嚴(yán)國軍，黃顯良，段春旭

（華信咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310052）

1 基站新型供備電設(shè)計(jì)背景

1.1 基站傳統(tǒng)供備電概述

基站電源配套包括交流供備電系統(tǒng)、直流供備電系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、站點(diǎn)監(jiān)控系統(tǒng)等，其中交流供備電系統(tǒng)包括UPS、變壓器、低壓交流配電柜、基站交流配電箱、基站交流防雷箱等；直流供備電系統(tǒng)則包括交流配電單元、整流單元、電源監(jiān)控單元、蓄電池等；UPS包括交流配電單元、整流單元、逆變單元、UPS監(jiān)控單元、旁路單元、蓄電池等。

基站直流供備電線路設(shè)計(jì)為由高壓配電房/箱基站市電引入搭火，經(jīng)過變壓器降壓輸出到低壓交流配電柜，再從低壓交流配電柜輸出端進(jìn)行基站市電引入搭火并送入基站交流防雷箱、基站交流配電箱，再輸出給直流供備電系統(tǒng)提供市電輸入，由直流供備電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成DC-48V給基站直流設(shè)備供電與DC-48 V蓄電池充電，直流供備電系統(tǒng)對(duì)輸入輸出、配電與蓄電池充放電等進(jìn)行管理，在市電掉電后，由蓄電池放電輸出給基站直流設(shè)備供電續(xù)航，完成基站直流設(shè)備的供備電過程。

基站交流供備電線路設(shè)計(jì)為由高壓配電房/箱基站市電引入搭火，經(jīng)過變壓器降壓輸出到低壓交流配電柜，再從低壓交流配電柜輸出端進(jìn)行基站市電引入搭火并送入基站交流防雷箱、基站交流配電箱，再輸出給基站交流設(shè)備供電，完成基站交流設(shè)備的供電過程；若基站交流設(shè)備對(duì)備電有需求，則基站交流配電箱輸出給UPS提供市電輸入，然后由蓄電池給基站交流設(shè)備供電續(xù)航，完成基站交流設(shè)備的備電過程。

宏基站傳統(tǒng)供備電設(shè)計(jì)一般采用基站直流供備電線路，只有特殊需求的站點(diǎn)如高鐵、地鐵、隧道等的信號(hào)覆蓋需要進(jìn)行基站交流供備電線路設(shè)計(jì)。

小型基站或微基站一般部署于街邊地面、樓面、樓道等，主要設(shè)備包括Book RRU、Easy Macro、Macro、PADRRU、MRRU等，傳統(tǒng)供備電方式一般采用集成溫控、交流配電、開關(guān)電源插框、直流配電、站點(diǎn)監(jiān)控、蓄電池等的小型室外一體化機(jī)柜實(shí)現(xiàn)直流供備電，機(jī)柜一般可落地、壁掛、抱桿安裝，但如室內(nèi)分布皮基站、地鐵站廳站臺(tái)之類的室分系統(tǒng)一般使用UPS交流供備電方式。

基站傳統(tǒng)搭火市電引入線路示意如圖1所示。

圖1 基站傳統(tǒng)搭火市電引入設(shè)計(jì)線路示意圖

1.2 基站新型多系統(tǒng)協(xié)同供備電概述

（1）市電引入近端搭火。市電引入是基站配套建設(shè)重要一環(huán)，普遍存在市電輸入點(diǎn)距離較遠(yuǎn)的問題，導(dǎo)致線路敷設(shè)成本高、線路損耗大。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)與預(yù)估分析，野外基站建設(shè)市電引入高壓部分600 m架空鋼鋁芯絕緣架空線35 mm2投資成本約占基站配套投資的30%左右，市電引入低壓地埋部分600 m投資成本約占基站配套投資的40%左右，綜合評(píng)估市電引入1.2 km投資成本約占基站配套投資的70%左右。新型基站市電引入近端搭火設(shè)計(jì)使用創(chuàng)新工具實(shí)現(xiàn)從電網(wǎng)輸電線纜直接搭火引電，將市電輸送入基站供備電系統(tǒng)，能大幅度縮短引電距離，進(jìn)而減少市電引入投資，實(shí)現(xiàn)低成本建站，縮短基站投資回收期。同時(shí)也能降低線路損耗，為通信企業(yè)降碳增效，節(jié)能減排。

