5G基站電源配套精細化設計方法的探討

陳云生

（廣東省電信規劃設計院有限公司，廣東 廣州 510630）

1 引言

電信企業進入5G大規模建設階段，不僅建設任務艱巨，而且5G系統功耗大、設備組網形態不同等改造難度大，為了更好更快地推進5G 建設落地，電源配套采用精細化設計方法+創新產品方案，精準配置，最大程度利用存量資源，保障5G快速部署[1]。

傳統電源配套設計通常都是根據設備額定功耗+蓄電池充電+空調計算，設備實際運行功耗從監控平臺看僅有整體額定功耗之和50%左右，設計容量遠大于實際站點需求。5G基站設備功耗較2G/3G/4G基站設備有大幅上升，隨著5G網絡的大規模部署，存量基站成為快速部署網絡的基礎，如按照傳統建設和設計方法，將會使基站電源配套大幅度擴容和改造[2]。

2 精細化設計方法

2.1 充分核算存量電源，精細化設計方案

充分核算存量電源，合理利用現有配套資源，精細化設計方案[3]。在開關電源和電源模塊容量核算時，存量設備的功耗不應按照傳統設計典型功耗進行計算，需按現網實際功耗（蓄電池未充電狀態下，現場開關電源或遠程監控系統中的電流值*電壓值）進行核算；5G 網絡設備功耗按照典型功耗（約3500W 70A）進行核算；通過存量電源需求容量精細化核算減少對開關電源和電源模塊的改造和擴容。

（1）當存量蓄電池容量及開關電源容量能夠滿足存量負載及新增5G 3小時備電需求時，直接共享存量資源，配套系統不增配。

（2）當存量蓄電池容量滿足整站3 小時備電，但存量開關電源容量不滿足存量負荷及新增5G 負荷需求的，需采用整流模塊擴容、差異化備電改造、高效整流、電源控制器或插框并聯等方式改造共享。

（3）當存量蓄電池容量滿足存量設備3 小時+5G 設備1小時備電時，需采用整流模塊擴容、差異化備電改造高效整流、電源控制器或插框并聯等方式改造共享。

1）蓄電池需求容量滿足整站3小時備電精細化核算方法

注：電池為鉛酸電池時，容量系數取0.75；電池為鋰電池時，容量系數取1。

2）蓄電池需求容量滿足存量3小時+5G 1小時備電精細化核算方法

注：鋰電池1 小時放電率時容量系數取0.9；鉛酸電池1小時放電率時容量系數取0.55。

3）開關電源需求容量精細化核算方法

注：電池為鉛酸電池時，容量系數取0.75；電池為鋰電池時，容量系數取1。

4）整流模塊需求數量精細化核算方法

注：鋰電池1 小時放電率時容量系數取0.9；鉛酸電池1小時放電率時容量系數取0.55。

2.2 差異化備電，精細化設計蓄電池

（1）一般模式：缺乏替代產品和方案，多數站址均通過新增蓄電池滿足5G備電需求，存量蓄電池共享利用率低[4]。

（2）精細化模式：當存量蓄電池容量滿足存量設備3 小時+5G設備1小時備電需求，開關電源系統容量滿足擴容需求但不具備分級下電功能，可通過新增差異化備電設備利舊存量蓄電池，提高存量蓄電池利用率，精準備電、分路計量、加電起租監控、遠程開斷節能，減少增配容量降低建設成本。

（3）舉例：某站點，直流電流25A，開關電源總容量為300A、配置4個50A模塊，現場配置300Ah鉛酸蓄電池、核容容量約290Ah。

精細化核算：本次新增5G設備（3500W 70A）一套，經核算存量蓄電池不滿足整站3小時備電需求，但滿足存量設備3小時+5G設備1小時備電需求，存量開關電源整流模塊容量滿足整站需求，可通過差異化備電改造方案滿足本次需求。

