分布式（拉远）基站供电解决方案

［高奎］

1 引言

首先，随着5G 网络的大规模建设，基站数量增加、密度加大，而城市美观要求越来越高、规划越来越规范，居民健康意识越来越强烈，基站选址、机房获取、外市电引入等困难日益突出，成为网络建设的难题，使得分布式（拉远）宏基站数量越来越多。

其次，5G 使用的频段较高、覆盖范围变小，而5G 热点区域对容量的要求大幅提升、5G 新业务对网络体验也提出更高的要求，容量不够、覆盖不足等问题在5G 网络中更为严重，使得5G 建设中小微站比例大幅提升。

最后，运营商为了节约网络建设和运营成本，充分利用现有资源，在条件允许的情况下优先利旧存量机房和局站，采用BBU 集中部署方式，以节约末端机房建设和维护成本。分布式（拉远）基站替代传统“一站一房”BBU分散部署的建设方式，已成为行业共识。以某省为例，从2021年到2022年6月运营商提出的4G、5G宏基站需求中，约87%的需求为RUU/AAU 拉远需求。

综上可见，分布式（拉远）基站建设的快慢、好坏将决定通信网络覆盖的速度和质量，研究分布式（拉远）基站供电解决方案具有重要意义。

2 基站供电系统简介

基站供电系统由交流供电系统、直流供电系统和接地系统组成。交流供电系统包括外市电引入、油机发电机和交流配电箱，负责为直流供电系统、空调和照明系统提供动力。直流供电系统包括整流模块、蓄电池组和直流配电屏组成，负责将220 V/380 V 交流电转换为稳定的-48 V直流电为基站设备供电，并在交流电中断时控制蓄电池放电为基站设备供电。接地系统包括接地体、接地引入线、接地汇集线和接地线组成，确保人员安全和通信系统正常运行，防止和减少雷电对通信设备造成的危害；利用大地作良好的参考零电位，为设备提供-48 V 供电，保证各通信设备间的参考电位没有差异，减少用户线路对地绝缘不良时引起的通信回路间的串音。（如图1 所示）

图1 通信基站供电示意图

3 供电解决方案

目前通信基站设备主要使用-48 V 直流供电和220 V交流供电。为满足分布式（拉远）基站灵活多变的建设方案出现了多种供电解决方案，常用的解决方案有交流供电、交转直设备供电、一体化电源设备供电、室外一体化机柜供电、直流远供供电、高压交流远供供电、新能源供电等。

3.1 交流供电

交流供电常见的有市电就近供电和UPS 不间断供电两种情况。

（1）方案介绍

市电就近供电指从供电局或业主接火点就近取220 V交流电，安装电表、空开后直接给宏基站RUU、AAU 或微基站设备供电，使得基站能够正常运行。（如图2-a 所示）

UPS 不间断供电根据UPS 不同分为在线式UPS 不间断供电、后备式UPS 不间断供电和在线交互式UPS 不间断供电三种。通信基站通常使用在线式UPS 不间断供电，当市电输入正常时，整流器将输入的交流电转换为直流电，一部分经逆变器将直流电转换为交流电给通信设备供电，另一部分给蓄电池充电；当市电输入不正常时，蓄电池放电经逆变器将直流电转换为交流电给通信设备供电。（如图2-b 所示）

（2）方案特点

市电就近供电基站无后备电，市电中断或异常设备停止工作，无法保障供电稳定性，主要应用在没有条件安装后备电源或无需后备电的场景；由于减少了机房、机柜及配套设施建设，方案成本低，无需占地，施工周期短。

图2 市电就近供电/UPS 不间断供电示意图

UPS 不间断供电系统需要新建机房、机柜或安装在室内场景使用，在分布式（拉远）基站供电方案中很少使用，多用于室内分布、数据中心等机房。

（3）应用案例

某景区古城内为解决5G 网络容量不足，决定在古城内多处新建5G 基站以满足网络覆盖需求。经勘察并与业主协商，利用建筑墙壁安装设备覆盖。

解决方案：由于古城外有宏基站覆盖，经分析研究，决定采用微站拉远解决覆盖，设备为220 V 交流供电，无需后备电；最终与业主商定，从古城共用照明电就近取220 V 交流电，为设备供电。（如图3-a 所示）

