基于5G網(wǎng)絡(luò)的基站電源系統(tǒng)創(chuàng)新研究

賈林杰

（華信咨詢設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310012）

0 引 言

因為5G移動系統(tǒng)標準得到了進一步發(fā)展，所以越來越多的運營商開始在全球范圍內(nèi)將5G商業(yè)化。目前，我國三大運營商也均以各種方式進行了網(wǎng)絡(luò)部署和應(yīng)用。本文從5G技術(shù)支持的角度討論了5G無線網(wǎng)絡(luò)中創(chuàng)新電源技術(shù)的創(chuàng)建，主要包括5G關(guān)鍵技術(shù)、5G建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)以及創(chuàng)新的5G電源技術(shù)。

1 5G創(chuàng)新電源系統(tǒng)方案

1.1 市電削峰技術(shù)

通信設(shè)備能耗的典型代表為市電削峰，能耗隨企業(yè)規(guī)模而變化。在峰值功率消耗期間，電池用于補充城市電源的電源?？焖俜潞同F(xiàn)代化改造，降低倉庫現(xiàn)代化所需的投資和供應(yīng)壓力峰值切換，限流、可充電電池等使用技術(shù)方法，可用于減少通信設(shè)備和電池充電所需的能量[1]。

1.1.1 方案1：錯峰充電站的措施

方案1的原理是滿載時激活電池充電電流減小功能，優(yōu)先分配通信設(shè)備的電源，實現(xiàn)峰值電池充電。它的最大峰值削波功率為16%（通信設(shè)備，1.1 kW/5G系統(tǒng)中的平均峰值差）。具體的行動方案是升級開關(guān)電源的限流/限流功能，約1 200元。結(jié)果顯示，充電時間從10 h增加到10～12 h，適用于城市中電力缺口較小的發(fā)電廠，總計12 h（3 h或更短）。

1.1.2 方案2：備用電池錯峰+電流限制充電方式

方案2是根據(jù)方案1進一步壓縮電池組的電源，最大峰值容量29%（通信設(shè)備的峰值平均差異+備用電池充電站的50%=1.9 kW/5G系統(tǒng)）。具體的實施方案是實現(xiàn)開關(guān)電源的功率限制功能，約1 200元。影響：充電時間從10 h延長到20～24 h。適用范圍：電站容量差距小的電站，24 h的累計執(zhí)行時間不超過3 h，并且保護水平低。

根據(jù)充電電路，備用電池具有峰值+電流?；诜桨?，電池充電電流被進一步壓縮。最大峰值切割功率29%（通信設(shè)備中的平均峰值差異+50%備用電池充電功率=1.9 kW/5G系統(tǒng)）。具體的行動計劃是更改電源升級限流功能，約1 200元。影響：充電時間從10小時增加到20～24 h。范圍：城市用電差距小，24 h停電的總時長不超過3 h，且電站的安全性較低。

1.1.3 方案3：最大備用電池電量+最高節(jié)能電池方案

應(yīng)用方案3時，當通信設(shè)備或空調(diào)的電量較低時，電池就會被充電。節(jié)能電池用于在最高負載下充電，并在負載底部充電，以抑制通信負載的變化。它的最大截止功率42%（通信設(shè)備的最大范圍+100%電池功率，2.7 kW/5G系統(tǒng)）。具體的實施方案是頂部+蓄能器控制單元。針對該方案，需根據(jù)城市的電源和空調(diào)運行頻率，計算每站備用電池的充電時間。它適用于城市電容量少、沒有連續(xù)的停電記錄且可保證低級別的站點。

1.1.4 方案4：儲能電池削峰

應(yīng)用方案4時，最大負載下節(jié)能電池充電，低負載下節(jié)省電池電量。最大峰值功率為16%（通信設(shè)備的最大范圍，1.1 kW/5G系統(tǒng)）。具體的實施方案是頂部+蓄能器控制單元。結(jié)果顯示，備用電池對充電時間沒有影響，僅當對備用電池充電且最大通信負載過大時，才會激活節(jié)能電池。在此期間，激活次數(shù)有限，投資回報率很低。該方案適用于停電頻繁的小鎮(zhèn)上的主要電站，應(yīng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)空間的大小、電流的歷史頻率和主站的保修級別等因素，選擇城市中最高級別的電線的技術(shù)方案。對于具有較高重建成本、長期和低功率空缺的發(fā)電廠，該城市的電力被削減到最高水平，以確保提升施工效率。建議先實施外部網(wǎng)絡(luò)修改方法，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)容量的擴展進行更改，以輸入原始網(wǎng)絡(luò)的有限容量，并等待存在共享5G的多個站點，向長期發(fā)展的方向進行市電增容改造。

1.2 蓄電池共用管理技術(shù)

蓄電池共用管理技術(shù)處理不同時期、不同品種和不同制造商平行的電池問題，以實現(xiàn)模塊擴展。對于充電模式（預(yù)設(shè)模式），每個通道的電池接口和外部電池導入充電一次。對于單個充電站，通道中的所有電池接口和一個外部鉛酸電池導入充電一次。。收費模式（網(wǎng)絡(luò)容量不足時使用）、放電模式以及總輸出模式處于充電狀態(tài)（預(yù)設(shè)模式）時，每個分支均根據(jù)指定的極限值或電池容量充電，并同時達到充電狀態(tài)。對于優(yōu)先流模式，它可以確定2級流。對于削峰和山谷填充等應(yīng)用場景，鉛酸主要用于提升水平，電池主要用于削峰。鉛酸主要用于提供備用能量，級聯(lián)電壓擴展。電池部件管理器連接到通信接口，以提供對單個機箱中所有模塊的集成控制，并實現(xiàn)級聯(lián)功率擴展。將電池組的不同部分與不同的制造商一起使用管理電池部分，降低了項目實施難度，改善了項目設(shè)計，降低了項目的總體成本，同時提高了資源利用率。