（2）井蓋供備電。基站傳統(tǒng)機(jī)房/機(jī)柜設(shè)置于地面，占用地面空間，租金貴且談點(diǎn)難。市面上已有的換氣式地埋電池柜只能采用12 V或2 V鉛酸蓄電池，且不可安裝電源及配電系統(tǒng)，只能結(jié)合地面機(jī)房/機(jī)柜實(shí)現(xiàn)基站設(shè)備供備電，創(chuàng)新性仍較差，使用起來壽命、可靠性、實(shí)用性較差，在城市中可供埋入供電柜的地面也比較少，成本比較高。井蓋供備電機(jī)房/機(jī)柜（包括自建地下空間的機(jī)房/機(jī)柜即地埋機(jī)房/機(jī)柜、市政檢查井與雨水井等）為街邊、人行道、路面等社會(huì)共享?xiàng)U站、市政容貌要求不能建機(jī)房或立柜的站點(diǎn)、小型基站/微基站等提供有效的供備電解決方案。新型基站井蓋供備電機(jī)房/機(jī)柜設(shè)置于地表以下，不占用地面空間，減小基站管線管網(wǎng)路由長度，溫濕度波動(dòng)幅度要小得多則減小溫控配置或免溫控設(shè)計(jì)，降低基站能耗。

（3）塔上風(fēng)光互補(bǔ)供備電/補(bǔ)電?？稍偕Y源豐富的地區(qū)可采用風(fēng)能供備電、太陽能供備電、風(fēng)光互補(bǔ)供備電、風(fēng)/光/柴/農(nóng)電互補(bǔ)供備電設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)該地區(qū)的基站通信設(shè)備供備電，基站傳統(tǒng)新能源供備電均安裝于通信鐵塔地面，占地面積大、租金成本高。塔上風(fēng)光互補(bǔ)供備電/補(bǔ)電安裝于通信鐵塔上，可與交流供備電系統(tǒng)、直流供備電系統(tǒng)、井蓋供備電系統(tǒng)等經(jīng)多系統(tǒng)控制與管理單元合路后按比例輸出電能，協(xié)同為基站設(shè)備供備電?；舅巷L(fēng)光互補(bǔ)供備電/補(bǔ)電塔綠色發(fā)電補(bǔ)電，為可再生資源豐富且市電引入困難的站點(diǎn)、市電引入容量不足而需補(bǔ)電的站點(diǎn)等提供有效的綠色基站供備電/補(bǔ)電解決方案，為通信企業(yè)降碳增效，節(jié)能減排。

2 基站新型供備電設(shè)計(jì)分析

2.1 基站市電引入近端搭火設(shè)計(jì)

