差異化備電設(shè)備和電池共用管理器在5G基站備電方案中的應(yīng)用研究

劉宇剛

（北京中網(wǎng)華通設(shè)計(jì)咨詢有限公司，北京 100070）

0 引 言

2020年我國(guó)的5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入了SA（獨(dú)立組網(wǎng)）模式，建設(shè)的5G基站數(shù)量已經(jīng)超過(guò)了58萬(wàn)站，今年還將有超過(guò)60萬(wàn)站的5G基站完成建設(shè)并投入使用，年底將有超過(guò)120萬(wàn)個(gè)5G基站投入使用。

5G網(wǎng)絡(luò)高速率、大容量、低延時(shí)的技術(shù)特點(diǎn)使得5G設(shè)備的功耗大幅度提升，根據(jù)設(shè)備廠商資料，5G（64T64R）單系統(tǒng)（1個(gè)BBU+3個(gè)AAU）典型功耗約3 500 W，最大功耗超4 500 W，為4G單系統(tǒng)功耗的2.5～3.2倍。按目前常用電池類型和備電時(shí)長(zhǎng)計(jì)算，5G（64T64R）單系統(tǒng)（1個(gè)BBU+3個(gè)AAU）需新增蓄電池見(jiàn)表1。

表1 5G（64T64R）單系統(tǒng)需新增蓄電池

現(xiàn)網(wǎng)基站目前存在的主要問(wèn)題有。第一，5G功耗大，備電成本高，運(yùn)營(yíng)商傾向短時(shí)備電，目前大部分省份均按照1 h備電，與基站原2G、3G、4G設(shè)備3 h備電時(shí)長(zhǎng)不同，現(xiàn)網(wǎng)存量基站電池種類繁多，廠家、型號(hào)、容量、使用年限以及健康狀況等各不相同，存量基站如何合理利用蓄電池成為5G備電的關(guān)鍵問(wèn)題。第二，由于5G電費(fèi)優(yōu)惠政策落地，需要滿足各運(yùn)營(yíng)商電費(fèi)的精準(zhǔn)計(jì)量分?jǐn)偅?G備電必須滿足分運(yùn)營(yíng)商、分系統(tǒng)差異化下電，而目前的存量電源采用傳統(tǒng)基站配套電源建設(shè)方式僅能實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一備電、統(tǒng)一下電，無(wú)法支撐差異化備電和5G用電單獨(dú)計(jì)量，滿足5G建設(shè)要求。第三，中國(guó)鐵塔存量基站數(shù)量巨大，5G建設(shè)初期仍以存量改造為主，且初期5G業(yè)務(wù)量少，網(wǎng)絡(luò)投資壓力劇增，如何低成本滿足5G備電顯得尤為重要。

結(jié)合上述5G建設(shè)面臨的問(wèn)題和存量基站開(kāi)關(guān)電源大多不具備再單獨(dú)為5G用戶提供差異化下電的功能，為充分利用存量基站開(kāi)關(guān)電源和蓄電池資源，以低成本滿足5G建設(shè)需求，工程中引入差異化備電設(shè)備為5G用戶提供單獨(dú)下電功能，引入電池共用管理器將5G新增蓄電池與基站原有電池混用。通過(guò)差異化備電設(shè)備和電池共用管理器的搭配使用，充分利用存量資源滿足用戶的5G備電需求，減少新增或替換電源、電池方案。

1 備電技術(shù)簡(jiǎn)介

差異化備電設(shè)備是一種具備控制各分戶電路通斷與電量計(jì)量功能，可實(shí)現(xiàn)通信基站負(fù)載按備電時(shí)長(zhǎng)、電池電壓以及電池電量實(shí)現(xiàn)差異化管理的配電設(shè)備。設(shè)備額定工作電流為直流-48 V，輸入、輸出的電壓范圍滿足直流-60～-40 V，宜從開(kāi)關(guān)電源的輸出側(cè)母排引接電源，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況按需配置。監(jiān)控功能支持級(jí)聯(lián)擴(kuò)容（預(yù)留監(jiān)控級(jí)聯(lián)接口），擴(kuò)容后由主控單元實(shí)現(xiàn)對(duì)全部設(shè)備統(tǒng)一管理。5G建設(shè)中通過(guò)在存量基站現(xiàn)有開(kāi)關(guān)電源上改造增加差異化備電設(shè)備，實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)營(yíng)商、不同備電等級(jí)的分路計(jì)量和分時(shí)下電功能。差異化備電設(shè)備連接如圖1所示。