图3 常用供电解决方案案例图（一）

3.2 交转直设备供电

（1）方案介绍

交转直设备供电指采用交转直设备将220 V 交流电转换为稳定的48 V 直流电，为通信设备供电。常见设备输入端支持220 V 交流电1 路输入、2 路输入和3 路输入等；设备功率配置有3 000 W、5 000 W、6 000 W 等，其内整流模块相互独立、互不影响；设备输出配置有48 V 直流3路输出和6 路输出等。（如图4-a 所示）

（2）方案特点

图4 交转直/一体化电源设备/室外一体化机柜供电电示意图

交转直设备供电无后备电，市电中断或异常设备停止工作；但交转直设备体积小，安装方便，无需占地，施工周期短，建设成本也较低。

（3）应用案例：

某商务区内为解决园区5G 信号覆盖，经勘察并与运营商、业主协商，决定采用AAU 拉远方案覆盖，利旧园区内11 米路灯杆，每隔1 根路灯杆新增2 套5G AAU 设备，满足覆盖需求。

解决方案：由于该园区位于市中心，常年无停电，运营商不要求有后备电源，从附近就近取220 V 交流电，在路灯杆上安装交转直设备，为灯杆上5G AAU 设备供电。（如图3-b 所示）

3.3 一体化电源设备供电

（1）方案介绍

随着5G 网络发展，拉远站、小微站数量大幅增加，电源设备厂商纷纷推出拉远站、小微站供电解决方案，有一体化通信电源、壁挂电源、刀片电源、智能化微站电源、环抱式一体化电源、5G 基站伴侣等，叫法各不相同，但基本功能和原理相似，本文统称为“一体化电源设备”。该类设备通常配备有开关电源、锂电池、交直流配电单元、动环监控，部分设备还有远程分断系统、光纤配线单元等，相当于一个“微型机房”，除无设备安装空间外几乎涵盖了全部机房的功能。一体化电源设备常见功率有2 000 W、5 000 W 等，可同时满足1 套5G（3 个AAU）和1 套4G（3个RRU）供电需求；常见锂电池有20 Ah、50 Ah、100 Ah等，可同时满足1 套5G 和1 套4G 1 小时备电时长，也可根据需求给不同设备设置差异化的备电时长。（如图4-b 所示）

（2）方案特点

该类设备高集成度，功能齐全；设备体积小，电源和电池容量相对受限。设备支持壁挂、抱杆、落地等多种安装方式，安装灵活便捷、建站速度快，节约占地。

（3）应用案例

某基站为新建5G 拉远需求，本站只需给3 台AAU供电（功率约30 00 W）。

解决方案：经勘察，利旧路灯杆可安装AAU 设备，从路边就近取交流电，新增1台5 000 W“壁挂电源”设备（含100 Ah 锂电池，满足1.5 小时备电）解决供电。（如图3-c所示）

3.4 室外一体化机柜供电

（1）方案介绍

室外一体化机柜是指直接处于室外环境下，其内部可安装通信设备、传输设备、电源设备、空调设备、监控设备、蓄电池以及其他配套设备，能为内部设备正常工作提供可靠的机械和环境保护的柜式设备。常用的配置有单柜配置、双柜配置和三柜配置，尺寸包括800 mm×800 mm×1 800 mm、800 mm×800 mm×1 400 mm等；机柜内配置4 根立柱，作为标准19 英寸设备支架。

室外一体化机柜供电是指在室外一体化机柜内安装嵌入式开关电源、蓄电池、空调、监控及地排等配套设备，以满足通信设备供电需求。室外一体化机柜空调设备均集成到柜门上，无需占用空间；嵌入式开关电源最大容量可达600 A，整流模块按照N+1 冗余配置；蓄电池根据通信设备总功率及后备电时长配置。（如图4-c 所示）

（2）方案特点

该方案机柜数量和柜内配套设备均可灵活配置，设备安装空间大幅增加，带载能力增大，方便扩容，常用于居民区、楼顶、景区、公共绿地和公路隔离带等场所。由于带载能力增大，机柜内设备较多，因此选址时需考虑机柜的承重、占地等，同时一体化机柜较机房空间较小、散热较差，当通信设备较多，机柜数量大于三柜时，建议优先新建机房。

