750 V高压直流供电技术分析

王 旭，陈东旭

（中国铁塔股份有限公司，北京 100195）

0 引 言

近些年，全球移动通信技术发展迅猛，第五代移动通信技术（5G）不断成熟。随着5G技术的演进，5G网络将会走向低、高频混合组网，为满足网络容量增长的业务需求，需部署大量的末梢站点。与传统4G网络相比，小微基站的密集覆盖使得5G网络的站点数量和整体功耗呈现大幅度增长，这对通信系统的供电技术提出了更高的要求[1]。

在早期网络建设中，直流-48 V、交流220 V的集中远供技术得到应用，但存在效率低、系统运行可靠性差以及安全性低等情况。在对通信设备供电保障中，传统的后备电源配置模式需要有所突破，利用高压直流远供取代交流远供成为一种趋势[2]。与交流供电系统相比，高压直流供电系统在停电情况下也可以直接从蓄电池后端进行电力输送，避免了谐波的干扰，可实现持续供电。从结构来说，高压直流供电系统也是相对简易，可扩容性相对较高，能源利用效率更高。目前，国内的高压直流供电系统主要有240 V和336 V两种[3,4]。

为应对5G网络各类设备的高功率密度以及高能耗，在应用直流供电系统的同时，大幅提升系统工作电压至750 V，输入输出电流会减小，从而有效减少线路压降，降低整个供电系统损耗，提升系统能效。此外，大部分大型电动汽车退役大Pack电池组的电压在750 V左右，可直接应用在750 V高压直流远供系统，对退役动力蓄电池进行梯次利用，实现绿色循环发展，加速行业实现碳中和。

1 750 V高压直流供电系统原理

1.1 系统原理及组成

750 V高压直流远供系统是由局端、远端以及输电线缆组成的独立电源系统。系统局端设备将储能站稳定的-48 V直流电或者380/220 V交流电的电压升压至750 V的高压直流，通过电力电缆、光电复合缆或者通信电缆等传送至远端站点，再经远端设备降至直流-48 V或者交流220 V，对通信设备进行供电，实现远端站址稳定供电保障[5]。750 V高压直流远供系统原理如图1所示。

1.1.1 局端设备

750 V直流远供系统局端设备的作用是将-48 V直流隔离升压到直流250～800 V，连续可调（DC/DC）。局端设备具备完整的保护、监控、均流以及冗余备份功能，通过电源线缆送至远端，为远端通信设备提供电源保障。此外，局端设备一般放置在有后备电源的中心基站（局站）机房内。

1.1.2 远端设备

远端设备可以将输入的750 V高压直流电变换成稳定的直流-48 V，且具有防水功能，能够在室外使用。

1.1.3 远供输电线路

远端供电通过专用的供电线路进行供电，也可通过复合光缆进行供电。线缆材质一定程度会影响到供电传输距离。电缆材质可选用铜芯或者铝芯，由于铝芯相比铜芯电缆不易被盗，因此在户外时可考虑选用铝芯电缆代替铜芯电缆。

1.2 典型应用场景

在传统的基站建设中，外市电引入多采用“一站一引”的方式，这种方式引入成本较高，后期不易维护。与传统基站供电方式不同，750 V高压直流远供系统供电成本相对较低，引入方式灵活，其典型应用场景主要有拉远微站和高铁隧道两类。

1.2.1 拉远微站

拉远微站普遍不具备外市电引入条件或者引入成本较高、市电稳定性较差。末端负荷小、位置分散的站点（灯杆、挂墙、楼顶抱杆的小微站）和用于市区内不容易取电、取电费用较高或交流电供电不稳定的网络覆盖设备站点均属于拉远微站典型应用场景。

针对此类型场景，应用750 V高压直流远供系统，宜采用星形供电方式，由中心局端站向周围微站、RRU以及AAU等通信设备供电，具体布局示意如图2所示。在星型供电方式的系统中，局端设备输入-48 V直流电压，输出 250～800 V的直流电，一般建议采用N+1冗余方式备份。远端设备输入380 V直流电压，输出-48 V的直流电或 220 V的交流电，外挂于AAU/RRU设备下部的远端设备还需具备防水外壳。分配单元主要负责完成DC/DC（400～380 V/750～380 V）降压变换。局端与分配单元之间距离不宜太远，一般在0.5 km左右。

1.2.2 高铁隧道

第二类典型应用场景为新建站串行分布的高铁隧道覆盖场景。此类场景普遍发电难度大、维护成本高。

针对该类型场景，宜采用线性级联供电方式，由中心局端站向两侧RRU等通信设备供电，具体布局示意如图3所示。局端设备和远端设备的特性同第一类场景相似，分配单元负责完成DC/DC（400～380 V/750～380 V）降压变换。传输光缆宜选用复合光缆或电力线，站间距一般为700～800 m。

