浅析5G电源配套综合解决方案

袁敬实 赵志红 王莉亚

【摘要】    为响应国家新基建发展战略，满足5G网络高效建设，针对5G设备频段高、功率大、站点规模增加明显的特点，无线、传输等专业对电源配套需求激增，电源配套建设面临着巨大压力。本文对5G网络对电源配套建设中的相关问题提出解决方案。

【关键词】    5G电源配套    建设    解决方案

引言：

面对大容量、高功率密度的5G设备，根据 CU、DU以及AAU的部署方式、架构特点，在站址稀缺、投资有限的情况下，如何实现快速建网，减少成本，提高投资收益率，成为5G建设的重点。电源配套系统是基站建设的基础和重要保障，为适应5G设备的安装，对基站电源配套的全面梳理和建设，将有利于5G网络的快速建设和发展。

一、5G基站电源配套系统和负荷需求

1.1基站电源配套系统

基站电源配套系统一般由交流供电系统、直流供电系统和空调组成，其中交流供电系统包括市电引入、油机、浪涌保护器和交流配电箱等，直流供电系统包括组合式开关电源和蓄电池组等，供电系统如下图所示：

1.2 5G基站通信设备负荷统计

5G基站设备功耗包括原有2/3/4G设备、传输设备、新增5G设备等。新增5G设备主要包括CU（集中控制单元）、DU（分布式单元）、AAU（有源天线处理单元）。典型5G基站通信设备负荷如下表所示：

5G射频模块功耗增加明显，存量站点叠加5G单频，峰值功耗8.7kW，同时5G站点更加密集，站间距小于100米，城区三家共享会是主流趋势，共享功耗可达30kW左右。

二、5G电源配套现状和问题

2.1外市电情况

目前约30%现有基站外市电容量不满足5G部署，特别是租用、转供电站，变压器、配电系统扩容难度大。改造一路交流受限于市区箱变容量，且市电容量扩容成本高，周期长，将严重拖累5G部署节奏，大幅增加投资。

2.2开关电源配置

1.目前各通信运营商现有基站的直流供电系统采用组合式开关电源，机架满配容量分为-48V/600A和-48V/300A，均配置50A整流模块。现网设备无满载配置，整流模块数量少。多种模块厂家已不生产或不在集采范围，扩容成本非常高，部分超期服务，因此面临原设计容量低、无扩容空间、设备性能下降、故障率升高等问题。

2.单频5G设备至少需要2路100A端子，现有开关电源直流输出配电端子数量严重不足、规格容量偏小，不满足5G扩容需求。

2.3蓄电池组使用情况

各通信运营商及铁塔公司单站较多采用2组容量300Ah、500Ah、800Ah的阀控式铅酸蓄电池作为备用电源供电。在实际运行中，经常出现单组、单体蓄电池“落后”或“降容”，从而导致整组蓄电池无法正常使用，健康程度逐年下降、续航时长降低。同时，铅酸蓄电池还存在的重量重、体积大，能量密度低、循环保用寿命短等缺点。

三、5G电源配套建设解决方案

3.1外市电引入的建设

基站用电应尽可能采用直供电的方式，当市电引入容量不足时，可以向电力公司申请增容。针对市电难以扩容或扩容投资巨大的问题，可以考虑削峰填谷的方式。削峰填谷是调整基站设备用电负荷的新措施，即对电池进行智能控制，在用电峰值时通过市电和蓄电池共同放电，在波谷时，利用市电对蓄电池充电。

3.2组合式开关电源的建设

根据5G典型基站的设备功耗和开关电源配置原则，以2组500Ah蓄电组为模型，开关电源模块配置如下表2。

3.2.1传统方案

1.扩容方案：

根据表2所示，在3家运营商共享的情况下，新增3套5G设备，负载不超过-48V/600A组合式开关电源总容量，如果现有模块易于采购且价格合适，优先采用扩容方案。

2.替换方案：

现有开关电源无法直接扩容，模块无法采购，或模块采购成本过高的情况下，如基站机房具备割接条件时，采用大容量新开关电源替换现有开关电源，替换后开关电源模块可通过运行部门调配至其他同型号站址使用。