（3）应用案例

某基站为新建4G、5G 拉远需求，本期只需给3 台RRU、3 台AAU 供电；结合基站周围网络覆盖现状分析，后期其他运营商可能有共享需求，故新建30 m 单管塔，需解决供电问题。

解决方案：考虑本站塔桅较高、抱杆资源丰富，为便于后期扩容，采用新建室外一体化机柜供电方案。从附近657 m 处公用变压器接火，地埋引入机柜，新建单柜配置室外一体化机柜、100 A/300 A 嵌入式开关电源、100 Ah锂电池2 组，满足设备供电需求。（如图3-d 所示）

3.5 直流远供供电

（1）方案介绍

直流远供供电是指从上游基站或中心基站取稳定的48 V 直流电，经局端设备升高电压，以较低的损耗传输到远端设备，远端设备降压后给通信设备供电。主要由局端设备、远端设备、远端分配箱和远供电缆等组成。随着技术的发展，近年来出现了传统直流远供和高压直流远供两种方案。传统直流远供指局端设备输出电压范围为240 V～400 V 的直流远供系统，高压直流远供指局端输出电压范围为400 V～ 800 V 的直流远供系统。（如图5 所示）

图5 直流远供供电示意图

局端设备是远供系统的核心，负责将48 V 直流电隔离升压到240 V～ 800 V（可以调节，DC/DC 升压），并具有完整的监控和保护功能。常用的局端机框有3 000 W、4 500 W、6 000 W、7 500 W、10 000 W 等，局端模块有1 000 W、1 500 W、2 000 W 等。局端模块配置时需考虑远供电缆损耗功率，建议通信设备负载功率+传输电缆损耗功率≤局端模块总功率×80%。

远端设备将收到的高压直流电转换为稳定的DC48 V/AC220 V，为通信设备供电，并具有监控功能。常用的远端设备有1 000 W、1 500 W、2 000 W、3 000 W 或2 kVA、6 kVA、10 kVA 等，每台远端设备可同时给3 台通信设备供电。远端设备应根据通信设备功率选择相应的规格，建议通信设备功率≤远端设备功率×80%。

分配箱适用于点对多点的供电方式，将输入的直流电分配给多个远端设备，常见的分配箱有1 分3（DC380 V/DC800 V）和1 分6（DC380 V/DC800 V）两种。

远供电缆负责连接局端设备和远端设备，完成直流高压电的远距离传输，有光电复合缆和专用铝芯电力电缆两类，电缆规格型号应根据最大负荷电流、电缆电压损失、电缆的机械强度等综合选择。

（2）方案特点

直流远供供电方案实现了集中供电、集中管理，摆脱了对交流电的依赖，避免了交流外市电引电困难、转供电电价过高等问题。无需考虑机房、机柜占地。但需对上游机房外市电引入容量、开关电源和蓄电池容量核实，甚至改造扩容等。直流远供设备功率有限且升压、降压转换损耗大（约10～15%），不建议大负荷长距离供电，传统直流远供建议传输距离小于3 000 m，高压直流远供可用于较远距离传输，但高压直流远供设备较传统直流远供设备价格更高。且高压远供电缆很容易造成外皮破损而引起绝缘下降，导致漏电故障。

（3）应用案例

某基站为新建4G、5G 拉远需求（需要后备电源），安装3 台RRU、3 台AAU（总功率约4 000 W）。站址位于市区繁华商业街，绿化带内不允许新建塔、机柜等设施，附近无直供电、商业区转供电电价过高。

解决方案：经勘察距离需求约800 米处楼内有室分机房，街道绿化带内有广告塔。经与各方沟通，确定在原广告塔上新增6 副抱杆满足塔桅需求；室分机房定为上游机房，采用直流远供方案，新增4 500 W 局端设备1 台、1 500 W 远端设备 3 台、1 分3 分配箱1 台、J-VLY 2*16 mm²电缆844 m，解决设备供电。（如图6-a 所示）