基站選址要求考慮市電引入靠近配電網(wǎng)電力桿塔附近配電箱、配電網(wǎng)桿塔附近配電箱，搭火點(diǎn)在配電箱輸出開關(guān)處獲取。新型近端搭火市電引入則考慮市電引入靠近配電網(wǎng)輸電線纜，搭火后將市電輸送入基站降壓變壓器或低壓配電箱，再輸入到基站供備電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基站市電引入。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求：（1）使用新型在網(wǎng)搭火工具進(jìn)行，達(dá)到380 V/220 V低壓絕緣與安全等級(jí)情況下，盡量對(duì)應(yīng)為市電380 V/220 V低壓電網(wǎng)搭火操作；（2）搭火點(diǎn)在市電電網(wǎng)線路受力最小的位置使用單孔（小功率）或多孔（大功率）引線，使用但不限于強(qiáng)打螺釘加澆注或焊接等方式（創(chuàng)新方式），實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)搭火或多點(diǎn)搭火；（3）為了保證搭火安全，采取受力加強(qiáng)處理或者外部絕緣處理的方法，使搭火點(diǎn)充分接觸與輸送電能，搭火點(diǎn)接觸損耗盡量降到最低；（4）新型的在網(wǎng)搭火工具/定制固定工具具有創(chuàng)新性與特殊性，如變壓器電纜借助帶螺紋防盜連接器與輸電電力線纜連接并澆注或焊接加固等等。搭火后輸電線引入基站市電變電箱或者交流配電箱，實(shí)現(xiàn)基站市電引入的快、準(zhǔn)、短，降低線路損耗，節(jié)能減排?；拘滦徒舜罨鹪O(shè)計(jì)示意如圖2所示。

圖2 基站新型近端搭火設(shè)計(jì)示意

2.2 基站新型井蓋供備電

基站新型井蓋供備電包括基站地埋機(jī)房/機(jī)柜供備電、雨水井供備電與檢查井供備電3種。

（1）基站地埋機(jī)房/機(jī)柜供備電?；镜芈駲C(jī)房/機(jī)柜為開放式，機(jī)房/機(jī)柜內(nèi)安裝可移動(dòng)機(jī)柜的導(dǎo)軌，一體化機(jī)柜安裝在導(dǎo)軌上，機(jī)柜內(nèi)部安裝模塊化開關(guān)電源、蓄電池、站點(diǎn)監(jiān)控等滿足通信設(shè)備供備電需求的系統(tǒng)/單元/設(shè)備，當(dāng)安裝機(jī)房/機(jī)柜內(nèi)設(shè)備時(shí)，將安裝導(dǎo)軌拉出地面，接著將機(jī)房/機(jī)柜暫時(shí)固定在導(dǎo)軌上并限位，然后在機(jī)房/機(jī)柜中安裝模塊化開關(guān)電源、蓄電池、站點(diǎn)監(jiān)控、通信設(shè)備等，最后放開固定于限位并將機(jī)房/機(jī)柜放入地下，關(guān)閉或蓋上機(jī)房/機(jī)柜門/蓋子（可理解為井蓋），實(shí)現(xiàn)地埋機(jī)房/機(jī)柜供備電設(shè)計(jì)?；镜芈駲C(jī)房/機(jī)柜供備電設(shè)計(jì)示意如圖3所示。

圖3 基站創(chuàng)新地埋機(jī)房/機(jī)柜供備電線路示意

開放式機(jī)房的、帶導(dǎo)軌的基站創(chuàng)新地埋機(jī)房/機(jī)柜為基站設(shè)備供電的新思路，目前未有相關(guān)應(yīng)用，但隨著5G網(wǎng)絡(luò)深度部署，基站密度不斷增加，在共享社會(huì)桿塔部署基站情況下，基站機(jī)房/機(jī)柜問題仍然是這一類基站建設(shè)尤為凸出的問題，基站創(chuàng)新地埋機(jī)房/機(jī)柜供備電方式將得到充分的驗(yàn)證與應(yīng)用。

（2）雨水井供備電。雨水井供備電系統(tǒng)主體為雨水井成型模組，雨水井成型模組則由井蓋、兩個(gè)埋地柜以及柜內(nèi)供備電設(shè)備等組成，雨水井成型模組與井蓋相結(jié)合形成可卡扣并穩(wěn)固的固定在市政雨水井口空間里，井蓋的底部設(shè)有連接機(jī)構(gòu)，兩個(gè)柜內(nèi)設(shè)備之間通過底部走線模塊相連接，電力線纜、通信線纜等走線模塊、機(jī)柜線槽、管線連接到地面桿塔上，給基站設(shè)備供備電。雨水井基站供備電設(shè)備設(shè)計(jì)具體參考文獻(xiàn)[1]。

