周 云

（中國鐵塔股份有限公司麗水市分公司，浙江 麗水 323000）

0 引 言

5G可以向用戶提供更低的傳輸延遲、更大的存儲容量、更快的下載速率，為推動社會和各領(lǐng)域發(fā)展提供更加有力的保障。隨著5G組網(wǎng)架構(gòu)調(diào)整和相關(guān)設(shè)備升級換代，5G基站的數(shù)量和相關(guān)的設(shè)備能耗大大增加，這就對5G基站的通信電源系統(tǒng)提出了非常嚴峻的挑戰(zhàn)。因此，針對5G基站通信電源系統(tǒng)技術(shù)進行分析與研究并提出優(yōu)化措施，為推動5G網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展提供有力支持。

1 典型5G基站通信電源系統(tǒng)配置

典型5G基站通信電源系統(tǒng)標準配置如表1、表2所示。

表1 典型5G基站通信電源系統(tǒng)標準配置

表2 典型5G基站通信設(shè)備電能負荷

2 5G基站通信電源系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用分析

為了保證5G基站通信電源系統(tǒng)運轉(zhuǎn)正常，針對5G基站的外市電容量、開關(guān)電源系統(tǒng)、交流配電箱系統(tǒng)以及蓄電池系統(tǒng)，按照實際情況和適度超前原則進行優(yōu)化。同時，依據(jù)5G基站通信設(shè)備電能負荷情況以及集中單元（Centralizd Unit，CU）、分布單元（Distributed Unit，DU）、有源天線單元（Active Antenna Uuit，AAU）部署形式和架構(gòu)特點，合理應(yīng)用通信電源系統(tǒng)技術(shù)。

2.1 外市電容量

應(yīng)用通信電源系統(tǒng)技術(shù)時，應(yīng)當充分考慮外市電容量需求，確保所規(guī)劃的外市電容量可以滿足5G基站通信設(shè)備功耗總和，同時結(jié)合適度超前原則進一步考慮長期功耗。典型5G基站外市電配置情況如表3所示。

表3 典型5G基站外市電配置

為了保障5G基站通信設(shè)備可以獲取穩(wěn)定的電源，需進行外市電擴容。結(jié)合典型5G基站外市電容量和5G基站通信設(shè)備電能負荷情況進行分析，可以得到以下結(jié)論。一般情況下，5G基站有1套2G、3G、4G或5G通信設(shè)備時，將外市電擴容至10 kW即可滿足使用需求；有2套2G、3G、4G或5G通信設(shè)備時，擴容至20 kW即可滿足使用需求；有3套2G、3G、4G或5G通信設(shè)備時，擴容至30 kW即可滿足使用需求[1]。

2.2 開關(guān)電源系統(tǒng)

現(xiàn)有5G基站所用的開關(guān)電源系統(tǒng)容量通常為48 V/600 A，滿配置狀態(tài)下整流模塊可設(shè)置12個，平均每個模塊50 A。綜合考慮5G基站各類通信設(shè)備電能負荷需求和5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢，針對開關(guān)電源系統(tǒng)容量進行調(diào)整，以此確保5G基站通信電源技術(shù)得到有效應(yīng)用，具體配置情況如表4所示[2]。此外，在應(yīng)用通信系統(tǒng)電源技術(shù)調(diào)整開關(guān)電源系統(tǒng)時，需考慮選用集采范圍內(nèi)的整流模塊，同時對超期服役的開關(guān)電源系統(tǒng)進行更換。

表4 5G基站開關(guān)電源系統(tǒng)配置情況

2.3 交流配電箱系統(tǒng)

以外市電容量擴容至30 kW為限值，計算支撐5G基站通信設(shè)備正常運行所需的交流電容量。按照30 kW用電負荷，交流配電箱應(yīng)具備的電流容量為

根據(jù)典型5G基站通信電源系統(tǒng)標準配置表可知，現(xiàn)階段選用的交流配電箱一般為380 V/100 A（63 A）規(guī)格，大于計算所得的46 A需求，因此針對5G基站建設(shè)和擴容時，應(yīng)用通信電源系統(tǒng)技術(shù)不需要調(diào)整交流配電箱系統(tǒng)。

