5G通信基站節能供電系統運行控制策略研究

宋現銘

摘要：伴隨著我國科技水平的發展，5G被廣泛應用在通信系統中。5G通信基站耗電量較大，引入分布式供電（DG）單元能對其進行一定的電能補充，但DG單元易受氣象條件的影響，導致通信基站節能供電系統運行不穩定。為提高通信基站節能供電系統運行的穩定性，提出了一種基于直流母線電壓信息自動切換的控制策略，所提控制策略能夠維持通信基站節能供電系統穩定運行，實現不間斷供電，為未來設計節能型5G通信基站供電系統提供了一定理論依據。

關鍵詞：5G;通信基站;節能;供電系統;控制策略

引言

5G具有“高帶寬、低延時、大接入”等特點和優勢，可在不同行業及領域進行應用，5G網絡更是實現將智能化建設向縱深推進的動力。但5G天線因高載波頻率與小覆蓋半徑等短板，要到達4G同等網絡覆蓋的目標，需大量增加站點密度。從能源的角度看，在5G時代運營商面臨的問題主要有：5G單站點的功耗大相比4G將大幅增長，例如多數商家運營商共享BBU宏站總功耗逼近30KW，據分析比較4G基站功耗增加約90%。其次，在5G大功率AAU拉遠供電場景中，線纜壓降過大導致線纜損耗過大，甚至部分遠端電壓低于設備工作電壓，導致AAU無法工作。為了滿足電力需求，市電擴容成本高、周期長。將嚴重影響5G部署節奏且大幅增加投資，大部分存量站址的開關電源、蓄電池、空調等需擴容改造，對現網基站改造要求高，投入高，改造難度大，改造工期不可控。同時大量的末梢站點將會被部署，整個網絡的功耗將呈倍數增長，建設成本大幅增加。運營商耗電量大，勢必要增加運維成本。由此可見，能源也是制約5G發展的關鍵之一，要進行迅速的部署5G網絡，就必須先解決能源供給問題。這對于供電系統的部署難度、能耗、安全性、穩定性、可靠性及運營等帶來新的挑戰。由于基站所在場景不同，現存量站資源均有差異，若要做到5G電能在部署上做到能源智能化，節能高效化，供電更高效，供電方案也需“一站一案”。

1基站電源系統及5G設備功耗

1.1基站電源系統組成

基站電源系統主要包含交流供電系統、直流供電系統和接地系統三個部分。交流供電系統包含市電引入、移動油機、浪涌保護器、交流配電箱等。直流配電系統包含高頻開關組合電源，蓄電池等。

1.2典型5G設備功耗需求

5G設備功耗大幅度提高，對基站電力配套帶來了更大的挑戰。5G部署初期，設備形態以CU（集中單元）/DU（分布單元）合設方式進行建設，根據設備供應商提供的設備功耗，5G設備標稱功耗約是LTE（長期演進）標稱功耗的3倍。

2通信基站節能供電系統控制策略

2.1基站設備節能方案

針對移動通信基站中的設備，在節能過程中可以從如下三方面入手。第一，對移動通信基站中的無線網絡進行規劃，盡量減少基站的數量，選擇的設備需要具有容量大、設備能耗量低的特點，降低擴容成本。第二，將功放技術的應用價值充分發揮出來，提高整個移動通信基站中的功放效率。第三，使用分布式的建設方法，減少設備中的饋線損耗情況。

目前，在移動通信基站設備系統中，應用的節能技術主要包括如下兩種。第一，高效功放技術，其中包括Doherty技術、包絡跟蹤技術以及包絡消除技術等。在實際設備節能工作中應用范圍最廣的技術為Doherty技術，該技術在實際應用的過程中具有負載牽引力，保證均值放大器和峰值放大器在飽和狀態下，提升整個移動通信基站的功放效率。而將該技術與數字預失真技術相互結合，與傳統功放技術相比，能夠提升功放效率27%以上，生產難度較低，所占體積較小，可靠性高，使用成本低，因此該技術具有較高的應用價值。

