淺析5G電源配套綜合解決方案

袁敬實 趙志紅 王莉亞

【摘要】? ? 為響應國家新基建發展戰略，滿足5G網絡高效建設，針對5G設備頻段高、功率大、站點規模增加明顯的特點，無線、傳輸等專業對電源配套需求激增，電源配套建設面臨著巨大壓力。本文對5G網絡對電源配套建設中的相關問題提出解決方案。

【關鍵詞】? ? 5G電源配套? ? 建設? ? 解決方案

引言：

面對大容量、高功率密度的5G設備，根據 CU、DU以及AAU的部署方式、架構特點，在站址稀缺、投資有限的情況下，如何實現快速建網，減少成本，提高投資收益率，成為5G建設的重點。電源配套系統是基站建設的基礎和重要保障，為適應5G設備的安裝，對基站電源配套的全面梳理和建設，將有利于5G網絡的快速建設和發展。

一、5G基站電源配套系統和負荷需求

1.1基站電源配套系統

基站電源配套系統一般由交流供電系統、直流供電系統和空調組成，其中交流供電系統包括市電引入、油機、浪涌保護器和交流配電箱等，直流供電系統包括組合式開關電源和蓄電池組等，供電系統如下圖所示：

1.2 5G基站通信設備負荷統計

5G基站設備功耗包括原有2/3/4G設備、傳輸設備、新增5G設備等。新增5G設備主要包括CU（集中控制單元）、DU（分布式單元）、AAU（有源天線處理單元）。典型5G基站通信設備負荷如下表所示：

5G射頻模塊功耗增加明顯，存量站點疊加5G單頻，峰值功耗8.7kW，同時5G站點更加密集，站間距小于100米，城區三家共享會是主流趨勢，共享功耗可達30kW左右。

二、5G電源配套現狀和問題

2.1外市電情況

目前約30%現有基站外市電容量不滿足5G部署，特別是租用、轉供電站，變壓器、配電系統擴容難度大。改造一路交流受限于市區箱變容量，且市電容量擴容成本高，周期長，將嚴重拖累5G部署節奏，大幅增加投資。

2.2開關電源配置

1.目前各通信運營商現有基站的直流供電系統采用組合式開關電源，機架滿配容量分為-48V/600A和-48V/300A，均配置50A整流模塊?，F網設備無滿載配置，整流模塊數量少。多種模塊廠家已不生產或不在集采范圍，擴容成本非常高，部分超期服務，因此面臨原設計容量低、無擴容空間、設備性能下降、故障率升高等問題。

2.單頻5G設備至少需要2路100A端子，現有開關電源直流輸出配電端子數量嚴重不足、規格容量偏小，不滿足5G擴容需求。

2.3蓄電池組使用情況

各通信運營商及鐵塔公司單站較多采用2組容量300Ah、500Ah、800Ah的閥控式鉛酸蓄電池作為備用電源供電。在實際運行中，經常出現單組、單體蓄電池“落后”或“降容”，從而導致整組蓄電池無法正常使用，健康程度逐年下降、續航時長降低。同時，鉛酸蓄電池還存在的重量重、體積大，能量密度低、循環保用壽命短等缺點。

三、5G電源配套建設解決方案

3.1外市電引入的建設

基站用電應盡可能采用直供電的方式，當市電引入容量不足時，可以向電力公司申請增容。針對市電難以擴容或擴容投資巨大的問題，可以考慮削峰填谷的方式。削峰填谷是調整基站設備用電負荷的新措施，即對電池進行智能控制，在用電峰值時通過市電和蓄電池共同放電，在波谷時，利用市電對蓄電池充電。

3.2組合式開關電源的建設

根據5G典型基站的設備功耗和開關電源配置原則，以2組500Ah蓄電組為模型，開關電源模塊配置如下表2。

3.2.1傳統方案

1.擴容方案：

根據表2所示，在3家運營商共享的情況下，新增3套5G設備，負載不超過-48V/600A組合式開關電源總容量，如果現有模塊易于采購且價格合適，優先采用擴容方案。

2.替換方案：

現有開關電源無法直接擴容，模塊無法采購，或模塊采購成本過高的情況下，如基站機房具備割接條件時，采用大容量新開關電源替換現有開關電源，替換后開關電源模塊可通過運行部門調配至其他同型號站址使用。

