5G 通信基站電源管理與高效能源轉(zhuǎn)換技術(shù)

湯樂平，鐘萃亮

（江西省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，江西 南昌 330009）

0 引 言

5G 通信基站是5G 網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備，其能夠提供無線覆蓋，實(shí)現(xiàn)有線通信網(wǎng)絡(luò)與無線終端之間的無線信號傳輸。5G 基站作為5G 網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，不但可以給用戶提供高速率、低時(shí)延等高質(zhì)量的通信服務(wù)，還可以給用戶帶來豐富的服務(wù)體驗(yàn)，從而提高5G 網(wǎng)絡(luò)的感知能力。而在進(jìn)行5G 通信基站建設(shè)時(shí)需要加強(qiáng)5G 通信基站電源管理和高效能源轉(zhuǎn)換技術(shù)的應(yīng)用，確保5G 通信基站電源能夠滿足5G 網(wǎng)絡(luò)的高效率、高可靠性等要求，并通過高效能源轉(zhuǎn)換技術(shù)來提高5G 通信基站的運(yùn)行質(zhì)量和運(yùn)行效率，以此來達(dá)到促進(jìn)5G 網(wǎng)絡(luò)更加安全、穩(wěn)定運(yùn)行的目的[1]。同時(shí)，為保證5G 通信基站能更好地為用戶服務(wù)，必須對5G 通信基站電源進(jìn)行有效的管理，并采用有效的能量變換技術(shù)，提升5G 通信基站電源的工作品質(zhì)與工作效率，進(jìn)而推動(dòng)5G 網(wǎng)絡(luò)更安全、更穩(wěn)定地運(yùn)行。

1 5G 通信基站對電源的要求

1.1 高輸出功率

電源系統(tǒng)是保障5G 通信基站安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵所在，如若5G 通信基站電源經(jīng)常出現(xiàn)斷電等問題，那么整個(gè)5G 通信基站的運(yùn)行質(zhì)量都將會(huì)受到嚴(yán)重的影響[2]。因此，在進(jìn)行5G 通信基站建設(shè)時(shí)必須加強(qiáng)對電源系統(tǒng)的建設(shè)和管理，確保5G 通信基站的電源系統(tǒng)具備高輸出功率，從而滿足5G 通信基站的應(yīng)用需求，以此來進(jìn)一步提升5G 通信基站運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。高輸出功率電源系統(tǒng)利用先進(jìn)的技術(shù)和裝置，將電網(wǎng)、直流配電設(shè)備、蓄電池等有機(jī)地融合在一起，可以有效提高5G 通信基站電源系統(tǒng)的輸出功率，并且可以按照客戶的實(shí)際需要，靈活調(diào)節(jié)5G 通信基站電源系統(tǒng)的輸出功率，給用戶帶來了更大的選擇空間。

1.2 高可靠性

5G 網(wǎng)絡(luò)資源所覆蓋的應(yīng)用范圍是極其廣泛的，5G 通信基站作為支持5G 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的根本所在，必須要對其穩(wěn)定性進(jìn)行嚴(yán)格的檢查。一旦出現(xiàn)問題，將會(huì)對5G 網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用效果造成嚴(yán)重的影響，甚至還可能直接威脅到相關(guān)用戶的自身利益。5G 基站在使用過程中，如果發(fā)生了故障，將會(huì)對5G 網(wǎng)絡(luò)的正常工作產(chǎn)生很大的影響。因此，要確保5G 通信基站能夠持續(xù)、穩(wěn)定地運(yùn)行，就需要對其進(jìn)行有效的監(jiān)測。目前，5G 通信基站相關(guān)設(shè)備在運(yùn)行中存在著各種各樣的故障問題，必須要有針對性地解決這些問題。因此，5G 通信基站對于電源的供給可靠性有著較高的要求和標(biāo)準(zhǔn)，必須確保電源系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)為其提供所需的電力能源，并及時(shí)做好電源系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)工作，才能夠盡可能地降低5G 通信基站電源出現(xiàn)故障的可能性。

1.3 自然散熱

隨著5G 網(wǎng)絡(luò)需求量的不斷增加，5G 通信基站的運(yùn)行負(fù)荷越來越多，因此對電源的散熱性能也有著較高的要求和標(biāo)準(zhǔn)。一般情況下，5G 通信基站都被建設(shè)在野外、室外等環(huán)境，內(nèi)部密閉的運(yùn)行環(huán)境會(huì)使得設(shè)備散發(fā)出大量的熱量，5G 通信基站必須保證能夠及時(shí)散發(fā)這些熱量，確保設(shè)備運(yùn)行環(huán)境溫度達(dá)到其需求，從而盡可能避免5G通信基站設(shè)備發(fā)生故障問題。通過5G 通信基站自然散熱還能夠提升設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性，更加有利于5G 通信基站的發(fā)展[3-4]。

