填谷的方式。削峰填谷是調(diào)整基站設(shè)備用電負(fù)荷的新措施，即對(duì)電池進(jìn)行智能控制，在用電峰值時(shí)通過(guò)市電和蓄電池共同放電，在波谷時(shí)，利用市電對(duì)蓄電池充電。

3.2組合式開(kāi)關(guān)電源的建設(shè)

根據(jù)5G典型基站的設(shè)備功耗和開(kāi)關(guān)電源配置原則，以2組500Ah蓄電組為模型，開(kāi)關(guān)電源模塊配置如下表2。

3.2.1傳統(tǒng)方案

1.擴(kuò)容方案：

根據(jù)表2所示，在3家運(yùn)營(yíng)商共享的情況下，新增3套5G設(shè)備，負(fù)載不超過(guò)-48V/600A組合式開(kāi)關(guān)電源總?cè)萘浚绻F(xiàn)有模塊易于采購(gòu)且價(jià)格合適，優(yōu)先采用擴(kuò)容方案。

2.替換方案：

現(xiàn)有開(kāi)關(guān)電源無(wú)法直接擴(kuò)容，模塊無(wú)法采購(gòu)，或模塊采購(gòu)成本過(guò)高的情況下，如基站機(jī)房具備割接條件時(shí)，采用大容量新開(kāi)關(guān)電源替換現(xiàn)有開(kāi)關(guān)電源，替換后開(kāi)關(guān)電源模塊可通過(guò)運(yùn)行部門(mén)調(diào)配至其他同型號(hào)站址使用。

3.疊加（新增）方案：

現(xiàn)有開(kāi)關(guān)電源總?cè)萘坎蛔?，無(wú)法擴(kuò)容，替換工程量大，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)空間充裕，可采用疊加（新增）一套新開(kāi)關(guān)電源的方案，即在保留原開(kāi)關(guān)電源基礎(chǔ)上，額外新增一套開(kāi)關(guān)電源。

通過(guò)以上三種方案如果無(wú)法可以滿足5G設(shè)備對(duì)配電端子的需求，考慮新增一個(gè)從開(kāi)關(guān)電源架母線排接引的直流配電箱。

3.2.2插框電源

在原開(kāi)關(guān)電源機(jī)架的基礎(chǔ)上，利舊原有設(shè)備上的銅排、空開(kāi)和接觸器，改造普遍兼容整流單元（即插框電源）替換原整流單元。

插框電源既適應(yīng)原品牌開(kāi)關(guān)電源，又可以滿足不同廠商不同品牌，同時(shí)滿足原系統(tǒng)對(duì)動(dòng)力環(huán)境的監(jiān)控。采用插框電源的方式，能減少施工難度和改造工程量、減少因整體割接開(kāi)關(guān)電源對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的安全隱患，提高投資收益。

3.3微站電源建設(shè)

當(dāng)AAU拉遠(yuǎn)時(shí)，無(wú)法從基站機(jī)房引電，為滿足其直流用電需求，采用市電+室外直流電源的方式，將220V交流電轉(zhuǎn)換為48V直流電，即為微站電源。重要站址或市電條件差的情況下，根據(jù)需要微站電源亦可配置不同容量、不同備電時(shí)長(zhǎng)的電池組。支持抱桿、壁掛、落地、環(huán)抱等多種安裝方式，可滿足各種路燈桿、監(jiān)控桿、水泥桿、信號(hào)桿等小微站的建設(shè)場(chǎng)景。

3.4直流遠(yuǎn)供建設(shè)

為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)滿足宏基站或者接入網(wǎng)周邊的加密站，可采用直流遠(yuǎn)供的方式。直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)由局端設(shè)備、遠(yuǎn)端設(shè)備及傳輸線路組成。其中局端設(shè)備一般放在基站機(jī)房，是將–48V直流隔離升壓到240V（DC/DC升壓）的主要設(shè)備，遠(yuǎn)端設(shè)備是將局端傳輸至遠(yuǎn)端的直流高壓變換成DC48V/AC220V的設(shè)備。傳輸線路是實(shí)現(xiàn)直流遠(yuǎn)供電源局端與遠(yuǎn)端之間連接可使用銅纜、鋁纜和復(fù)合光纜，最遠(yuǎn)傳輸距離可達(dá)3000米。

3.5蓄電池建設(shè)

3.5.1蓄電池選配

傳統(tǒng)方案中，新增5G設(shè)備后，對(duì)于不能滿足后備時(shí)間或電池質(zhì)量嚴(yán)重下降的站點(diǎn)，可替換為新的大容量閥控式鉛酸蓄電池。

機(jī)房空間或者承重不足的站點(diǎn)，可將原有鉛酸蓄電池替換為磷酸鐵鋰電池。

磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池，由電極、電解液、外殼、極柱還有隔膜組成的基本功能單元。隨著新能源汽車(chē)的普及，鐵鋰電池成本不斷下降，在容量衰減到80%以下后，可作為梯次電池用于通信基站。鉛酸蓄電池、磷酸鐵鋰電池和梯次電池性能對(duì)比如下表3：

鐵鋰電池能量密度更高、壽命更長(zhǎng)、工作適應(yīng)場(chǎng)景更多，梯級(jí)利用鐵鋰電池可進(jìn)一步降低基站建設(shè)成本，保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源。

3.5.2蓄電池合路器

蓄電池合路器是串聯(lián)于電源與蓄電池之間的管理設(shè)備，由直流輸入部分、電池組接入部分、電池組分路充放電控制部分和監(jiān)控部分構(gòu)成。蓄電池合路器可對(duì)整組和單體電池健康度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，充電時(shí)，將電源設(shè)備輸出的電流合理分配給各組蓄電池，可將不同品牌、不同容量、不同新舊程度的電池并聯(lián)使用。合路器的引用提升蓄電池容量，提高蓄電池續(xù)航時(shí)間，減少更換原有蓄電池，節(jié)約投資。

3.6光伏發(fā)電建設(shè)

對(duì)于外市電引入困難、引入費(fèi)用高、市電費(fèi)用高或市電不穩(wěn)定，達(dá)不到三類供電級(jí)別的基站，可采用光伏發(fā)電。白天陽(yáng)光充足時(shí)，由光伏組件和蓄電池一起向直流負(fù)載供電;到了晚上，蓄電池儲(chǔ)存的電量供負(fù)載使用。為保證通訊設(shè)備在陰雨天的正常運(yùn)行，蓄電池的容量設(shè)計(jì)應(yīng)考慮當(dāng)?shù)剡B陰天的天數(shù)。

3.7基站+充電樁建設(shè)

結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)基站周邊各小區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院等公共場(chǎng)所充電樁規(guī)劃和選址場(chǎng)景要求，對(duì)現(xiàn)網(wǎng)中市電穩(wěn)定，鋰電池作為備電設(shè)備的基站進(jìn)行篩選，選取剩余電量充裕，有剩余開(kāi)關(guān)或具備擴(kuò)容條件，可滿足充電樁建設(shè)條件的站址資源，可以進(jìn)行“基站+充電樁”一體化建設(shè)。

四、結(jié)束語(yǔ)

5G電源配套建設(shè)所面臨的問(wèn)題有多種解決方式，在實(shí)際工作中，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷變化、共享需求、停電規(guī)律、節(jié)能環(huán)保的要求，從幾種不同解決方案里找出技術(shù)上可行性好、經(jīng)濟(jì)上成本較低的最優(yōu)方案。