（3）檢查井供備電。檢查井供備電系統(tǒng)包括檢查井、上機(jī)柜、下機(jī)柜以及供備電系統(tǒng)設(shè)備等組成，檢查井的井座固定在地面上，井座上適配放置有井蓋，井蓋下方設(shè)有中空的上機(jī)柜；上機(jī)柜的底面設(shè)有用于連接下機(jī)柜的連接口；下機(jī)柜的底部和側(cè)壁均封閉，以適配的形狀尺寸安裝在檢查井下；上機(jī)柜與機(jī)柜相連接后與井蓋固定隨井蓋取出后操作，也可以獨(dú)立固定在井下打開井蓋后操作；蓄電池模塊和電源控制模塊適配安裝于下機(jī)柜中；電力線纜、通信線纜等機(jī)柜過線孔、管線連接到地面桿塔上，給基站設(shè)備供備電。檢查井基站供備電設(shè)備設(shè)計(jì)具體參考文獻(xiàn)[2]。

在共享社會(huì)桿塔部署基站情況下，街邊、路邊、小區(qū)等已有市政雨水井、檢查井等地下空間公共資源豐富，這類資源可立即申請(qǐng)并利舊，同時(shí)還能改造并解決現(xiàn)有雨水井、檢查井等存在的承重、安全、可靠等問題，并在雨水井、檢查井中部署基站設(shè)備供備電所需的雨水井、檢查井供備電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)井蓋供電方式設(shè)計(jì)及應(yīng)用。

在未來，地埋機(jī)房/機(jī)柜可設(shè)置地?zé)崮茉垂﹤潆娤到y(tǒng)，補(bǔ)充站點(diǎn)重要設(shè)備不間斷工作的電能，綠色發(fā)電，節(jié)能減排。

2.3 基站塔上風(fēng)光互補(bǔ)供備電/補(bǔ)電設(shè)計(jì)

基站塔上風(fēng)光互補(bǔ)供備電/補(bǔ)電系統(tǒng)主要由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、太陽能光伏電池組、控制器、蓄電池、逆變器、智能管理平臺(tái)等部分組成，是集風(fēng)能、太陽能及蓄電池等多種能源發(fā)電技術(shù)及系統(tǒng)智能控制技術(shù)為一體的復(fù)合可再生能源發(fā)電系統(tǒng)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、太陽能光伏電池組安裝在通信鐵塔上，控制器、蓄電池、逆變器等則安裝在地埋機(jī)房/機(jī)柜。

2.4 多系統(tǒng)協(xié)同供備電控制與管理設(shè)計(jì)

新型基站市電引入近端搭火設(shè)計(jì)使用具有創(chuàng)新性/特殊性的市電搭火工具從電網(wǎng)輸電線纜直接搭火引電，將市電輸送入地埋機(jī)房/機(jī)柜（集成模塊化電源）或井蓋供備電系統(tǒng)，多系統(tǒng)控制與管理系統(tǒng)將井蓋供備電系統(tǒng)與塔上風(fēng)光互補(bǔ)供備電/補(bǔ)電系統(tǒng)等多個(gè)供備電系統(tǒng)合路后按比例輸出電能，多系統(tǒng)協(xié)同給基站設(shè)備提供綠色、安全、可靠、穩(wěn)定、快捷的供備電/補(bǔ)電，即為多系統(tǒng)協(xié)同供備電設(shè)計(jì)。

多系統(tǒng)協(xié)同供備電則由多系統(tǒng)協(xié)同供備電控制與管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，多系統(tǒng)協(xié)同供備電控制與管理系統(tǒng)對(duì)風(fēng)能、太陽能、電網(wǎng)市電等多路輸入進(jìn)行智能監(jiān)控，對(duì)多個(gè)供備電系統(tǒng)進(jìn)行控制與管理，按預(yù)定比例輸出電能，且可控制調(diào)節(jié)或發(fā)送控制調(diào)節(jié)指令使各系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率達(dá)到最佳值，協(xié)同輸出給基站設(shè)備提供綠色、安全、可靠、穩(wěn)定、快捷的電能。