2 5G 通信基站的電源管理

2.1 外市電容量

5G 通信基站的覆蓋范圍主要是由該區(qū)域用戶數(shù)量和5G 網(wǎng)絡(luò)需求量來決定的，如果該區(qū)域5G 網(wǎng)絡(luò)的需求量較大，那么便應(yīng)當(dāng)增加5G 通信基站的數(shù)量，或者優(yōu)化提升5G 通信基站的性能，保證5G 通信基站滿足5G 網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行需求，降低出現(xiàn)5G 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行故障的可能性[5-6]。因此，在建設(shè)5G 通信基站時(shí)，需要結(jié)合外市電容量需求來對5G 通信基站的電源容量進(jìn)行控制管理，確保5G 通信基站電源功耗能夠滿足其正常運(yùn)行需求，避免5G 通信基站負(fù)荷運(yùn)行的情況發(fā)生，以此來達(dá)到提升5G 通信基站運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性的目的。

2.2 開關(guān)電源系統(tǒng)

現(xiàn)階段，大多數(shù)5G 通信基站所使用的開關(guān)電源系統(tǒng)規(guī)格參數(shù)都為48 V/600 A，具體電源數(shù)量根據(jù)5G 通信基站的實(shí)際規(guī)格來進(jìn)行確定，而在5G 通信基站電源管理過程中需要做好開關(guān)電源系統(tǒng)的管理工作。一方面，需要結(jié)合5G 通信基站的運(yùn)行需求來確定開關(guān)電源系統(tǒng)的整流模塊數(shù)量；另一方面，需要及時(shí)做好5G 通信基站開關(guān)電源系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)測工作，及時(shí)替換存在運(yùn)行隱患的開關(guān)電源系統(tǒng)，這樣才能夠盡可能降低5G 通信基站開關(guān)電源系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行故障的可能性，以此來更好地保證整個(gè)5G 通信基站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。5G 通信基站電源系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置如表1 所示。

表1 5G 通信基站電源系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置

2.3 交流配電箱系統(tǒng)

交流配電箱系統(tǒng)是保障5G 通信基站正常運(yùn)行的重要設(shè)備，工作人員在進(jìn)行5G 通信基站電源管理時(shí)要加強(qiáng)交流配電箱系統(tǒng)的管控。在進(jìn)行5G 通信基站建設(shè)時(shí)，需要根據(jù)5G 通信基站的用電負(fù)荷需求來確定交流配電箱的規(guī)格，而且在進(jìn)行5G 通信基站擴(kuò)建的時(shí)候，要提升交流配電箱的規(guī)格，這樣才能夠保證交流配電箱一直滿足5G 通信基站的正常運(yùn)行需求，達(dá)到提升5G 通信基站運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性的目的[7]。

2.4 蓄電池管理系統(tǒng)

蓄電池管理系統(tǒng)是5G 通信基站電源管理的重要組成部分，5G 通信基站在運(yùn)行過程中需要損耗大量的電力能源。5G 通信基站的運(yùn)行負(fù)荷越大，所需要損耗的能源便越多。蓄電池作為5G 通信基站的電源存儲(chǔ)設(shè)備，其不僅需要滿足5G 通信基站設(shè)備的日常運(yùn)行需求，還需要在特殊情況下為5G 通信基站運(yùn)行提供充足的備用能源。因此，在進(jìn)行5G 通信基站供應(yīng)鏈管理時(shí)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)蓄電池管理系統(tǒng)的應(yīng)用。一方面，通過蓄電池管理系統(tǒng)來優(yōu)化5G 通信基站的儲(chǔ)能性能；另一方面，需要對蓄電池的使用情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，根據(jù)蓄電池運(yùn)行數(shù)據(jù)來診斷其運(yùn)行狀態(tài)，并以此為基礎(chǔ)來及時(shí)做好蓄電池的維護(hù)保養(yǎng)工作，盡可能延長蓄電池的使用安全性和使用壽命。5G 通信基站的供電系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 5G 通信基站的供電系統(tǒng)

3 5G 通信基站的高效能源轉(zhuǎn)換技術(shù)

3.1 智能新風(fēng)系統(tǒng)