第二，分布式基站技術。該技術主要將基站分為兩部分，分別為基帶和射頻。這種方式能夠降低射頻產生的饋線損耗量。此外，該技術對使用環境的要求不高，不需要空調控制溫度，也不需要建設機房，因此應用成本也較低。在基站近端，可以將電源、傳輸系統以及監控系統安裝在一個機房內，保證移動通信基站中集中供電質量。這種方式能夠實現整個基站的集中供電，降低維護管理難度，適合大范圍應用。

2.2電源設備節能

2.2.1開關電源節能

采用開關電源智能休眠技術，通過基站高頻開關電源智能化控制技術，自動關閉冗余模塊使系統工作在最佳效率點，從而實現節能降耗。

2.2.2蓄電池節能

（1）蓄電池溫控柜。a.室內型恒溫電池柜。主要由柜體、電池架和空調構成，可控制柜內溫度在15-25℃范圍內。b.室外型恒溫電池柜。室外一體化電源蓄電池倉采用獨立溫控設計，使用TEC半導體空調進行溫度調節，為蓄電池提供良好的工作環境。

（2）蓄電池地埋。蓄電池采用地埋方式可以防盜，也可減小室外高溫對電池壽命的影響，延長電池壽命。但電池地埋必須解決好防水、通風散熱、排氣等問題。

（3）鐵鋰電池。鐵鋰電池具有以下優點：循環壽命長;體積小重量輕;對環境無污染;適用于室外環境，工作環境溫度范圍要求較寬;安全性高;充電速度快。

2.3基站供電系統節能方案

移動通信基站中的供電系統主要負責給基站中的所有用電設備供電，為了降低其存在的能量損耗，可以將電源智能休眠技術應用其中，保證整流模式處于最佳狀態，減少其存在的帶載損耗以及空載損耗，從根本上實現供電系統的節能環保。此外，還可以將太陽能和風能等能源應用其中，替代原有的能源。這種方式能夠拓展移動通信基站的建設范圍，使其能夠在我國偏遠地區建設。

目前，移動通信基站供電系統中應用的節能技術為開關電源休眠技術，根據供電系統中電流的負荷情況，對整流模塊的工作進行有效調整，同時采用軟開關技術，實現工作整流模塊數量的自動調整。例如，整個供電系統的負荷量較小，則該部分模塊能夠處于休眠狀態，保證其他模塊的運行狀態，降低系統中出現的空載損耗情況，進而實現供電系統的有效節能。

在移動通信基站節能方案應用的過程中，需要保證方案設計的安全性，將機房溫度控制在10～35℃，空氣質量保持在B級以上。節能技術的應用需要保證多樣性和可行性，根據基站建設的實際情況，選擇相應的節能技術，進而將節能技術的應用價值充分發揮出來。此外，經濟性也是節能措施制定的主要影響因素之一，充分考慮網絡發展能力以及經濟情況，確定方案實施的投資回報，避免出現回報收益小于投資的情況。針對使用的技術展開評價，確定其在實際應用中的有效性，保證最終節能措施在移動通信基站中的應用效果。

結語

由于5G在2020年以前以存量站點系統疊加為主，后期逐漸向桿站過渡做深覆蓋。因而5G電源部署，要充分考慮現網站點電源的擴容和改造場景，最大限度地利舊現網資源，簡化部署流程，降低能源投入。基于5G應用場景、網絡架構、設備演進、業務發展以及客戶需求，5G電源應具有取電多樣化、供電升壓化、配電精細化和智能運維化的發展趨勢。

參考文獻

[1] 張寧，楊經緯，王毅，等.面向泛在電力物聯網的5G通信：技術原理與典型應用[J].中國電機工程學報，2019，39（14）：4015-4025.

[2] 吳華勇，王安林，顧華.5G供電解決方案研究[J].通信電源技術，2019，36（增刊1）：1-3.

[3] 梁暉，姚利民.面向5G現網電源配套系統改造方案研究[J].通信電源技術，2019，36（6）：181-184.

[4] 李杰.5G站點電源面臨的挑戰及解決方案研究[J].通信電源技術，2018，35（8）：245-247.

[5] 支娜，張輝.直流微電網改進分級控制策略研究[J].高電壓技術，2016，42（4）：1316-1325.