5G建設電源配套解決方案

劉宇剛

（北京中網華通設計咨詢有限公司，北京 100070）

1 研究背景

在技術層面，根據各5G設備廠商反饋的信息，5G單系統（1個BBU+3個AAU）典型功耗約為3 500 W，最大功耗超過4 500 W，為4G單系統功耗的2.5～3.2倍，對基站電源配套設施影響較大。在政策層面，5G基站建設作為“新基建”的排頭兵，政府部門多次明確要求加快進度，目前全國多地已按下5G建設的“快進鍵”。為快速推進5G基站建設，需針對基站不同情況提出合理可行的電源配套解決方案。

2 基站外市電解決方案

2.1 建設原則

制定5G外市電解決方案需重點考慮線徑和容量兩個方面，并結合實際場景和建設成本，綜合選擇經濟合理的改造方案。

（1）根據新增5G設備功耗情況，通過外電容量計算公式確定5G站點的外電需求，增加5G后站點交流剩余容量。若P交流引入-P原有通信設備-P動環監控-P蓄電池-P空調-P照明-P5G＞2.5 kW（臨時用電），可認定為機房內供電容量充足；否則，認定為供電容量不滿足，需進行擴容。

（2）根據新增5G設備功耗、機房內原有用電設備功耗及預留功耗確定機房的總電流，若原有電纜載流量大于總電流，可認定為線徑滿足；否則，認定為線徑不滿足，需進行改造。

2.2 計算方法

2.2.1 外市電容量計算方法

外市電容量計算方法如下：

對于式（6），照明功耗可按照10 W/m2估算，臨時用電功耗可按照2.5 kW考慮，預留功耗應按照遠期考慮。

2.2.2 外市電線徑核算方法

當外市電為單相電時，根據單相電功率計算公式P=UIcosφ，推出I=P/Ucosφ。其中，I為單相電電流，P為功率，電壓U為220 V，功率因數cosφ一般取0.8。

根據上述公式計算的負載電流，查閱電力電纜載流量表確定電纜的線徑（查閱可參考GB 50217-2018 電力工程電纜設計標準）。

2.3 解決方案

根據外市電線徑和容量不同情況，推薦解決方案見表1。

表1 外市電解決方案表

3 交流配電箱的解決方案

3.1 建設原則

交流配電箱的配置應按照遠期負荷來考慮，同時要與引入的外市電容量匹配。開關電源前端空開（交流配電箱內接電空開）應按照開關電源機架滿載容量考慮。

3.2 計算方法

3.2.1 基站輸入最大電流計算方法（確定交流輸入空開最小值）

對于單相電，有：

對于三相電，有：

3.2.2 交流配電箱輸出到開關電源

（1）計算開關電源滿載負荷

開關電源滿載負荷為：

其中：效率指AC-DC，功率變換時考慮；通信電源常用的設備效率為0.9左右。

（2）計算開關電源前端空開

對于單相電，有I=P/Ucosφ，其中P為開關電源滿載時負荷，電壓U為220 V，功率因數cosφ一般取0.8。

3.3 解決方案

根據交流配電箱不同情況，推薦解決方案見表2。

4 開關電源解決方案

4.1 建設原則

（1）根據原有負載電流+新增負載電流+蓄電池充電電流+冗余等，確定本期5G基站的開關電源容量需求，并結合現有開關電源實際情況確定利舊、改造、新建或者替換方案。

（2）新增或者替換開關電源的開關電源機架容量應按照遠期考慮，本期方案實配整流模塊數應按近期考慮。

表2 交流配電箱解決方案表

4.2 計算方法

4.2.1 整流模塊配置計算方法

整流模塊配置計算方法為：

其中：

整流模塊數N=[I整流器/單臺整流器額定電流]向上取整。當N≤10時，按照N+1冗余原則配置；當N＞10時，每10個備用1個。

4.2.2 設備電源端子選擇計算方法

對于空開端子，有：

對于熔絲端子，有：

4.3 解決方案

根據開關電源端子和模塊不同情況，推薦解決方案見表3。

5 蓄電池解決方案

5.1 建設原則

根據現網設備的實際功耗、新增5G網絡設備的功耗、運營商要求的后備電時長以及機房空間和承重等因素綜合考慮。

表3 開關電源解決方案表

5.2 計算方法

5.2.1 梯次電池容量

梯次電池容量為：

其中：Q為梯次電池容量（Ah）；K為安全系數，取1.25；P1為一次下電設備實際功率（W）；T1為一次下電設備要求備電時長（h）；η1為一次下電對應的放電容量系數；P2為二次下電設備實際功率（W）；T2為二次下電設備要求備電時長（h）；η2為二次下電對應的放電容量系數；α為電池溫度系數，寒冷、寒溫I、寒溫II地區取1.25，剩余地區取1.0。

梯次電池放電容量系數表如表4所示，代表性城市氣候分區表如表5所示。

表4 梯次電池放電容量系數表（η）

5.2.2 鉛酸電池容量

鉛酸電池容量為：

表5 代表性城市氣候分區表

其中：Q為蓄電池容量（Ah）；K為安全系數，取1.25；I為負荷電流（A）；T為要求備電時長（h）；η為對應的放電容量系數；t為電池工作時所在地最低溫度值（有采暖設備的，取t=15°；無采暖設備的，取t=5°）。α為電池溫度系數，當放電小時率≥10時，α=0.006；當1≤放電小時率≤10時，α=0.008；當放電小時率＜1時，α=0.01。

鉛酸蓄電池放電容量系數表如表6所示，

5.2.3 確定蓄電池容量

蓄電池容量為：

5.3 解決方案

根據蓄電池是否滿足5G后備電情況，推薦解決方案見表7。

6 空調解決方案

6.1 建設原則

空調配置應根據機房內存量設備實際發熱量（即設備功耗）、新增5G設備機房內部分的設備發熱量（即設備功耗）及機房建筑熱負荷進行綜合考慮，不建議簡單按照系統典型功耗進行核算。

表7 蓄電池解決方案表

表6 鉛酸蓄電池放電容量系數表（η）

表8 分區域制冷系數表

表9 空調解決方案表

（1）機房內存量設備功耗，如4G系統為1 300 W，機房內僅安裝300 W BBU，存量設備功耗為300 W。

（2）機房內5G設備功耗，如5G系統為3 500 W，機房內僅安裝500 W BBU，5G設備功耗為500 W。

6.2 計算方法

基站空調總熱負荷為：

其中：K為分區域制冷系數；1.06為開關電源工作熱效率補償系數；Q1為開關電源直流負載機房內部分總熱負荷（不考慮室外RUU、AAU等）；Q2為建筑熱負荷，Q2=150 W/m2×機房面積。

分區域制冷系數表，如表8所示。

6.3 解決方案

根據空調制冷量的不用情況，推薦解決方案見表9。

7 結 論

結合5G電源配套方案建設原則，通過合理的計算方法，在安全、可靠的前提下，優先利舊原有電源配套設施，爭取以較小的改造量滿足5G設備用電，是當前5G建設電源解決方案的上策。