关于5G基站通信电源系统技术的研究

周 云

（中国铁塔股份有限公司丽水市分公司，浙江 丽水 323000）

0 引 言

5G可以向用户提供更低的传输延迟、更大的存储容量、更快的下载速率，为推动社会和各领域发展提供更加有力的保障。随着5G组网架构调整和相关设备升级换代，5G基站的数量和相关的设备能耗大大增加，这就对5G基站的通信电源系统提出了非常严峻的挑战。因此，针对5G基站通信电源系统技术进行分析与研究并提出优化措施，为推动5G网络快速发展提供有力支持。

1 典型5G基站通信电源系统配置

典型5G基站通信电源系统标准配置如表1、表2所示。

表1 典型5G基站通信电源系统标准配置

表2 典型5G基站通信设备电能负荷

2 5G基站通信电源系统技术应用分析

为了保证5G基站通信电源系统运转正常，针对5G基站的外市电容量、开关电源系统、交流配电箱系统以及蓄电池系统，按照实际情况和适度超前原则进行优化。同时，依据5G基站通信设备电能负荷情况以及集中单元（Centralizd Unit，CU）、分布单元（Distributed Unit，DU）、有源天线单元（Active Antenna Uuit，AAU）部署形式和架构特点，合理应用通信电源系统技术。

2.1 外市电容量

应用通信电源系统技术时，应当充分考虑外市电容量需求，确保所规划的外市电容量可以满足5G基站通信设备功耗总和，同时结合适度超前原则进一步考虑长期功耗。典型5G基站外市电配置情况如表3所示。

表3 典型5G基站外市电配置

为了保障5G基站通信设备可以获取稳定的电源，需进行外市电扩容。结合典型5G基站外市电容量和5G基站通信设备电能负荷情况进行分析，可以得到以下结论。一般情况下，5G基站有1套2G、3G、4G或5G通信设备时，将外市电扩容至10 kW即可满足使用需求；有2套2G、3G、4G或5G通信设备时，扩容至20 kW即可满足使用需求；有3套2G、3G、4G或5G通信设备时，扩容至30 kW即可满足使用需求[1]。

2.2 开关电源系统

现有5G基站所用的开关电源系统容量通常为48 V/600 A，满配置状态下整流模块可设置12个，平均每个模块50 A。综合考虑5G基站各类通信设备电能负荷需求和5G网络发展趋势，针对开关电源系统容量进行调整，以此确保5G基站通信电源技术得到有效应用，具体配置情况如表4所示[2]。此外，在应用通信系统电源技术调整开关电源系统时，需考虑选用集采范围内的整流模块，同时对超期服役的开关电源系统进行更换。

表4 5G基站开关电源系统配置情况

2.3 交流配电箱系统

以外市电容量扩容至30 kW为限值，计算支撑5G基站通信设备正常运行所需的交流电容量。按照30 kW用电负荷，交流配电箱应具备的电流容量为

根据典型5G基站通信电源系统标准配置表可知，现阶段选用的交流配电箱一般为380 V/100 A（63 A）规格，大于计算所得的46 A需求，因此针对5G基站建设和扩容时，应用通信电源系统技术不需要调整交流配电箱系统。

2.4 蓄电池系统

蓄电池系统作为支撑5G基站各类通信设备维持正常运行的备电设备，应用通信电源系统技术时需进一步考虑市电每年停电次数、每季度停电次数、每月停电次数、停电耗时、5G基站的建设位置、移动发电机保障供电的服务范围以及5G基站市电规划类别等，确保蓄电池系统设计的合理性和科学性[3]。基于蓄电池系统规划要求，综合考虑蓄电池实际容量、具体负荷配置以及使用寿命，结合适度超前和长远发展原则，可以得到蓄电池系统容量计算公式为

当前，典型5G基站通常配置2组规格为500 Ah的密封式阀控铅酸蓄电池组构成蓄电池系统。基站原有1套3G和4G通信设备，再新增1套5G通信设备，同时设定蓄电池持续发电时长可维持3 h，此时蓄电池系统配置容量为

由式（3）可知，典型5G基站所配置的2组500 Ah蓄电池可以满足基站675 Ah的电量需求。若要对5G基站进行扩容，需在保证通信设备正常运行的前提下，适当调整蓄电池系统配置容量。

