5G电源配套综合解决方案研究

邱文锋

（深圳市电信工程有限公司，广东 深圳 518020）

1 5G基站电源供电中存在的问题

1.1 设备功耗大

据统计，5G基站的功耗约为4G基站的3～5倍。2018年，我国三大移动运营商的基站总功耗约为505亿kW·h，而在2019年，5G网络正式商用化以后，三大移动运营商的基站总功耗增长约2 000万kW·h[1]。总体来说，相较于4G基站来说，5G基站功耗更高，为达成节能环保等目标，必须对5G基站功耗进行有效控制。

1.2 市电扩容难

现阶段，为确保各类移动设备各功能的正常使用，5G宏基站需要在4G宏基站市电容量的基础上新增25～40 kW市电容量。为满足5G宏基站设备的持续稳定运行，4G宏基站升级为5G宏基站时需对宏基站站点市电容量进行扩容处理，常用的扩容方式为市电总容量引入、配电回路扩容等。

1.3 供电能力差

当前多数基站机房内均配置有2～3套开关电源，用于实现基站机房内各类设备的供电。大部分基站的满架容量为600 A，实际使用容量为200 A，预计可满足5G基站电源配套使用需求。但结合实际情况来看，当前基站所配置的大容量端子相对较少，并且大部分大容量端子已经被使用，剩余的大容量端子难以满足5G基站设备的正常运行需求[2]。

5G基站的运行功耗远超过4G基站，所以直接沿用现有备电策略将难以满足5G基站后续运行中的备电需求。例如，根据保障5G基站4 h正常运行进行备电设置，则需要在5G基站中配置2 000 Ah以上的蓄电池组用于5G基站备用供电。但传统基站备电所采用的铅酸电池组具有体积和重量相对较大等缺点，直接采用原有备电方案将会对基站站点楼面承载力和内部控制提出更高的实际要求，进而导致备电难度较大。

2 5G基站电源配套综合解决方案

2.1 宏基站

现如今，移动基站电源以220 V/380 V交流市电为主要供应电源，并辅以通信电源供电，此种供电模式主要涉及市电电源系统、交流配电系统、直流配电系统以及后备发电系统[3]。市电引入是指从市电网络中直接引入一路交流电为机房进行持续供电。引入市电会经由交流配电箱、整流单元等设备转换为48 V直流电源。经由开关电源整流后的直流电源输出至基站内的直流配电箱，再由直流配电箱将直流电源分配给各用电设备进行使用。直流后备蓄电池组在交流市电可以正常供电情况下并联系统进行浮充电，待交流市电供电中断后自动启动，通过开关电源的直流配电单元为基站供应直流电源，确保移动基站在交流市电供电中断后仍然可以实现短时间正常运行。具体宏基站供电系统的基本架构如图1所示。

图1 宏基站供电系统基本架构

2.2 直流远供技术

2.2.1 直流远供技术基本情况

直流远供技术作为1种5G基站供电新技术，其可以通过局端基站将直流电源升压传输至远端基站，远端基站再将升压后的直流电降压处理后为基站设备进行持续供电。相较于传统供电技术来说，直流远供技术更适用于连片新建基站或者高铁沿线基站的持续供电，以局端基站为中心进行发散式供电。当前直流远供系统主要包括局端设备、远端设备、射频拉远单元（Remote Radio Unit，RRU）。具体应用中，直流远供系统以局端基站为中心，通过局端设备箱周边远端基站及设备进行发散式供电，并为保障电压和供电效果，将电压升压至250 V/410 V，在通过光电混合缆（拉远RRU）将升压后的直流电源传输至远端设备，由远端设备对直流电源进行降压处理后，为远端基站内设备提供48 V直流电源或者其他电压电源供应。

2.2.2 直流远供技术的优劣势

（1）直流远供技术的优势。具体应用过程中，可根据站点分布情况合理设置直流远供技术应用方案[4]。城市中，由于人口密度较大，为满足居民5G网络使用要求，需建设大量5G微站，促使5G网络对市电需求较高，在无法实现市电快速增容的情况下，应采用集中式高压直流远供方案应对微站市电引入困难等问题。针对站点分布较为分散的情况，可采用分散式供电方案，具体配置中应为每个站点配置多组蓄电池，然后通过直流远供技术实现拉远站点与用电站点之间电源的动态化调整，减少基站中备用蓄电池组的配置容量。

（2）直流远供技术的劣势。直流远供技术应用时需要先将近端站点的直流电源升压后传输至远端站进行降压使用，此过程中需要经历至少3次电能转换，实际转换过程中的电能损耗较大，使得直流远供技术的应用成本较高。同时，若在近端站点和远端站点之间的光电混合缆存在漏电、短路等故障问题，则会导致远端站点出现停电情况，所以为保障直流远供技术的持续稳定应用，需采用组网方式构建冗余接电电路，进一步提高直流远供技术的应用成本。