5G 通信基站能夠?yàn)楦采w區(qū)域范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)用戶提供充足的5G 網(wǎng)絡(luò)資源，而高效能源轉(zhuǎn)換技術(shù)能夠有效提升5G 通信基站內(nèi)部能源的轉(zhuǎn)換質(zhì)量和效率，在降低5G 通信基站能源損耗的同時(shí)提升其運(yùn)行的整體效率。智能新風(fēng)系統(tǒng)是綜合能源管理系統(tǒng)的重要組成部分，其主要由進(jìn)氣風(fēng)扇、過濾網(wǎng)及排風(fēng)口組成，5G 通信基站通過智能新風(fēng)系統(tǒng)能夠?qū)?nèi)部空氣與外部空氣進(jìn)行相互關(guān)聯(lián)，根據(jù)內(nèi)外溫差變化及時(shí)控制新風(fēng)系統(tǒng)，確保5G 通信基站室內(nèi)空氣能夠滿足其運(yùn)行需求。同時(shí)，智能新風(fēng)系統(tǒng)能夠改善5G 通信基站電源存儲(chǔ)位置的散熱情況，確保5G 通信基站蓄電池處于安全穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)[8]。

3.2 空調(diào)智能控制

5G 通信基站的建設(shè)位置是不固定的，其需要根據(jù)5G 網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需求來確定5G 通信基站的建設(shè)位置，因此大多數(shù)5G通信基站所處位置都是較為偏僻的，所處環(huán)境也是較為惡劣的，不僅空氣質(zhì)量較差，而且維護(hù)保養(yǎng)工作的開展也較為困難[9]。高效能源轉(zhuǎn)換技術(shù)中的空調(diào)智能控制技術(shù)在特殊環(huán)境下的5G 通信基站建設(shè)中便能夠起到重要的應(yīng)用作用，通過空調(diào)智能控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)5G 通信基站內(nèi)溫度的智能調(diào)控。一方面，5G 通信基站會(huì)隨著外界溫度的變化和內(nèi)部運(yùn)行需求來對溫度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整；另一方面，工作人員能夠通過空調(diào)智能控制系統(tǒng)對5G 通信基站的運(yùn)行溫度進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)控，從而在保證5G 通信基站運(yùn)行溫度正常的同時(shí)達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

3.3 綜合能源管理系統(tǒng)

綜合能源管理系統(tǒng)是高效能源轉(zhuǎn)換技術(shù)在5G通信基站中的重要應(yīng)用體現(xiàn)，主要分為數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、中心控制平臺(tái)以及設(shè)備預(yù)警模塊等，能夠?qū)?G 通信基站的電源需求量進(jìn)行實(shí)時(shí)收集，并根據(jù)5G 通信基站的運(yùn)行需求情況對其相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，在保證5G 網(wǎng)絡(luò)資源供給穩(wěn)定性的同時(shí)降低其能源損耗。其中，數(shù)據(jù)采集、分析模塊主要對5G 通信基站設(shè)備的用電需求進(jìn)行收集和分析，并通過中心控制平臺(tái)將5G 通信基站運(yùn)行過程中的能源轉(zhuǎn)換問題與電源儲(chǔ)量等因素全部緊密的結(jié)合到一起，確保5G 通信基站電源能夠?yàn)槠湔＿\(yùn)行提供充分的電力。即使5G 通信基站在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障問題，也能夠通過綜合能源管理系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)預(yù)警，盡可能降低故障問題造成的危害影響。

4 結(jié) 論

5G 通信基站電源管理與高效能源轉(zhuǎn)換技術(shù)是保障5G 通信基站正常運(yùn)行的關(guān)鍵所在。因此，在5G通信基站的建設(shè)中，有關(guān)企業(yè)應(yīng)該建立一套嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓芾矸绞胶拖鄳?yīng)的規(guī)章制度，為5G 通信基站的正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供必要的技術(shù)支撐。此外，有關(guān)企業(yè)也要重視5G 通信基站的電源管理和能量高效轉(zhuǎn)化技術(shù)，通過研究5G 通信基站的電源管理和能量高效轉(zhuǎn)化技術(shù)，可以有效減少5G 通信基站設(shè)備運(yùn)行期間的電費(fèi)開支，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，為國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供關(guān)鍵的技術(shù)支撐。相關(guān)企業(yè)在5G 通信基站建設(shè)過程中便應(yīng)當(dāng)制定嚴(yán)格的管理模式和規(guī)章制度，并加強(qiáng)對高效能源轉(zhuǎn)換技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，通過供應(yīng)鏈管理與高效能源轉(zhuǎn)換技術(shù)來提高5G 通信基站整體運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，以此來促進(jìn)整個(gè)5G 領(lǐng)域更加快速的建設(shè)發(fā)展。