图3 750 V高压直流远供系统原理图

2 750 V高压直流供电技术分析

2.1 供电线路基本模型

在直流远供系统中，从局端到远端的供电过程可抽象为最基本的输电线路模型，原理如图4所示。

图4 750 V高压直流远供系统原理图

750 V直流远供系统供电线路的电阻RL为：

式中：ρ为电阻率，单位为Ω·mm2/m；S为线路的横截面积，单位为mm2；L为线路长度，单位为m。

供电线路的线路压降ΔU和功率损耗ΔP为：

式中，I为线路上流过的电流，单位为A。

局端和远端处的电压和功率分别满足：

式中：U1和U2分别为局端处和远端处的电压，单位为V；P1和P2分别为远端处和远端处的功率，单位为kW。

2.2 供电能力对比计算分析

供电能力指在满足安全用电和用户需求的前提下，供电线路所能提供的最大供电能力。供电能力的大小取决于负荷大小和输电距离。在高压直流供电系统的计算分析中，电缆的型号、供电距离及供电功率均是变量因素，为了便于分析不同电压等级直流远供系统的供电能力，本文将设立两种场景进行对比分析[6]。场景一是相同电缆和相同供电距离下，比较不同电压等级系统的供电功率；场景二是相同电缆和相同功率（5G单系统）下，比较不同电压等级的供电距离。

2.2.1 场景一

假定采用星型供电方式，宏站到微站的距离按500 m测算，电力电缆选取铜芯两芯电缆，铜线的电阻率为 0.018 4 Ω·mm2/m。4 mm2、6 mm2、10 mm2的铜缆允许的最大载流量分别为36 A、45 A以及60 A。

根据已建立的电路线路基本模型，在局端电压等级U1、电缆型号（横截面积S、载流量I）以及供电距离L确定的前提下，可依据式（1）～式（5）计算得到供电线路的线路压降和线路损耗等关键指标，6 mm2铜缆的计算结果如表1所示（未核验）。

表1 场景一计算结果（未核验）

由表1计算结果可以得到，电缆载流量按最大载流量计算，线路压降比较大，对应的线路损耗为最大。然而在实际工程实践中，供电线路压降不能高于10%，故需要对上述计算结果核验校准。核验后的计算结果如表2所示。

表2 场景一计算结果（已核验）

参照上述6 mm2铜缆的计算过程，分别对4 mm2和10 mm2铜缆进行计算，综合6 mm2的计算结果，得到直流远供系统相同供电距离下的供电功率，具体如表3所示。

表3 相同供电距离下系统的供电功率

由表3的数据可知，不同的电缆对高压直流供电系统的供电能力存在影响，选择更粗即横截面积越大的电缆，载流量会增加，线路环阻会减小，从而可以减小压降，提高供电功率。在选择合适的电缆的情况下，相同的供电距离，高压直流供电系统的电压等级决定着系统供电功率的上限，电压等级越高，远端的负荷功率越大，供电能力越强。

2.2.2 场景二

5G单系统远端设备功耗按3.5 kW测算，电力电缆选取铜芯两芯电缆。铜线的电阻率为0.018 4 Ω·mm2/m。4 mm2、6 mm2、10 mm2的铜缆允许的最大载流量分别为36 A、45 A以及60 A。

根据已建立的电路线路基本模型，在局端电压等级U1、电缆（横截面积S、载流量I）以及远端总功率P2确定的前提下，可依据式（1）～式（5）计算得到供电线路的线路压降、线路损耗等关键指标，6 mm2铜缆的计算结果及核验结果如表4和表5所示。

表4 场景二计算结果（未核验）

表5 场景二计算结果（已核验）

参照上述6 mm2铜缆的计算过程，分别对4 mm2和10 mm2铜缆进行计算，综合6 mm2的计算结果，得到直流远供系统针对5G单系统的供电距离，如表6所示。

表6 5G单系统下系统的供电距离

由表6的数据可知，不同横截面积的电缆对高压直流供电系统的供电距离存在影响，选择更粗的电缆，载流量会增加，线路环阻会减小，从而提供更长的供电距离。在选择合适的电缆的情况下，对于一套5G单系统，高压直流供电系统的电压等级决定着系统供电距离的上限，电压等级越高，供电距离越长，供电能力越强。

3 结 论

750 V高压直流远供系统在传统直流供电系统的基础上，大幅提升系统工作电压至750 V，通过供电能力计算分析，可以得到以下结论。

一是将直流远供系统工作电压提升至750 V，可配置退役大Pack电池，实现电动汽车电池的梯次利用，加速行业实现碳中和。二是高电压等级系统可有效减低线路压降，减小线路损耗。三是在选取合适电缆的情况下，高电压等级会提供更大的供电功率，允许更远的供电距离，系统的供电能力更强。