5G基站新型開關電源設計方案研究

馮 佳

（湖南省郵電規劃設計院有限公司，湖南 長沙 410000）

1 5G基站電源系統的概述

1.1 5G基站電源系統的組成

目前通信基站的電源系統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，同時配備發電油機、交流配電箱以及浪涌保護器；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。我國的通信業主要由中國聯通、中國移動以及中國電信3家企業負責。這些企業均配備有單獨的無線通信網絡。傳統的通信基站內部均包含有多種通信系統，如2G、3G及4G。這些系統都需要電源系統進行供電，保證其設備的正常運轉，因此就造成了基站對電能需求量越來越大。

1.2 常規基站的電力需求

5G基站需要使用AAU+CU+DU的設備方案，因此需要在5G基站內架設BUU及AAU的相應單元。BBU單元需要布置在機房內，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通信技術與4G通信技術相比，其BBU的功耗要更高，同時AAU的功耗也高于目前的4G系統。因此，5G基站內部的設備功耗通常可達到5 100 W左右。為了滿足其他通信系統要求，通常基站內部需要配置1套2G系統、1套3G系統、2套4G系統以及1～2組500 Ah的蓄電池組。當基站內部增設5G系統設備后，其基站總功耗將達到22 000 W，直流功耗將達到14 000 W。基站內部交流電容量需求為51.8 A，開關電源電流容量需求為388 A，具體電源參數如表1所示。

如果5G系統使用4G系統的電源接入方式，那么其BBU+AAU單元需要通過DCDU單元轉接到開關電源箱，新增的DCDU單元對空開端子的交流電容量應為130 A。如果BBU+AAU單元要直接連接開關電源箱，那么其空開端子的交流電容量應為60 A，電源線的截面應該大于17 mm2。

1.3 5G基站開關電源系統的能量消耗及原理

市電供應正常的條件下，5G基站的供電由48 V開關電源完成，市電供應的交流電通過母站直流遠供局端轉換成240～380 V的高壓直流電，轉換后的高壓直流電為遠端子站供電，遠端子站內部的轉換模塊可以將高壓直流電轉換成220 V交流電或者48 V直流電為下屬通信設備提供電能。市電供給母站的電能在轉換的過程中，只需要1次能量轉換，顯著減少電能消耗，具體消耗為7%。使用傳統開關電源需要進行2次能量轉換，加大了電能消耗，具體消耗為16%。

表1 為基站電源電流參數

市電供應出現問題、電力中斷時，48 V的蓄電池組可以通過自動轉換開關來實現供電端口的切換，再由48 V蓄電池組完成對DC/DC變換器的電力供應。蓄電池組的48V直流電通過DC/DC變換器轉換為240～380 V高壓直流電，進而完成對子站的電力供應。

2 5G基站開關電源的具體改造方案

對基站電源系統增設5G設備時，需要根據5G設備的具體功耗來計算實際耗電量，同時還要考慮增設設備后添加的散熱系統及傳輸設備的功耗。此外，電能轉換時的消耗及蓄電池組充電的功耗也要考慮。當電容量達不到增設標準時，應該對供電設備進行相應改造，提升容量。

2.1 對市電交流電供電設備的改造

改造時，首先應該對基站內的市電空開容量、引入容量及電纜截面積進行檢查，必須保證市電引入容量達到改造標準。當市電引入容量不滿足增設5G設備的條件時，應該進行相應增容。此外，還需要對市電交流電供電系統中的交流配電箱進行檢測，重點檢測主開關容量及連接線纜是否滿足改造標準。若不達標準，需要對交流配電箱進行更換。改造中，可以通過鐵鋰電池組實現對市電的擴容，進而讓市電引入容量達到5G基站改造標準。增設鐵鋰電池組時，應該通過智能控制系統設定峰值，使鐵鋰電池組在特定峰值階段進行放電，進而完成市電與蓄電池組的同時供電，確保滿足機房通信設備的用電需求[1]。

2.2 對開關電源的改造

5G基站的改造中，需要對開關電源容量進行檢測，通過對直流系統供電系統添加整流模塊的方式進行擴容，進而滿足新增5G設備的供電要求。當開關電源容量不能滿足5G設備的供電需求時，應該更換48 V開關電源。此外，還應該根據基站內部空間及建筑荷載能力，為新增的5G設備增加單獨的48 V直流電源系統。如果基站條件不允許，應該對現有的24 V電源系統進行升級，通過增加DC/DC變換器的方式，達到為5G設備供電的目的。升級時，應該根據24 V開關電源的引入容量加以判斷，DC/DC變換器的布置位置應該設置在開關電源架母線排的位置，選取的DC/DC變換器，其機架輸出容量應該根據變換器總數量來合理調節。

2.3 對電源端子的改造

改造時，還應該對開關電源的剩余端子數量進行檢測，剩余端子數量及容量達到改造標準的基站，可以直接架設開關電源設備。如果不能滿足改造標準，應該對空開及保險絲進行更換；剩余端子數量不足，但有擴展槽位時，應該增設空開；如果增設條件均不滿足改造標準，應該添置直流配電線，直流配電箱的電源直接從電源架母線排引入。

2.4 對蓄電池組的改造

基站建設位置的不同，其相應的供電狀況及基站基礎條件也有所不同。建立在縣、市地區的基站，市電供應狀況較好，供電穩定，其后備電力應該滿足大于3 h的條件；建立在鄉村區域的基站，市電供應狀況較差，供電不穩定，需要后備電力大于5 h；對于偏遠山區的基站，其后備電力更是要大于8 h。通過增設蓄電池組數量的手段，為基站提供充足的后備電力，以確保5G設備充足的電力供應。改造時，應該將現有的鉛酸蓄電池組，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，進而達到節約基站內部空間資源、便于安裝的目的。改造后的通信基站，其內部設施及功耗應該滿足相應的條件，具體標準如表2所示[2]。

表2 基站改造后的功耗標準

3 結 論

設計改造5G通信基站時，首先應該對其開關電源的引入容量加以檢測，根據具體情況，合理的增設、置換相關設備，以確保5G通信設備的穩定運行。確保改造工作的科學性及合理性，有利于提高基站空間資源的利用率，同時也可以達到控制改建成本的目的。