5G基站電源規劃及改造方案

王大鵬，姜 艷

（吉林吉大通信設計院股份有限公司，吉林 長春 130000）

0 引 言

現階段，5G建設造成基站功耗明顯增加。三大運營商已經開始對5G建設進行實驗部署，部分發達城市及特殊高校已進入組建模塊網絡的測試階段，5G的能源功耗對運營商的建設運營壓力有著明顯的影響。目前，電力設施鋪設對5G大范圍、密集部署支持有限。下面以如何解決5G電力設施的壓力，科學合理展開密集站點部署為內容展開研究，以全面推進5G建設。

1 5G耗電問題

在新一代5G通信運營領域，5G網絡多由三大運營商負責。而其中中國電信的運營商對現有的5G運行提出了“5G網絡耗電嚴重，電費讓運營商難以為繼”的重要問題。5G運營商在5G設施運行過程中承受著設備耗電方面的壓力。5G的站點功耗大約在150 W/d，按照當前的電費來計算，每天5G基站的花費達225元。此種功耗增加了5G日常運行維持難度，甚至對后續密集5G基站安裝工作構成阻礙。

2 5G站點電源

就5G的商用部署層面展開分析，5G的電力設備要比4G電力設備消耗高出2倍，對電力設備的影響較大，需要新增配電柜。就5G的實驗部署來看，5G的室內基帶處理單元比4G設備室內基帶處理單元能量消耗更大。在5G集成機柜上放置多個基帶處理單元時，單柜的能源消耗可達10 kV，較高的消耗量以及密集的基帶單元導致5G站點散熱問題突出。5G的機柜各種機構部署對于內部的線路也會產生嚴重影響。散熱問題、傳輸的線路設計問題均是基站電源建設設計時需考慮的關鍵事項[1]。

2.1 5G站點的電源構成

通常，5G站點電源系統由直流與交流供電兩部分組成，其中直流供電系統由高頻開關組合電源、蓄電池組組成，交流供電系統由一路市電電源、一路移動油機電源、浪涌保護器、交流配電箱（具備市電油機轉換功能）組成。

2.2 基站電源需求及方案的變化

同比于2G/3G/4G基站電源，5G基站在電源需求方面發生了巨大變化。前者設備功率較小，而后者設備功率呈大幅增長。就5G基站AAU單扇區功率而言，其相較于4G基站RRU呈現出明顯的提升，由4G的80W上升至200W。此外，5G單站設備功耗可達4 000 W及以上，遠遠超出4G單站功率。另外，5G基站所對CU/DU施以集中部署，并采用AAU拉遠方式，故可能會造成HVDC直流拉遠，或者DPS分布式供電[2]。對于5G基站建設，其用電量的大幅提升勢必會引起電源供電能力相應提高，電源設施、運營成本隨之增長。因此，全面來看，對于5G基站電源而言，其在供電能力、方案及成本等方面均較4G基站電源發生了較大改變。

3 5G基站的電源改造

在5G電站的電源設計中，不僅基站內部設備對電源供應有所影響，新增設備及其他擴容電池的影響（照明、溫控）也需納入建設規劃中。

3.1 直供電改造

安裝5G設備時，直供電是大部分外接電源的選擇。當直供電的功率達不到預期時，應接入智能電路系統，保證5G通信設備正常運行。在用電高峰進行放電，減少直供電壓力；在用電低谷進行存電，減少直供電的運行壓力。當舊的線路無法支撐5G設備時，接入新的線路，提供一組新的電力線路來對5G設備的大量消耗單獨進行補給。在條件允許的情況下，更換原有的電力線路[3]。

3.2 開關電力控制管理

3.2.1 空氣開關

原來的空氣開關的容量已經達不到標準，需要更換原來的空氣開關型號，將原來的基站空氣開關轉為基站容量的空氣開關，使其與直供電的標準相一致。

3.2.2 -48 V電源系統與+24 V電源系統

對于新增設備，可直接利用現有直流系統供電。若開關電源容量可有效滿足新增設備需求，則需要對整流模塊進行擴容；如果開關電源容量達不到要求，應采用新的開關電源。

對于機房面積、市電容量乃至樓板荷載等條件，在基站均可予以滿足的情況下，可新增-48V直流電源系統。若條件有限，則可新增+24V/-48VDC/DC變換器，為5G設備提供電力。對于原有+24V開關電源容量需進行考量，然后對新增直流變換器進行母線排引接，依據本期負荷進行DC/DC機架輸出容量及模塊數量配置。