圖1 差異化備電設(shè)備連接示意圖

電池共用管理器主要解決基站不同種類、廠家、型號(hào)、容量、使用年限以及健康狀態(tài)等的電池混合使用的問(wèn)題。目前，各廠商生產(chǎn)的電池共用管理器可對(duì)每個(gè)電池分路的電壓、電流進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)每組電池充電和放電過(guò)程的獨(dú)立管理，達(dá)到多組電池并聯(lián)工作的目的。電池公用管理器由機(jī)框、雙向電源模塊以及監(jiān)控模塊等組成，分為有外置電池和無(wú)外置電池兩種應(yīng)用方案。其中，有外置電池方案主要用于有大容量鉛酸電池的存量機(jī)房站點(diǎn)，通過(guò)電池共用管理器增加電池容量，避免存量基站原有鉛酸電池的替換。電池共用管理器連接如圖2所示。

圖2 電池共用管理器連接示意圖

2 幾種備電方案對(duì)比

目前，5G基站備電解決方案主要有5G單獨(dú)供電和5G與原設(shè)備共用備電兩類。5G單獨(dú)供電方案主要有新增交轉(zhuǎn)直供電、新建壁掛式電源等小型一體化設(shè)備供電以及新增開(kāi)關(guān)電源+蓄電池供電；5G與原設(shè)備共用電方案主要有直接利舊、新增差異化備電設(shè)備和電池共用管理器以及替換開(kāi)關(guān)電源或蓄電池等。以新增5G 3 500W功耗1小時(shí)備電為例，各解決方案分析見(jiàn)表2和表3。

表2 5G單獨(dú)供電方案

表3 5G與原設(shè)備共用電方案

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

以某省2020-2021年5G需求存量改造基站中部分有機(jī)房站點(diǎn)為例分析。開(kāi)關(guān)電源直接完全滿足5G需求和加模塊后滿足5G需求站點(diǎn)占比約98%（見(jiàn)表4，不考慮老化），大部分有機(jī)房站點(diǎn)可以通過(guò)使用差異化備電設(shè)備利用存量開(kāi)關(guān)電源。

表4 某省2020-2021年5G需求存量改造基站開(kāi)關(guān)電源情況分析

蓄電池不滿整站3 h，滿足原設(shè)備3 h 5G 1 h備電站點(diǎn)采用替換新開(kāi)關(guān)電源滿足5G差異化下電方案造價(jià)624萬(wàn)元，采用新增差異化備電設(shè)備、加模塊方案造價(jià)僅207萬(wàn)元，節(jié)約投資67%，見(jiàn)表5。

表5 某省2020-2021年5G需求存量改造基站蓄電池情況分析（一）

蓄電池不滿足新增5G1 h備電站點(diǎn)采用替換蓄電池、新增差異化備電方案造價(jià)3 016萬(wàn)元，采用新增電池共用管理器、蓄電池、新增差異化備電設(shè)備方案造價(jià)僅1 266萬(wàn)元，節(jié)約投資58%，見(jiàn)表6。

表6 某省2020-2021年5G需求存量改造基站蓄電池情況分析（二）

4 行業(yè)應(yīng)用

隨著企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《QZTT2233-2019_基站用電池共用管理器技術(shù)要求》、《QZTT2234-2019_基站用電池共用管理器檢測(cè)規(guī)范》、《Q/ZTT2239-2020_基站差異化備電設(shè)備技術(shù)要求及檢測(cè)規(guī)范》等文件的發(fā)布，差異化備電設(shè)備和電池共用管理器在5G基站備電中得到了大量的應(yīng)用。

經(jīng)調(diào)研，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)全國(guó)已有約20個(gè)省、市使用了差異化備電設(shè)備和電池共用管理器，如表7所示。截至目前并未發(fā)生較大的質(zhì)量和安全事故，產(chǎn)品的穩(wěn)定性、安全性得到了檢驗(yàn)。

表7 差異化備電設(shè)備、電池共用管理器使用調(diào)研

5 結(jié) 論

綜合5G方案?jìng)潆姷奶攸c(diǎn)、方案經(jīng)濟(jì)性以及差異化備電設(shè)備、電池共用管理器的應(yīng)用情況，使用差異化備電設(shè)備和電池共用管理器充分利舊基站存量資源是現(xiàn)階段解決5G基站備電的最優(yōu)方案。