3 基站新型多系統(tǒng)協(xié)同供備電設(shè)計(jì)應(yīng)用示例

3.1 站點(diǎn)地下機(jī)房/機(jī)柜設(shè)計(jì)

示例基站為拉遠(yuǎn)社會(huì)共享?xiàng)U塔站，主設(shè)備配置3個(gè)RRU（4G），設(shè)備DC-48 V總功率960 W，備電3 h。

（1）耗電量?；驹O(shè)備全天工作每日耗電量=960 W×24 h/1000=23.04度（kWh）。

（2）蓄電池容量。蓄電池只為備電設(shè)計(jì)，按備電3小時(shí)計(jì)算鋰電池總?cè)萘繛?00 Ah/51.2 V，蓄電池放電電量=23.04×3/24=2.88 kWh，鋰電池容量計(jì)算公式及過程如表1所示。

表1 鋰電池計(jì)算公式及過程

（3）按“井蓋供備電：風(fēng)能供備電：太陽能供備電=6：2：2”進(jìn)行配置。根據(jù)備電3 h計(jì)算，鋰電池充電功率為100 Ah×56.4 V×0.1=564 W，則示例站點(diǎn)直流總功耗為1 524 W，地下機(jī)房/機(jī)柜機(jī)房供備電系統(tǒng)輸出功率需滿足914.4 W要求，則配置1個(gè)轉(zhuǎn)換效率大于96.5%的1 kW一體化電源模塊與2組50 Ah/51.2 V（最大放電功率2.4 kW）、預(yù)計(jì)交流市電輸入不小于AC380V/5.2 A（交流轉(zhuǎn)直流效率96.5%，直流電源模塊輸入最低電壓176 V，則交流輸入電流=1.732×1524/176/3=5.2 A）即可滿足示例站點(diǎn)需求。地表以下只有供備電系統(tǒng)設(shè)備，溫控采用自然散熱（即利用地表以下恒定溫濕度特點(diǎn)自然導(dǎo)熱與保溫）。

3.2 市電引入設(shè)計(jì)

假設(shè)靠近基站的電網(wǎng)為AC380 V市電配電網(wǎng)，配電網(wǎng)輸電線路使用4根不同顏色的單芯鋁芯35 mm2電力線纜（A線黃色，B線綠色，C線紅色，N線藍(lán)色；PE就近設(shè)備接地），AC380 V/5.2 A使用M2規(guī)格的創(chuàng)新帶螺紋防盜連接器在AC380 V市電配電網(wǎng)輸電線路上搭火即可滿足要求，結(jié)合輸電距離配置單芯鋁芯2.5 mm2電力線纜即可滿足示例站點(diǎn)近端搭火市電引入需求。

3.3 風(fēng)光互補(bǔ)供備電/補(bǔ)電設(shè)計(jì)

（1）風(fēng)能容量。按“井蓋供備電：風(fēng)能供備電：太陽能供備電”=6：2：2，風(fēng)能供備電系統(tǒng)容量配置需滿足輸出304.8 W/DC-48 V功率才能滿足要求，根據(jù)計(jì)算公式算出所需風(fēng)能系統(tǒng)總?cè)萘繛?.52 kW，則配置5 kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)可滿足要求，即若風(fēng)資源富足情況下，一日可綠色發(fā)電8.44 kWh。風(fēng)能系統(tǒng)容量計(jì)算公式及過程如表2所示。