1.3 新型集中供電技術(shù)

集中式電源系統(tǒng)由長端、本地端和電纜3部分組成。-48 V電源放大到DC 250～DC 410 V，并通過電纜發(fā)送到末端。遠程設(shè)備為DC 48 V和AC 220 V電壓提供24 h供電。通過向周圍的發(fā)電站提供能源服務(wù)，可減少擴展和重建電源的成本，并為在該地區(qū)提供充足的電力。選擇一個中央發(fā)電站進行主基站建設(shè)，可縮短建設(shè)周期，提高電源可靠性。

2 創(chuàng)新改造研究

2.1 微站電源

如果無法從遠程計算機導入AAU而可以從中央計算機房導入電源以消耗5G AAU的能量，則可以采用直接供電方式+開放式直流電源，即微電源DC 220 V AC滿足需求直流電源，如圖1所示?？梢愿鶕?jù)5G設(shè)備的消耗量，調(diào)整電源和微站電源的數(shù)量。根據(jù)現(xiàn)場的重要性，微型發(fā)電廠設(shè)備可以在保證供電和發(fā)電廠主電源的情況下，對主發(fā)電廠使用集成機柜設(shè)計。此外，電線桿、壁掛、落地和環(huán)抱等支持各種安裝方法。

圖1 微站電源設(shè)備

2.2 插框電源

直流電源系統(tǒng)、多種型號以及現(xiàn)有的主要電站制造商、鄉(xiāng)鎮(zhèn)支局、接入點和各種通信運營商的模塊化辦公室等，均配備了開關(guān)電源。原始設(shè)計面臨功耗低、需擴展空間、故障率增加以及設(shè)備能耗增加等問題。原始開關(guān)架的使用存儲了主系統(tǒng)輸入主開關(guān)、電池保護、并聯(lián)、觸點和直流輸出電纜，并創(chuàng)建了通用且兼容的整流器部分（如插入式電源），可更換原來的整流器，以滿足原始系統(tǒng)的各種要求，包括動態(tài)環(huán)控制系統(tǒng)的控制、電池管理等。使用二次電源可以減少施工問題和改造項目的數(shù)量，減少因一般停電而引起的潛在安全風險，并增加投資回報[2]。

2.3 直流遠供

直流遠程控制器將通過遠程站點設(shè)備將主站點的-48 V直流電源增加到240～400 V，然后通過電纜將其發(fā)送到遠程站點的遠程站點設(shè)備。直流遠程控制設(shè)備包括中心局設(shè)備、傳輸線和遠程設(shè)備。其中，中央辦公設(shè)備是遠程電源系統(tǒng)的核心。它是將絕緣從-48 V直流增加到240～400 V（DC/DC升壓）的主要設(shè)備。具有發(fā)電條件和遠程設(shè)備的主站室是高壓DC變壓器。該高壓DC變壓器從本地端轉(zhuǎn)移到DC 48 V/AC 220 V。傳輸線是帶鎧裝鋁芯電纜或帶鎧裝銅芯電纜或組合光纜，可在遠程直流電源和遠程電源之間進行長距離連接高低壓直流。通信設(shè)備的發(fā)送能量最長距離可以達到3 000 m。對遠程主站、高鐵站、地面站和不穩(wěn)定的蜂窩式微型工廠進行供電，采用直流遠程控制技術(shù)確保直流電源的主電源得到保證，并從主電源的電源線發(fā)送到遠程基站[3]。

2.4 蓄電池創(chuàng)新改造方案

通信站通常將城市的能源用作主要電力來源。在城市停電的情況下，柴油發(fā)電機和汽油發(fā)電機不會投入運行，而由閥門操作的鉛酸電池將用作備用電源。當前，每個通信運營商和唯一的塔式基站通常使用容量為300 Ah、500 Ah或800 Ah的兩個閥門供電的鉛酸電池。由于每個站點的電源不同，每個站點的機房環(huán)境和負載能力也不同。這些因素會影響存儲和操作的持續(xù)時間，因此機房中放電時間、充電電壓和電池壽命都有不同的參數(shù)?，F(xiàn)實生活中，一組或單節(jié)電池經(jīng)常出現(xiàn)延遲或耗盡的問題，導致整個電池組出現(xiàn)使用問題。此外，由于電池的內(nèi)部質(zhì)量、特殊差異和工作環(huán)境的影響（基站溫度、電源參數(shù)的變化，城市用電條件和日常維護），電池的健康狀況每年都會降低，且縮短電池壽命。同時，隨著多年的運行，鉛酸電池體積大、能量密度低、持續(xù)時間短等缺點日益凸顯，使其在負載下的使用壽命多在6～8年[4-5]。

3 結(jié) 論

諸如MIMO和UDN之類的5G技術(shù)的廣泛使用，給主建筑基站帶來了重大挑戰(zhàn)。隨著新電源技術(shù)的更新，它克服了支持建設(shè)的電源問題，提高了5G網(wǎng)絡(luò)的實施速度，并為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。