2.4 蓄電池系統(tǒng)

蓄電池系統(tǒng)作為支撐5G基站各類通信設(shè)備維持正常運行的備電設(shè)備，應(yīng)用通信電源系統(tǒng)技術(shù)時需進一步考慮市電每年停電次數(shù)、每季度停電次數(shù)、每月停電次數(shù)、停電耗時、5G基站的建設(shè)位置、移動發(fā)電機保障供電的服務(wù)范圍以及5G基站市電規(guī)劃類別等，確保蓄電池系統(tǒng)設(shè)計的合理性和科學(xué)性[3]。基于蓄電池系統(tǒng)規(guī)劃要求，綜合考慮蓄電池實際容量、具體負荷配置以及使用壽命，結(jié)合適度超前和長遠發(fā)展原則，可以得到蓄電池系統(tǒng)容量計算公式為

當前，典型5G基站通常配置2組規(guī)格為500 Ah的密封式閥控鉛酸蓄電池組構(gòu)成蓄電池系統(tǒng)?；驹?套3G和4G通信設(shè)備，再新增1套5G通信設(shè)備，同時設(shè)定蓄電池持續(xù)發(fā)電時長可維持3 h，此時蓄電池系統(tǒng)配置容量為

由式（3）可知，典型5G基站所配置的2組500 Ah蓄電池可以滿足基站675 Ah的電量需求。若要對5G基站進行擴容，需在保證通信設(shè)備正常運行的前提下，適當調(diào)整蓄電池系統(tǒng)配置容量。

3 案例研究

3.1 案例概況

為保證5G基站建設(shè)成效，確?；緝?nèi)各類通信設(shè)備可以實現(xiàn)穩(wěn)定、有序的運轉(zhuǎn)，某地針對蓄電池系統(tǒng)進行了優(yōu)化和改造。利用串聯(lián)的形式，在開關(guān)電源系統(tǒng)和蓄電池系統(tǒng)之間設(shè)置蓄電池合路器，由合路器每個模塊對應(yīng)管理1組蓄電池組，借助智能雙向直流/直流（Direct Current/Direct Current，DC/DC）控制端口來完成主動升壓和降壓，以此管控蓄電池系統(tǒng)充電和放電。蓄電池合路器能夠針對整組蓄電池或單一的蓄電池模塊進行運行狀態(tài)檢測和即時監(jiān)測，同時可以利用裝置內(nèi)設(shè)的5G無線通信模組實時回傳監(jiān)測數(shù)據(jù)情況，以此完成對于5G基站蓄電池系統(tǒng)運行狀態(tài)的遠程操控。蓄電池合路器運行原理如圖1所示[4]。

圖1 蓄電池合路器運行原理

3.2 案例分析

該地通過加強蓄電池系統(tǒng)監(jiān)測，推行智能管理和市電削峰填谷策略，以確保5G基站各類通信設(shè)備和市電供給的穩(wěn)定有序。電力公司采取分時電價方法，鼓勵用電需求旺盛的企業(yè)在谷電時段用電。峰電時段為每日的8:00—12:00、18:00—22:00，電價為1.05 元/（kW·h）；平電時段為每日12:00—18:00、22:00—24:00，電價為0.68 元/（kW·h）；谷電時段為每日00:00—08:00，電價為0.35 元/（kW·h）。

該地在采取市電削峰填谷策略的同時，也考慮了鋰電池的應(yīng)用價值。現(xiàn)階段，鋰電池在5G基站通信電源系統(tǒng)中的應(yīng)用方向主要以備電為主，但由于鋰電池具備多次充電和放電的顯著優(yōu)勢，隨著鋰電池的廣泛推廣和深度應(yīng)用，可以選用儲能為主、備電為輔的方式，配合蓄電池系統(tǒng)監(jiān)測形成雙向主動式5G基站電能管理系統(tǒng)，促使鋰電池的應(yīng)用價值最大化發(fā)揮。