3.叠加（新增）方案：

现有开关电源总容量不足，无法扩容，替换工程量大，同时现场空间充裕，可采用叠加（新增）一套新开关电源的方案，即在保留原开关电源基础上，额外新增一套开关电源。

通过以上三种方案如果无法可以满足5G设备对配电端子的需求，考虑新增一个从开关电源架母线排接引的直流配电箱。

3.2.2插框电源

在原开关电源机架的基础上，利旧原有设备上的铜排、空开和接触器，改造普遍兼容整流单元（即插框电源）替换原整流单元。

插框电源既适应原品牌开关电源，又可以满足不同厂商不同品牌，同时满足原系统对动力环境的监控。采用插框电源的方式，能减少施工难度和改造工程量、减少因整体割接开关电源对网络带来的安全隐患，提高投资收益。

3.3微站电源建设

当AAU拉远时，无法从基站机房引电，为满足其直流用电需求，采用市电+室外直流电源的方式，将220V交流电转换为48V直流电，即为微站电源。重要站址或市电条件差的情况下，根据需要微站电源亦可配置不同容量、不同备电时长的电池组。支持抱杆、壁挂、落地、环抱等多种安装方式，可满足各种路灯杆、监控杆、水泥杆、信号杆等小微站的建设场景。

3.4直流远供建设

为点对点满足宏基站或者接入网周边的加密站，可采用直流远供的方式。直流远供系统由局端设备、远端设备及传输线路组成。其中局端设备一般放在基站机房，是將–48V直流隔离升压到240V（DC/DC升压）的主要设备，远端设备是将局端传输至远端的直流高压变换成DC48V/AC220V的设备。传输线路是实现直流远供电源局端与远端之间连接可使用铜缆、铝缆和复合光缆，最远传输距离可达3000米。

3.5蓄电池建设

3.5.1蓄电池选配

传统方案中，新增5G设备后，对于不能满足后备时间或电池质量严重下降的站点，可替换为新的大容量阀控式铅酸蓄电池。

机房空间或者承重不足的站点，可将原有铅酸蓄电池替换为磷酸铁锂电池。

磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池，由电极、电解液、外壳、极柱还有隔膜组成的基本功能单元。随着新能源汽车的普及，铁锂电池成本不断下降，在容量衰减到80%以下后，可作为梯次电池用于通信基站。铅酸蓄电池、磷酸铁锂电池和梯次电池性能对比如下表3：

铁锂电池能量密度更高、寿命更长、工作适应场景更多，梯级利用铁锂电池可进一步降低基站建设成本，保护环境、节约资源。

3.5.2蓄电池合路器

蓄电池合路器是串联于电源与蓄电池之间的管理设备，由直流输入部分、电池组接入部分、电池组分路充放电控制部分和监控部分构成。蓄电池合路器可对整组和单体电池健康度实时监测，充电时，将电源设备输出的电流合理分配给各组蓄电池，可将不同品牌、不同容量、不同新旧程度的电池并联使用。合路器的引用提升蓄电池容量，提高蓄电池续航时间，减少更换原有蓄电池，节约投资。

3.6光伏发电建设

对于外市电引入困难、引入费用高、市电费用高或市电不稳定，达不到三类供电级别的基站，可采用光伏发电。白天阳光充足时，由光伏组件和蓄电池一起向直流负载供电;到了晚上，蓄电池储存的电量供负载使用。为保证通讯设备在阴雨天的正常运行，蓄电池的容量设计应考虑当地连阴天的天数。

3.7基站+充电桩建设

结合现网基站周边各小区、学校、医院等公共场所充电桩规划和选址场景要求，对现网中市电稳定，锂电池作为备电设备的基站进行筛选，选取剩余电量充裕，有剩余开关或具备扩容条件，可满足充电桩建设条件的站址资源，可以进行“基站+充电桩”一体化建设。

四、结束语

5G电源配套建设所面临的问题有多种解决方式，在实际工作中，应根据负荷变化、共享需求、停电规律、节能环保的要求，从几种不同解决方案里找出技术上可行性好、经济上成本较低的最优方案。