3.6 高压交流远供供电

（1）方案介绍

高压交流远供供电是指以220 V/380 V 交流电作为局端设备输入电源，经局端设备升压到400 V～ 800 V，以较低的损耗传输到远端设备，远端设备降压为DC48V/AC220 V 给通信设备供电。常用的方案有两种，第一种方案为直流输电，除输入电源为交流电外，与高压直流远供一样，远供电缆传输的是400 V～ 800 V 直流电。常用局端设备输出功率10～ 40 kW，远端设备输出功率1～ 10 kW/ 1～ 10 kVA。第二种方案为交流输电，局端用一台干式变压器将220 V/ 380 V 交流电压升高，远端再用一台干式变压器将电压降低为220 V/ 380 V 交流电，再经开关电源转换为直流电给通信设备供电。常用局端、远端干式变压器有10 kVA、20 kVA、30 kVA、50 kVA、80 kVA 等。（如图7 所示）

图6 常用供电解决方案案例图（二）

图7 高压交流远供供电示意图

（2）方案特点

与直流远供相比，高压交流远供无需上游机房，直接从市电接火点引电即可，升压、降压转换损耗低于直流远供，提高了电能传输效率，适用于大功率、远距离供电。在输电方面，直流输电电缆没有交流输电电缆中的电容电流、介质损耗和磁感应损耗，只有电缆芯线电阻损耗，绝缘电压相对较低，直流输电技术更适合远距离传输，同时直流输电也符合国家提出的节能降耗和环保要求，因此建议优选直流输电方案。

（3）应用案例

①某基站为联通5G 拉远需求（功率3 000 W），距离最近市电接火点4 km；预测后期移动要共享使用该站（功率5 000 W），总功率约8 kW。

解决方案：经勘察，基站周围既无更近的接火点，也无上游机房满足直流远供方案。确定采用高压交流远供（直流输电）方案，从最近市电接火点引电，新增1 台20 kW交流远供局端设备、2 台5 kW 远端设备（远端配置2 组蓄电池备电），使用35 mm²双芯铝缆解决了基站供电。（如图6-b 所示）

②某基站原有设备功率6.5 kW，本期移动、联通分别新增5G AAU 设备（功率约7 kW），基站总功率6.5 kW+7 kW=13.5 kW，13.5 kW/0.9=15 kVA；基站供电电缆长度为1 650 m，原电缆为4*25 mm²铝芯电缆；经测算，直接利旧基站电源设备，原有外市电电缆压降不够无法满足新增5G 设备用电。

解决方案：经勘察原电缆耐压等级为1 kV，确定采用高压交流远供（交流输电）方案，局端新增1 台50 kVA 三相升压变压器、远端新增1 台50 kVA 三相降压变压器（考虑基站设备三相不平衡度较高，局端、远端变压器容量进行了放大），新增交流分配单元1台，利旧原有4*25 mm²铝芯电缆解决基站供电。（如图6-c 所示）

3.7 新能源供电

（1）方案介绍

新能源供电是指利用太阳能、风能、氢能等可再生能源发电并为通信设备供电，常用的有太阳能供电系统和风光互补供电系统两种方案。

太阳能供电系统是指单独利用太阳能发电（光伏发电）为通信设备供电，主要由太阳能电池（含汇流盒）、蓄电池、系统控制器（含整流模块，防雷模块等）、配电设备（直流变换器、逆变器等）组成。有太阳光照射时，太阳能电池将光能转换为不稳定的直流电，电压范围为0～90 V（48 V 系统），再由控制器将不稳定的直流电转换为稳定的直流电给通信设备供电和蓄电池充电；无太阳光照射时，蓄电池将储存的电能释放出来为通信设备供电；如此循环往复，保证通信设备供电的稳定性。当基站无市电引入或外市电引入线路过长供电系统建设费用(含外市电引入费用)达到太阳能供电系统总投资的75%及以上且年日照大于2 000 h，负荷小于1 000 W 时，推荐采用太阳能供电系统。

风光互补供电系统是指将太阳能和风能结合组成的供电系统，主要由能量采集（太阳能电池、风力发电机）、能量控制（太阳能控制器、风能控制器、逆变器、中控模块、交直流配电）及能量储存（蓄电池组）三部组成。太阳能供电系统同上，不再赘述。风能供电系统是指当风力达到要求时风力发电机将风能转换为交流电，由整流设备转换为直流电，经能量控制系统整合，将稳定的直流电给通信设备供电和蓄电池充电。当有光无风时由太阳能电池供电，无光有风时由风力发电机供电；有光有风时太阳能电池和风力发电机同时供电；无光无风时由蓄电池将储存的电能释放出来为通信设备供电；如此循环往复，保证通信设备供电的稳定性。当年平均风速大于3.5 m/s，同时太阳能辐射总量不小于5 000 MJ/m²时，推荐使用风光互补供电系统。（如图8 所示）