基于此，利用5G基站蓄電池系統(tǒng)的儲存電能功能和峰谷時段電價差異進行分時充電和放電的節(jié)能化管理。當市電電價偏低時，可以自動轉(zhuǎn)為向基站內(nèi)蓄電池系統(tǒng)充電；當市電電價偏高時，可以自動轉(zhuǎn)為主動放電模式。通過該方式充分激活5G基站蓄電池系統(tǒng)，使其在5G基站中發(fā)揮更大的功效，有效減少5G基站運行中產(chǎn)生的電費支出。需要注意的是，采取市電削峰填谷策略需全面考慮當?shù)赜秒娗闆r，即峰電時段電能保障情況、谷電時段和梯次電池單價，以此明確儲能的效益臨界點（即峰谷電價差）[5]。

以當?shù)厝站婚g斷用電負荷為48 V/60 A的5G基站為例，該基站現(xiàn)階段配置了2組規(guī)格為300 Ah的鉛酸蓄電池，同時已安裝雙向主動式5G基站電能管理系統(tǒng)。當市電供給處于正常狀態(tài)時，選用削峰填谷方案，鋰電池蓄電功能開始工作；當市電供給處于停電狀態(tài)且油機未到時，利用鉛酸蓄電池組作為備用電源，為5G基站內(nèi)各類通信設(shè)備保持穩(wěn)定供電。技術(shù)人員針對鉛酸蓄電池組進行了系統(tǒng)化檢測，檢測結(jié)果顯示該5G基站所配置的蓄電池系統(tǒng)備電時長大于4 h，可以充分滿足基站建設(shè)所要求的3 h備電規(guī)定。結(jié)合市電削峰填谷策略，對于8 h的峰電時段放電分配情況，以增配梯次電池容量的形式完成優(yōu)化調(diào)整，具體公式為

式中：Q為蓄電池容量；K為設(shè)定的安全系數(shù)，取1.25；a為環(huán)境溫度控制變量系數(shù)，結(jié)合當?shù)厍闆r取1.0；P1為一次下電側(cè)基站內(nèi)各類通信設(shè)備實際運行功率；P2為二次下電側(cè)基站內(nèi)各類通信設(shè)備實際運行功率；T1為一次下電側(cè)各類通信設(shè)備所需的備電總時長；T2為二次下電側(cè)各類通信設(shè)備所需的備電總時長；T3為削峰填谷耗時。

針對市電削峰填谷策略下的設(shè)備用電需求進行計算，經(jīng)計算可知蓄電池需滿足40 kW/h的放電需求。從經(jīng)濟效益的角度對增配梯次電池容量進行考慮，以谷電時段的電價進行計算可得投資總額為27 200元，考慮其他支出，最終總計成本約為36 200元。此外，投資收益年限約為5.5年，即要求增配的梯次電池循環(huán)次數(shù)需≥2 000次。

通過實行市電削峰填谷策略，可以在保證市電供給穩(wěn)定有序的基礎(chǔ)上，為5G基站各類通信設(shè)備保持正常運行提供可靠的電力支持。5G基站的內(nèi)置蓄電池系統(tǒng)可以與市電削峰填谷形成良好的互補關(guān)系，在峰電時段充分保障基站內(nèi)各類通信設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，通過增配梯次電池獲取額外的能源效益。

4 結(jié) 論

通過加強5G基站通信電源系統(tǒng)技術(shù)分析與研究，可以在保證各類通信設(shè)備正常運行的基礎(chǔ)上進一步開發(fā)能源效益，使5G不單從網(wǎng)絡(luò)環(huán)境方面為社會發(fā)展提供便利，還能在電力能源供給與保障方面發(fā)揮作用，從而為更好地建設(shè)與發(fā)展5G基站及其內(nèi)置各類通信設(shè)備提供有力的支持與保障。