表2 風(fēng)能系統(tǒng)容量計(jì)算公式及過程

根據(jù)GB-T18710-2002《風(fēng)電場風(fēng)能資源測(cè)量方法》可以判斷風(fēng)功率密度等級(jí)，一般來說，風(fēng)功率密度達(dá)到3級(jí)以上，風(fēng)電場才有開發(fā)價(jià)值。若示例站點(diǎn)一年有100日不小于3級(jí)的有效風(fēng)，則一年風(fēng)能為示例站點(diǎn)補(bǔ)電約844 kWh。

（2）太陽能容量。按“井蓋供備電：風(fēng)能供備電：太陽能供備電”=6：2：2，太陽能供備電系統(tǒng)容量配置需滿足輸出304.8 W/DC-48 V功率才能滿足要求，根據(jù)計(jì)算公式算出所需太陽能組件總功率為2 600 Wp，配置1個(gè)3 kW太陽能控制模塊即可，太陽能電池板取整配置2 600/260=10片36 V/260 W多晶太陽能電池板，即配置5組（并）×2片（串）。太陽能電池板配置計(jì)算公式及過程如表3所示。

表3 太陽能電池板配置計(jì)算公式及過程

以廣西為例，廣西地處中國華南地區(qū)，介于北緯20°54′～26°24′，東經(jīng)104°26′～112°04，地處低緯度，屬副熱帶季風(fēng)氣候，不同地區(qū)太陽輻射都存在明顯的季節(jié)變化，呈現(xiàn)長夏短冬，且總輻射和日照時(shí)數(shù)變化趨勢(shì)基本一致。根據(jù)NASA統(tǒng)計(jì)，廣西年太陽總輻射為3 682.2～5 642.8 MJ/m2，年日照小時(shí)數(shù)1 169～2 219 h。示例站點(diǎn)太陽能電池板一日可綠色發(fā)電7.32 kWh，若廣西一年有2 000 h（即83.3日），則一年太陽能為示例站點(diǎn)補(bǔ)電約610 kWh。

（3）風(fēng)光互補(bǔ)控制系統(tǒng)。配置一套風(fēng)光互補(bǔ)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)內(nèi)含風(fēng)能模塊與太陽能模塊。

3.4 多系統(tǒng)協(xié)同控制與管理設(shè)計(jì)

配置一套多系統(tǒng)協(xié)同供備電控制與管理系統(tǒng)及平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)能、太陽能、電網(wǎng)市電等多路輸入進(jìn)行智能監(jiān)控，對(duì)多個(gè)基站供備電系統(tǒng)的控制與管理，為基站設(shè)備提供綠色、安全、可靠、穩(wěn)定、快捷的供備電。

4 結(jié) 論

基站市電引入使用近端搭火之后，通過變壓器降壓或直接將380V /220 V供給基站供備電系統(tǒng)輸入市電，再由設(shè)置在地埋機(jī)房/機(jī)柜中包括但不限于基站新型風(fēng)光互補(bǔ)供備電/補(bǔ)電、井蓋供備電等經(jīng)過多系統(tǒng)協(xié)同供備電控制與管理系統(tǒng)合路，輸出交流或直流電給基站設(shè)備供備電，最大程度滿足了協(xié)同供備電創(chuàng)新、電源容量與蓄電池容量擴(kuò)容挖潛、綠色發(fā)電補(bǔ)電、節(jié)能環(huán)保等目標(biāo)需求，并提升了建設(shè)速度，縮短了建設(shè)周期，對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋與全面普及具有深遠(yuǎn)的影響。在應(yīng)用過程中，要詳細(xì)分析基站設(shè)備用電功率及供備電方案設(shè)計(jì)情況，確保新型多系統(tǒng)協(xié)同供備電設(shè)計(jì)滿足各項(xiàng)要求，同時(shí)也倡導(dǎo)為通信領(lǐng)域“雙碳”、國家“雙碳”做出最大化的貢獻(xiàn)，顯著提升基站建設(shè)工程投資項(xiàng)目的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。