3.疊加（新增）方案：

現有開關電源總容量不足，無法擴容，替換工程量大，同時現場空間充裕，可采用疊加（新增）一套新開關電源的方案，即在保留原開關電源基礎上，額外新增一套開關電源。

通過以上三種方案如果無法可以滿足5G設備對配電端子的需求，考慮新增一個從開關電源架母線排接引的直流配電箱。

3.2.2插框電源

在原開關電源機架的基礎上，利舊原有設備上的銅排、空開和接觸器，改造普遍兼容整流單元（即插框電源）替換原整流單元。

插框電源既適應原品牌開關電源，又可以滿足不同廠商不同品牌，同時滿足原系統對動力環境的監控。采用插框電源的方式，能減少施工難度和改造工程量、減少因整體割接開關電源對網絡帶來的安全隱患，提高投資收益。

3.3微站電源建設

當AAU拉遠時，無法從基站機房引電，為滿足其直流用電需求，采用市電+室外直流電源的方式，將220V交流電轉換為48V直流電，即為微站電源。重要站址或市電條件差的情況下，根據需要微站電源亦可配置不同容量、不同備電時長的電池組。支持抱桿、壁掛、落地、環抱等多種安裝方式，可滿足各種路燈桿、監控桿、水泥桿、信號桿等小微站的建設場景。

3.4直流遠供建設

為點對點滿足宏基站或者接入網周邊的加密站，可采用直流遠供的方式。直流遠供系統由局端設備、遠端設備及傳輸線路組成。其中局端設備一般放在基站機房，是將–48V直流隔離升壓到240V（DC/DC升壓）的主要設備，遠端設備是將局端傳輸至遠端的直流高壓變換成DC48V/AC220V的設備。傳輸線路是實現直流遠供電源局端與遠端之間連接可使用銅纜、鋁纜和復合光纜，最遠傳輸距離可達3000米。

3.5蓄電池建設

3.5.1蓄電池選配

傳統方案中，新增5G設備后，對于不能滿足后備時間或電池質量嚴重下降的站點，可替換為新的大容量閥控式鉛酸蓄電池。

機房空間或者承重不足的站點，可將原有鉛酸蓄電池替換為磷酸鐵鋰電池。

磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池，由電極、電解液、外殼、極柱還有隔膜組成的基本功能單元。隨著新能源汽車的普及，鐵鋰電池成本不斷下降，在容量衰減到80%以下后，可作為梯次電池用于通信基站。鉛酸蓄電池、磷酸鐵鋰電池和梯次電池性能對比如下表3：

鐵鋰電池能量密度更高、壽命更長、工作適應場景更多，梯級利用鐵鋰電池可進一步降低基站建設成本，保護環境、節約資源。

3.5.2蓄電池合路器

蓄電池合路器是串聯于電源與蓄電池之間的管理設備，由直流輸入部分、電池組接入部分、電池組分路充放電控制部分和監控部分構成。蓄電池合路器可對整組和單體電池健康度實時監測，充電時，將電源設備輸出的電流合理分配給各組蓄電池，可將不同品牌、不同容量、不同新舊程度的電池并聯使用。合路器的引用提升蓄電池容量，提高蓄電池續航時間，減少更換原有蓄電池，節約投資。

3.6光伏發電建設

對于外市電引入困難、引入費用高、市電費用高或市電不穩定，達不到三類供電級別的基站，可采用光伏發電。白天陽光充足時，由光伏組件和蓄電池一起向直流負載供電;到了晚上，蓄電池儲存的電量供負載使用。為保證通訊設備在陰雨天的正常運行，蓄電池的容量設計應考慮當地連陰天的天數。

3.7基站+充電樁建設

結合現網基站周邊各小區、學校、醫院等公共場所充電樁規劃和選址場景要求，對現網中市電穩定，鋰電池作為備電設備的基站進行篩選，選取剩余電量充裕，有剩余開關或具備擴容條件，可滿足充電樁建設條件的站址資源，可以進行“基站+充電樁”一體化建設。

四、結束語

5G電源配套建設所面臨的問題有多種解決方式，在實際工作中，應根據負荷變化、共享需求、停電規律、節能環保的要求，從幾種不同解決方案里找出技術上可行性好、經濟上成本較低的最優方案。