面向5G現網電源配套系統改造方案研究

劉 威

（北京中網華通設計咨詢有限公司，北京 100000）

1 5G網絡主設備特征

作為一項由4G技術延伸出的全新通信技術，5G技術所沿用的RAN架構也從原本的兩極結構轉變成了CU、DU、AAU三級結構。天線結構采用了射頻和天線的一體化集成設計。5G網絡建設階段主要有早期和中后期兩個環節，不同環節采用的結構模式也具有一定差異，會根據URLLC及mMTC業務需求的轉變而轉變。早期建網中主要應用了CU/DU混合+AAU的結構模式，在中后期階段則要轉變為三級結構。對于網絡的升級來說，其中設備的功率和體積也需要進行改變，所以為保證5G網絡建設的順利落實，需要重點研究5G網絡建設相關的AAU規格、重量以及功率等條件，并分析現有的設備類型，找到網絡主設備負荷的主要影響因素，利用針對性的舉措進行處理。

據了解，AAU為4G組網中RRU和天線功能的拓展，但不同的是AAU的功耗水平與負荷水平息息相關。5G網絡的運作涉及到了C-RAN與MIMO等先進技術，期間也會沿用局部頻率多次使用等操作，所以這對于5G基站來說也有了新的要求。在5G數據傳輸期間，不僅會面臨基站位置和基站數量等問題，同時也可能存在一些干擾問題。從宏觀的角度來看，5G技術在功能性及算法方面較以往有了顯著增強，但企業也需考慮5G網絡基站運行的成本與功耗，以成本控制為方向，重點分析5G網絡及設備的特征，參考與4G的差異，并在4G的基礎上進行參數改動、設備更換或引進等，實現現網電源配套系統的改造[1-3]。

2 面向5G現網的電源配套系統改造方案

5G現網基站電源配套系統是通信設備直接進行供電的電源，也是整體系統中不可或缺的構成，一般由交流市電引入線路、交直流配電設備以及蓄電池組等結構構成，具體結構如圖1所示。

圖1 5G通信基站電源配套結構

在5G現網建設期間，因站點設備功耗的不斷提高，使得目前現網基站的電源配套急需進行改造。結合某地區5G試驗網點的情況來看，如果只結合1家新增5G的條件，那么外市電改造站的占比在25%左右，交流配電箱改造占比在18%左右，電池改造占比為5%，開關電源改造占比在70%上下[4]。

2.1 外市電配置原則與改造方案

2.1.1 外市電引入與改造原則

首先，控制好高壓引電的比例。盡量選擇低壓直供電的方式，如果需要高壓引電，則需要先確定現場條件并獲得運營商許可。其次，按照就近取電原則。提高引電路徑的審核，盡量避免繞遠引電的現象，引電的距離如果大于直線距離的20%，則需要具備備用的搭火點和引電路由[5]。再次，控制頂管數量。電纜敷設方法需要合理選擇，有限選擇舊管道和架空敷設這類低成本方法，具體如表1所示。最后，鋁纜、鋁合金電纜等接入空開時需要選擇銅鋁過渡接線端子。清理掉鋁合金電纜表面氧化層并涂抹導電膏來隔離空氣，應用專門的工具進行壓接，控制接觸電阻。

表1 外市電電纜敷設方式

2.1.2 外市電配置

外市電通常負責為5G基站提供220 V低壓、380 V低壓以及10 kV高壓3種電壓等級，供電類型主要包括直供電和轉供電兩種。前者的電費單價相對較低，電費上繳至電力企業，后者電費單價通常較高，電費上繳至業主。

2.1.3 外市電改造的“六步法”