1）不滿足整站3 小時備電容量核算：（25A+70A）*3h/0.75=380Ah，高于現有蓄電池核容容量，無法滿足。

2）滿足存量設備3 小時+5G 設備1 小時備電需求容量核算：

（25A+70A）*1h/0.55+25A*3h/0.75=273Ah，低于現有蓄電池核容容量，滿足需求。

3）開關電源容量核算：25A+70A+380Ah/10h=133A，低于現有整流模塊容量，滿足需求。

2.3 電源控制器，精細化設計開關電源

（1）一般模式：存量蓄電池容量不滿足新增5G設備備電時長需求，需新增一套開關電源+蓄電池。

（2）精細化模式：存量蓄電池容量不滿足新增5G設備備電時長需求，且5G設備與存量負載備電時長不一致的，可通過新增電源控制器增加相應容量的蓄電池。電源控制器設備通過控制開關電源、蓄電池和5G設備之間鏈路的通斷，保障5G設備及電池在放電階段與存量負載及開關電源之間相互隔離，實現5G負載與存量負載差異備電，降低約50%建設成本。

（3）舉例：某站點，存量開關電源為動力源嵌入式開關電源，滿架300A，目前配置200A；電池配置2組100Ah鋰電池，實際容量約240Ah；設備負載60A。

精細化核算：本次新增5G設備（3500W 70A）一套，經核算存量蓄電池不滿足存量設備3小時+5G設備1小時備電需求，存量開關電源整流模塊容量滿足整站需求，采用電源控制器+1組100AH鋰電池方案滿足備電需求并實現5G設備1小時備電。

1）不滿足存量設備3小時+5G設備1小時備電需求容量核算：

（60A+70A）*1h/0.9+60A*2h/1=325Ah，高于現有蓄電池核容容量，不滿足需求。

2）開關電源容量核算：60A+70A+300Ah/10h=160A，低于現有整流模塊容量200A，滿足需求。

3）效益：采用電源控制器方案節省成本可壓降50%左右，無需新增獨立開關電源。

2.4 插框并聯，精細化設計開關電源

（1）一般模式：蓄電池容量滿足存量設備+5G備電需求，但嵌入式開關電源系統容量不滿足需求，需新增一套開關電源+蓄電池。

（2）精細化模式：存量開關電源為嵌入式開關電源，且無法通過模塊擴容方案滿足新增5G 需求的，可通過插框并聯的技術方案，增加一套嵌入式開關電源系統，并與存量電源并聯工作，由新增開關電源的監控模塊對兩套設備進行統一管理，共用交直流配電等部件。

（3）舉例：某站點，直流電流100A，開關電源總容量為200A，兩組400Ah鉛酸蓄電池、核容容量約600Ah。

精細化核算：本次新增5G設備（3500W 70A）一套，經核算存量蓄電池滿足整站3小時備電需求，存量嵌入式開關電源整流模塊容量不滿足整站需求，初步考慮模塊擴容方案，但由于機架容量不足，最終應用插框并聯方案滿足客戶需求。

1）滿足整站3 小時備電容量核算：（100A+70A）*3h/0.75=680Ah，低于現有蓄電池核容容量，滿足備電需求。

2）開關電源容量核算：100A+70A+600Ah/10h=230A，高于現有整流模塊容量200A，本次需新增一套100A插框并聯設備。

3）效益：插框擴容方式相較于整機替換方式可節省成本比例約40%，且無需割接、周期短。

2.5 高效整流，精細化設計整流系統

（1）一般模式：存量站點多為傳統電源，5G功率需求高，導致整流系統效率降低，線損增大，供電距離變短，無法適應新增5G系統需求[5]。

（2）精細化模式：通過對整流系統進行精細化設計，采用57V恒壓輸出供電，降低線損，增大供電距離，提升系統效率。

1）5G供電線損核算

供電距離≤30m AAU 能正常工作，電池能正常放電，線損在11%以內；供電距離在30m～50m AAU能正常工作，電池不能正常放電，線損在11%～20%之間；供電距離≥50m 低于36V，AAU不能正常工作，線損≥35%。

2）存量站升壓系統

在存量站點上對整流系統進行改造，增加升壓設備，整體系統效率可從89%提升到92%；供電線路從30 米提升到80米，線路減損降低3%。

3）新建站升壓系統

在新建站點上，直接采用57V 恒壓輸出供電整流系統，整體系統效率97%，供電線路從30米提升到80米，線路減損降低3%。

3 結語

隨著5G的規模建設，共享難度越來越大、單項目造價越來越高，方案合理性對投資效益影響較大，電源配套精細化設計必須立足做大共享，深入挖掘存量資源潛力，方案產品創新，優化建設方案，降低建設成本，對5G 網絡快速部署具有建設指導意義。