3 案例研究

3.1 案例概况

为保证5G基站建设成效，确保基站内各类通信设备可以实现稳定、有序的运转，某地针对蓄电池系统进行了优化和改造。利用串联的形式，在开关电源系统和蓄电池系统之间设置蓄电池合路器，由合路器每个模块对应管理1组蓄电池组，借助智能双向直流/直流（Direct Current/Direct Current，DC/DC）控制端口来完成主动升压和降压，以此管控蓄电池系统充电和放电。蓄电池合路器能够针对整组蓄电池或单一的蓄电池模块进行运行状态检测和即时监测，同时可以利用装置内设的5G无线通信模组实时回传监测数据情况，以此完成对于5G基站蓄电池系统运行状态的远程操控。蓄电池合路器运行原理如图1所示[4]。

图1 蓄电池合路器运行原理

3.2 案例分析

该地通过加强蓄电池系统监测，推行智能管理和市电削峰填谷策略，以确保5G基站各类通信设备和市电供给的稳定有序。电力公司采取分时电价方法，鼓励用电需求旺盛的企业在谷电时段用电。峰电时段为每日的8:00—12:00、18:00—22:00，电价为1.05 元/（kW·h）；平电时段为每日12:00—18:00、22:00—24:00，电价为0.68 元/（kW·h）；谷电时段为每日00:00—08:00，电价为0.35 元/（kW·h）。

该地在采取市电削峰填谷策略的同时，也考虑了锂电池的应用价值。现阶段，锂电池在5G基站通信电源系统中的应用方向主要以备电为主，但由于锂电池具备多次充电和放电的显著优势，随着锂电池的广泛推广和深度应用，可以选用储能为主、备电为辅的方式，配合蓄电池系统监测形成双向主动式5G基站电能管理系统，促使锂电池的应用价值最大化发挥。

基于此，利用5G基站蓄电池系统的储存电能功能和峰谷时段电价差异进行分时充电和放电的节能化管理。当市电电价偏低时，可以自动转为向基站内蓄电池系统充电；当市电电价偏高时，可以自动转为主动放电模式。通过该方式充分激活5G基站蓄电池系统，使其在5G基站中发挥更大的功效，有效减少5G基站运行中产生的电费支出。需要注意的是，采取市电削峰填谷策略需全面考虑当地用电情况，即峰电时段电能保障情况、谷电时段和梯次电池单价，以此明确储能的效益临界点（即峰谷电价差）[5]。

以当地日均不间断用电负荷为48 V/60 A的5G基站为例，该基站现阶段配置了2组规格为300 Ah的铅酸蓄电池，同时已安装双向主动式5G基站电能管理系统。当市电供给处于正常状态时，选用削峰填谷方案，锂电池蓄电功能开始工作；当市电供给处于停电状态且油机未到时，利用铅酸蓄电池组作为备用电源，为5G基站内各类通信设备保持稳定供电。技术人员针对铅酸蓄电池组进行了系统化检测，检测结果显示该5G基站所配置的蓄电池系统备电时长大于4 h，可以充分满足基站建设所要求的3 h备电规定。结合市电削峰填谷策略，对于8 h的峰电时段放电分配情况，以增配梯次电池容量的形式完成优化调整，具体公式为

式中：Q为蓄电池容量；K为设定的安全系数，取1.25；a为环境温度控制变量系数，结合当地情况取1.0；P1为一次下电侧基站内各类通信设备实际运行功率；P2为二次下电侧基站内各类通信设备实际运行功率；T1为一次下电侧各类通信设备所需的备电总时长；T2为二次下电侧各类通信设备所需的备电总时长；T3为削峰填谷耗时。

针对市电削峰填谷策略下的设备用电需求进行计算，经计算可知蓄电池需满足40 kW/h的放电需求。从经济效益的角度对增配梯次电池容量进行考虑，以谷电时段的电价进行计算可得投资总额为27 200元，考虑其他支出，最终总计成本约为36 200元。此外，投资收益年限约为5.5年，即要求增配的梯次电池循环次数需≥2 000次。

通过实行市电削峰填谷策略，可以在保证市电供给稳定有序的基础上，为5G基站各类通信设备保持正常运行提供可靠的电力支持。5G基站的内置蓄电池系统可以与市电削峰填谷形成良好的互补关系，在峰电时段充分保障基站内各类通信设备的正常运转，通过增配梯次电池获取额外的能源效益。

4 结 论

通过加强5G基站通信电源系统技术分析与研究，可以在保证各类通信设备正常运行的基础上进一步开发能源效益，使5G不单从网络环境方面为社会发展提供便利，还能在电力能源供给与保障方面发挥作用，从而为更好地建设与发展5G基站及其内置各类通信设备提供有力的支持与保障。