（1）直接共享。直接共享適用于原市電引入的容量已經達到要求的站點，這時不需要再進行外市電改造，可以直接進行共享，同時還要檢查報裝容量、電表以及壓降等。（2）利舊增容。適合電表或空開容量較低等情況，需要先向電力部門進行增容申請，之后更換斷路器與電表，最后利舊原本的電纜。（3）電池錯峰、限流充電[6]。若基站的市電容量缺口較少，保障要求不高，則可以適用，如果基站斷電頻率較高則不適用。電池錯峰充電需要控制開關電源的輸入功率，降低電池的充電功率，利用錯峰充電的方式降低對市電的需求量。限流充電需要控制開關電源參數，盡量減少電池的充電功率，從而降低市電電容需求量。（4）電池補電。比較適宜擴容市電缺口大且沒有頻繁停電情況的基站，市電容量不需要預留電池充電功率，而是通過空調工作間隔來為電池供電，能夠減少對市電供給需求。并且通過高循環鋰電池在負載較高時進行放電，負載較低時充電，能夠改善設備的負載波動。（5）外電改造。在搭火點變壓器容量滿足要求，但供電線路載流量不滿足要求的情況下，利用替換電纜和利舊現有管道等方式來控制改造成本。同時在引進單相電過程中可以采用三相電來改善引電的容量[7]。在變壓器不滿足要求的情況下，可以申請增容并替換變壓器。（6）重新引電。適合原搭火點在擴容方面不滿足條件或成本較高等情況。在燈桿站或拉遠站等原引入220 V單相電的條件下，可以將單相電換為三相電，原單向輸入壁掛電源更換為三相輸入的嵌入式電源，也可以重新引入單相電，并增設壁掛電源[8]。

2.2 交流配電箱改造方案

交流配電箱主要負責交流電能的分配，集成市電油機轉換開關與電涌保護器的類型多為380 V/100 A和380 V/63 A，相對的最高市電引入容量為23.5 kW與37.3 kW。

在5G現網電源配套系統改造過程中需要秉承著影響最小化、造價最省化以及安全可靠等理念，如果容量能夠達到要求但輸出空開容量卻不夠，那么只需要替換空開即可，但如果經檢查發現配電箱容量不滿足標準，則需要及時進行更換。

2.3 空調改造方案

基站空調系統根據電源類型可以劃分單相和三相兩種，通常以單冷制式為主。空調型號需要結合設備的總負荷和機房構成等條件來設計，結合基站冷量要求，選擇適合的空調規格，負荷的計算方法為制冷量=設備功耗+機房面積×0.15。在改造方案中，空調的選擇和更換需要明確以下兩點：一是在明確制冷量要求后結合整體的制冷要求情況和空調制冷量類型選擇種類與數量；二是對現有的空調來說，需要分析安裝空間是否達到要求，之后再設計空調的新增，或直接替換原本空調[9]。

2.4 電池改造方案

5G基站蓄電池的主要作用是電能的存儲以及為基站各系統供給電能。目前常見的蓄電池分為鉛酸電池與梯次電池，梯次電池的電池容量算法為：

式中，Q為容量；K指的是安全系數，一般情況下安全系數的取值為1.25；P1為一次下電側通信設備功率；P2指的是二次下電側通信設備功率；T1指的是一次下電側通信設備的備電時間；T2則是二次下電側通信設備備電時間；a為電池溫度。

鉛酸電池的電池容量算法為：

式中，Q、K與梯次電池相同；T為放電時間（h），I為負荷電流，η為放電容量，a為電池溫度，t為電池所處的最低環境溫度。

5G現網基站電池的選擇需要考慮電池設備的生產廠家、容量以及使用壽命等條件，而電池改造也需要結合現有電池的運行狀態來實施，改造方案選擇的優先級如表2所示。

表2 電池改造方案

2.5 開關電源改造方案

根據開關電源系統的配置來看，其功能性包括配電、整流以及電池管理。在配電方面，該系統用于直流電和交流電的分配輸送；在整流方面，可以實現交流整直流；在電池管理方面，主要管理電池的充、放電。開關電源的模塊配置大多以N+1配置為主（n≤10），電源容量為：

式中，R為電源容量，P為設備工作功率，Q為電池組容量，η為容量系數。在5G現網改造工程中，如果開關電源難以達到系統需求，原因大多表現在電源模塊不足或電源容量不足等，可以利用更換或添加的方式來改善[10]。

3 結 論

現代通信技術的不斷發展，5G技術也已經開始了基站建設與正式推行，但目前距離5G網絡全面覆蓋仍有一段路要走。5G基站電源配套這些基礎設施的建設與改造是確保5G技術發展的關鍵依據，只有做好建設與改造鞏固才能獲得5G網絡商用的先機。