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(fù)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(jìn)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(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

【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(yùn)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(fù)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(dá)到1100W，AAU功率達(dá)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(yùn)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(yán)重不足，勉強(qiáng)能夠滿足4G設(shè)備的運(yùn)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(jìn)行探究。

一、5G網(wǎng)絡(luò)供電組網(wǎng)探索

由于5G基站供電負(fù)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(zhǔn)，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(yuǎn)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(yuǎn)距離的輸電，普通4*35的電纜輸電線路達(dá)到2km后，到達(dá)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(yuǎn)供的方式來解決線徑粗、遠(yuǎn)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(fù)載供電。如果外市電停電后則啟動油機(jī)發(fā)電，三相油機(jī)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(fù)載供電。

保護(hù)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(hù)手段，每臺變壓器上均安裝漏電、過載短路、防雷擊保護(hù)。一旦線路出現(xiàn)短路情況，變壓器側(cè)的保護(hù)熔絲瞬時斷開，同時由于高壓遠(yuǎn)供負(fù)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(jìn)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(yuǎn)供方式減小線徑，同樣是20kw功率的負(fù)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(yuǎn)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(dāng)，方便在管道布放，同時可以保證遠(yuǎn)距離傳輸，最高可傳送20km，所以能夠使能源中心的效率達(dá)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(fù)載為8.89kw，山水上城使用B相電，負(fù)載為7.2kw，江南一品使用C相電，負(fù)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(fù)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(fù)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(fù)載能力，所以定制了模擬負(fù)載測試儀，通過分檔增加負(fù)載，觀察供電系統(tǒng)運(yùn)行情況，經(jīng)過測試單基站達(dá)到15KW時供電穩(wěn)定。

試驗結(jié)果：供電電壓隨著負(fù)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(qiáng)，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(xì)（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(hù)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(yuǎn)。（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(xiàn)

[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(yuǎn)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.