5G时代存量汇聚机房电池融合方案

2023-01-31徐媛嫄刘爱宁吴浩森王地伟

通信电源技术 2022年19期

徐媛嫄，罗曦，刘爱宁，杨帆，吴浩森，刘勤，王地伟

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100000）

0 引言

随着5G时代的来临，5G建设需求不断提高，不断增加的负荷需求对存量汇聚机房建设提出更高的挑战。从4G演进到5G，单位流量的功耗会小幅降低，末梢基站数量增多，有源天线单元/基带处理单元（Active Antenna Unit/Building Base band Unit，AAU/BBU）的功耗成倍增加，汇聚机房的总体功耗较4G呈现大幅上升[1]。存量汇聚机房中，在目前的网络构架上建设5G网络面临机房动力配套资源不足的问题。同时，建设发展带来的耗电量增加也导致运营商的电费压力更大。在“碳达峰”和“碳中和”战略背景下，节能也是5G建设需要关注的重点问题之一。充分挖掘并利用现有电池资源，节约建设及运行成本，采用柔性融合的电源配套解决方案在保证汇聚机房安全稳定运行的前提下满足建设需要[2]。

1 存量汇聚机房电源备电现状

按照集团对汇聚机房的规划，主要分为重要汇聚机房、普通汇聚机房、业务汇聚机房3类。除了重要汇聚机房外，普通和业务汇聚机房通常配置1套600 A组合式开关电源、2组300 Ah或500 Ah铅酸蓄电池组为生产提供必要保障[3]。铅酸电池容量逐年衰减较快，加上5G建设负载增大，现有电池组容量无法满足后备时长需求，停电后剩余的电池容量无法为设备长时间供电，导致下行业务大面积中断，必然影响用户感知。汇聚机房分类及负荷类型如图1所示。

图1 汇聚机房分类及负荷类型

2 电池融合方案探讨

存量汇聚机房备电时长不足时，常规方案为更换2组大容量铅酸电池。由于铅酸电池寿命短、占地大、大倍率充放电性能差，而磷酸铁锂电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应以及绿色环保等一系列优点，因此建议更换为磷酸铁锂电池。但磷酸铁锂电池价格较铅酸电池高，该方案投资压力较大。同时，机房空间与承重大多有限，不能满足扩建铅酸电池的实际需要[4]。如果采用电池共用管理方案，利旧原有铅酸电池，再增加1组体积更小、重量更轻的磷酸铁锂电池，则能在缓解投资压力的同时释放机房空间资源。

电池融合方案中，建议采用智能化集成系统（Intelligent Building Management System，IBMS）智能蓄电池组共用管理器，实现面向5G建设的机房扩容差异化电池组共用。多组电池可通过该设备并联后以一路或两路形式连接到开关电源电池端口，并可设置每路电池充放电优先次序。此外，增加机房用电管理单元，并接入开关电源监控单元，分时段设置整流模块的浮充电压。电价尖峰/高峰时段，调低开关电源直流输出电压，由磷酸铁锂电池为负载供电；电价低谷时段，调回开关电源直流输出电压至正常，由开关电源为负载和蓄电池供电。通过应用此方案，利用峰谷电价差达到节约电费的目的。如果某些厂家的开关电源监控模块通过软件升级就可以分时段设置直流输出电压，无需再增加用电管理单元。IBMS智能蓄电池组共用管理器具备对蓄电池组在线核容功能，可以根据协议向动环监控系统上传每组电池的各项工作数据和告警，保障削峰填谷时的网络运行安全性[5]。存量汇聚机房电池共用方案构成如图2所示。

图2 存量汇聚机房电池共用方案

3 电池融合方案投资与收益分析

以某汇聚机房目前设备负载约3 000 W为例，预计该机房5G设备上线开通后近期负载增至6 000 W，终期负载电流增至10 000 W。现有2组额定容量300 Ah铅酸电池，经测试实际容量约为500 Ah，再增加1组500 Ah磷酸铁锂电池，即可满足该站点4 h后备时长需求。若后期铅酸电池组容量继续下降严重，可根据需求将铅酸电池组逐步更换为磷酸铁锂电池组。整体更换方案需要采用2组500 Ah磷酸铁锂电池，投资约7万元。电池共用方案需要1组500 Ah磷酸铁锂电池、1台共同管理器，投资约4万元。

为了挖掘电网潜力，充分应用电力资源，全国普遍实行峰谷电价。北京城区非居民销售电价表如表1所示。汇聚机房为1～10 kV一般工商业用电，高峰与低谷的电价差为1.025 4元/（kW·h）。