3.2.3 室外一體化機柜開關電源

對于一體化開關電源，現有的接入系統在3個或以上，故可增設1套一體化開關電源，而非于原電源系統進行設備新增。對于現有一體化開關電源，其對應的接入系統在3個以下時，可考慮在容量滿足的前提下直接新增設備，若存在設備空間不足的情況，則應新增設備柜。

3.3 電池改造

現有的機柜電源為鉛酸電池，在新增的5G設備（CU+DU+3AUU）影響下，設備功耗大量提升，在斷電的情況下無法保證緊急情況下3 h內5G設備的緊急用電需求。

機房原有設備耗電為52 A，在增加5G設備（CU+DU+3AUU）的影響下耗電能力提升為原來的8倍左右，需增加電池容量或更換新電池技術來保證電流正常運行。可將原有鉛酸電池改為新型鋰電池，對于后期電池充放電、電池容量均有較大的影響[4]。

3.4 新增梯次電源

現有的室外一體化機柜分為電源柜和設備柜，開關電源在150 A，電池的容量在150 Ah左右，在緊急情況下設備無法繼續運行3 h左右。對此，蓄電池的電容量需增加至300 A，電池容量增加至356 Ah左右，以此保障5G設備功率消耗需求。通過現場探測，確定基站電源需求，在滿足電源容量的基礎上進行機柜改造，若不能，則需新增機柜，以容納300A開關電源，并對100Ah梯次電源予以更換。

3.5 蓄電池改造

根據5G設備的功耗以及緊急情況，蓄電池改造需采取以下措施：首先，確定電池容量；其次，確認蓄電池的工作需要功率后，制定電池改造方案；最后，無法滿足5G設備運行需求的電池應進行更換，可選擇鋰電池，其成本、容量優勢均優于鉛酸蓄電池。

3.6 二次下電改造

二次下電主要是為保障傳輸設備正常運行。開關電源的交流電為斷電狀態時，由蓄電池對負荷繼續供電。但對于蓄電池，其電量相對有限，電壓降至一定水平后，設備電源供應會切斷，即為一次下電。由蓄電池向傳輸設備繼續供電，至蓄電池對電壓保護時將全部電源供應切斷，對蓄電池實施保護，即為二次下電。

3.7 開關電源改造

對于開關電源的改造，應結合G5設備功耗確定開關電源需求，并對現有開關電源在新增設備時的容量進行綜合考量，以判斷可實行的改造方案。如果機架的容量有限，需要更換較為適配的開關電源；如果電源的整流模塊已經老舊，無法升級或者同型號替換，應更改或新增電源[5]。

3.8 整流模塊改造

舊站點有大量整流模塊分布，因蓄電池的充電需要，現存的整流模塊根本達不到5G基站的設備功耗需求。為此，整流模塊需對適配5G大功率消耗進行擴容改造，需要對基站新增2個50 A整流模塊進行擴容滿足5G需求。

3.9 轉供改為直供

新增大量的5G設備對市電的容量也有一定的影響，在220 V的供電影響下，可能會對5G設備的運轉造成一定的影響。后期的5G設備增加，對轉供電的壓力也越來越大，所以應申請將220 V改為380 V進行供應，電容量改為35 kVA的線路標準。

4 配套電源的改進措施

4.1 光電一體化

未來，在光電一體化將整個城市的主干道覆蓋的情況下，運用5G微小基站，可實現5G基站合理布局，并可將傳統的電箱及光纖有機結合，避免資源浪費。

4.2 微站電源

在小型的5G工程上，建設微小的室外基站，可發揮極大的作用，而且5G裝置可簡化安裝步驟。

4.3 太陽能等綠色供電

部分基站5G的電力供應是一個重大問題，可通過太陽能等綠色供電的方式進行補充，提升自然資源利用率，并降低5G設備的用電需求。

4.4 多站點信息交互

通過對信息的精準把握，可對站點設備的使用情況進行有效調控，如調低或關閉設施如空調、電燈等功率，降低設備耗損程度。

5 結 論

在未來，5G網絡站點密集，且有宏站與微站之分，能源的消耗問題將會日漸凸顯，對于5G站點電源的建設面臨諸多挑戰。對此，運營商在進行站點布置時，可通過電源改造提高5G站點電源供電能力，減少使用成本。