图8 太阳能供电示意图

（2）方案特点

该供电方案就地取电，没有输配电损耗和输配电建设成本，节约了外市电维护费用和电费，运行成本低，维护简单，可有效解决偏远地区市电引入困难或无市电的问题。但方案也有缺点，如对气象条件提出了要求，太阳能电池占地面积较大，蓄电池昼夜频繁充放电寿命缩短，连续阴雨天蓄电池后备电时长难保证等。

（3）应用案例

某基站为4G 拉远需求，站址位于某森林景区后山，有登山观光步行梯和环山公路，信号覆盖差；为解决信号覆盖问题，与景区协商同意指定位置新建3 m*4 m砖混机房、40 m 灯杆景观塔，需解决基站设备供电问题。

解决方案：经勘察，基站最近接火点距离约2 550 m，基站最近上游机房直线距离约2 860 m，引电距离较远且景区已经开始运营，开挖绿化赔补费用较高，同时景区森林防火要求较高，使得外市电引电费用过高。查阅气象资料，该地区风力资源与光照资源满足条件，但由于景区指定建站位置三面环山，基站位于山坳地段，风力资源不能得到有效利用，故新建太阳能供电系统解决供电问题。

根据当地气象条件和负载电流，结合太阳能发电配置计算公式：S=J U（IT+24NI）/NHρ，其中S 为太阳能电池功率是；J 是气候指数（当地气候定，在1～1.25 之间），取1.1；U 为系统输出电压取48 V 直流输出；I 为负载电流，取20.8 A；T 为蓄电池持续供电时间，取48 小时；N 为补足蓄电池极限能耗时间（天），取3 天；H 为当地日平均有效日照时间，取5.34 小时；ρ是控制系统效率，取0.95；计算得：方案选用多晶320 Wp 组件28 块，总功率8 960 Wp，同时配置48 V/200 Ah 梯次电池6 组、48 V/200 A 控制柜1 台，50 A 光伏模块4 个，满足需求。（如图6-d 所示）

4 方案选型

4.1 总体原则

通过对常用供电解决方案的分析、对比，明确分布式（拉远）基站选择供电解决方案时需综合考虑以下五方面因素：

（1）通信设备需要-48 V 直流供电还是220 V 交流供电；

（2）通信设备是否需要后备电及备电时长的要求；

（3）供电方案应与基站塔桅的承载能力相匹配；

（4）基站场地环境及附近外市电情况；

（5）建设方的投资意愿。

4.2 选型建议

供电解决方案可结合方案选型总体原则，同时参照表1 综合考虑确定。具体建议如下：

（1）当设备采用交流供电，不需要后备电时，建议采用220 V 交流就近供电方案；当设备采用交流供电，需要后备电时建议选择UPS 不间断供电方案。

（2）当设备采用直流供电，不需要后备电时，建议选择交转直设备供电方案。

（3）当设备采用直流供电，需要后备电时，根据基站附近是否有稳定的外市电接火点，建议如下：

①基站附近1 500 m 内有稳定的380 V 接火点，但塔的承载力较低、预估基站设备功总功率5 000 W 内、后备电池需求100 Ah 内时，建议选择一体化电源设备供电；当塔的承载能力较大、基站设备总功率较大时，为方便扩容建议选择室外一体化机柜供电方案。

②基站附近1 500 m 内无稳定的380 V 接火点，但有上游机房可提供稳定的-48 V 直供电时，建议选择直流远供供电方案；当无上游机房可用时，可以选择交流远供方案；如果基站负荷小于1 kW 且气象条件满足太阳能、风力发电条件时，可选择新能源供电方案。

5 结束语

表1 常用供电解决方案对照表

分布式（拉远）基站供电解决方案灵活多样，每种供电解决方案都有其适用场景和局限性。随着时间的推移、电源技术的发展，供电解决方案还会不断发生变化。无论如何，基站供电解决方案都应以安全、可靠为前提，以各种供电解决方案技术为基础，以满足基站设备用电、备电需求为目标，多维度考虑，选取在经济上合理、技术上可行的方案。