2.2.3 微基站电源综合解决方法

（1）市电引入。微站站点主要采用转供电，具体转供电为市区内变压器进行直接供电[5]。具体供电过程中，需采用市电变压器直接将市电引入到微基站机房，再根据微基站内部设备的用电需求特点合理设计拉远投设备的总体功耗情况。综合三大运行商5G微基站用电需求，预计容量应配置为3.5～10 kW，具体市电引入前应确认市电变压器内各类设备性能是否可满足新增5G微基站后的使用需求，若是现有设备无法满足使用需求，则应对不足设备进行及时更换处理。采用住户用电作为微基站市电引入线路时，应根据微基站设备用电需求计算总功耗，进而重新规划居民用电线路引入后的断路器容量以及引电电缆线径。

（2）后备发电系统。一般情况下，微基站无须配置后备发电系统，但考虑到用户的网络使用需求，为保障微基站市电停供后的正常运行，需为微基站配置移动发电机组，综合多方面考虑后，所配置的发电机容量应控制在15～30 kW。

（3）电源系统。若是区域内存在多个微基站分散供电情况，则可以采用直流远供技术对区域内多个微基站进行分布式供电。在具体实施过程中，可将直流远供技术的传输电压设置为225～350 V，并根据局端供电电源的差异合理配置48 V开关电源，先通过局端设备升压处理后，再通过远端设备进行降压处理，为远端微基站设备进行直接供电[6]。若是远端微基站规模较大，考虑到直流远供技术传输过程中存在一定的压降情况，可在直流远供后直接为基站设备供电。针对城市公共设施等一体化基站，可以采用集中式供电模式，将微基站电源模块设置在室外机机柜内部，经由供电模块为微基站持续供电。

在电源模块中，整流单元的配置容量一般为3～9 kW，具体配置过程中可采用锂电池备电方案保障电源模块的总容量。同时，根据微基站的用电需求差异，所配置的备电容量和备电时间也需要差异化设置。由于电源模块具有高度集成、模块化以及多元化输入等特点，可在应用中采用一体化建设，并且在配置紧凑型电源模块时，为电源模块配置浪涌保护器和防雷器等设备，避免电源模块室外运行时受到外界环境干扰。

2.3 新能源供电技术

2.3.1 削峰填谷

在不同应用环境中，无线设备的功耗情况也存在较大差异。在5G基站电源建设时，可根据用户使用特点合理为5G基站叠加蓄电池组，通过每天峰谷电价特点实现错峰用电，最终达成降低区域用电压力、降低用电成本以及提高电能利用率的效果。具体建设过程中可以在市电谷价时采用市电直接供电，而在市电峰价时采用蓄电池供电或者使用部分市电[7]。此外，通过电源系统智能控制算法，结合区域内电力供应以及基站设备用电负载波动情况合理调整基站站点负载。

2.3.2 智能电源

现阶段，基站蓄电池后备时间差异化支持效果多是采用开关电源一次下电和二次下电来实现。为满足5G基站不同客户在不同应用场景下的多元化使用需求，应在基站电源上配置多种备电模式，以此来区分不同业务的不同后备时间。具体建设中可为基站配置多个下电模式，并分别为不同的下电模式配置梯级蓄电池供应，进而满足客户与应用常用的多元化后备电时间需求。另外，通过电源系统的智能化控制也可以实现智能叠光、智能错峰以及精准备电等效果，以此来满足不同情况下的用电需求[8]。

2.3.3 多类电池混用

随着科学技术的持续发展，铁锂电池技术逐步成熟。相较于铅酸电池，铁锂电池具有更强的充放电性能和循环放电性能，并且同容量条件下具有体积小、重量轻、充放电速度快、放电倍率高以及容量损失小等优势，更符合当前5G基站的使用需求。在5G基站建设中，铁锂电池主要应用模式如下。

（1）铁锂电池单独备电。铁锂电池具有较强的应用优势，更适用于当前5G基站机房场景[9]。具体应用时可根据5G基站内部设备的运行需求，多配置200～800 Ah的铁锂电池作为备电系统，建议所配置的铁锂电池组并联数量为2组，并为铁锂电池配置电池管理系统（Battery Management System，BMS）。

（2）铁锂电池与铅酸电池混用备电。通常情况下，不同型号、容量、厂家以及时期的蓄电池之间不能够一同混用。5G基站建设过程中为降低建设成本普遍存在着铁锂电池组与铅酸电池组混用情况，为保障蓄电池组的应用稳定性和综合利用率，应为蓄电池组配置电池合路器。具体应用中应根据铁锂电池和铅酸电池的参数特征接入不同的电池合路器端口，并为其设置对应的电气参数，由此实现不同类型电池组之间的混用效果[10]。

3 结 论

随着5G网络的持续普及应用，5G基站供电问题也已经成为当前关注重点。为能够有效降低5G基站的市电接入容量需求，本文介绍了多种5G基站电源综合解决方案，分别为直流远供技术、新能源供电技术等，相关技术虽然无法从根本上实现5G基站供电问题的解决，但却可以降低用电成本，提高市电利用率，降低5G基站运行对市电的负载压力，所以具有一定的应用价值，可在后续5G网络建设中进行参考应用。