5G基站供配電勘察設計思路的調整分析

秦躍軍 劉軍

【摘? 要】針對5G基站設備相對于以往2G/3G/4G設備的變化，面向一線勘察設計人員，闡述5G基站在供配電需求方面功耗增大、供電方式多樣化、供配電改造工作量和難度加大等相應變化，歸納相應的勘察前期準備工作要點，分析在實際工作中可能面臨的外市電引入改造、供電方式選擇的多樣性、新型鋰電池應用等重點、難點，介紹理想的5G供配電模式及發展方向，最后提出5G基站供配電勘察設計工作思路調整的建議。

【關鍵詞】5G;供配電;勘察設計

Aiming at the changes of 5G base stations compared with 2G/3G/4G equipment， this paper expounds the corresponding demanding changes of power supply and distribution of 5G base stations for the first-line surveyors， such as the increase of power consumption， the diversification of power supply modes， the workload and difficulty of power supply and distribution transformation， etc. This paper further summarizes the key points of the preparatory work in the early survey stage， and analyzes the key points and difficulties that may be faced in the actual work， such as the introduction and transformation of external power supply， the diversity of power supply mode selection， the application of new lithium battery and so on. In addition， it introduces the ideal 5G power supply and distribution mode and its development direction. Finally， the guiding suggestions are given for the adjustment of the survey and design of 5G base station power supply and distribution.5G; power supply and distribution; survey and design

1? ? 5G給供配電勘察設計帶來的變化

1.1? 5G設備供電需求的變化

（1）設備功耗的變化

5G基站設備由BBU和AAU組成。試驗網實測5G基站的功耗是4G的2.5至3.5倍。其中AAU功耗增加是5G功耗增加的主要原因，AAU隨著負荷的增加，其功耗會大幅增加，而BBU的功率相對比較穩定，受負荷影響不大。目前5G單站S111配置、100%負荷下功率近3 700 W[1]。除5G基站設備本身功耗外，加上空調等配套設備的功耗，5G典型S111單站設備需要按照4 000 W～5 000 W的功耗考慮。

對于運營商來說，顯然5G設備功耗增加是5G網絡建設和運營面臨的難點，也是當前推進5G建設的一個瓶頸，需要投入較多的精力和資金、對原有供配電及配套系統進行改造，因此，必須提前進行大量的勘察設計工作。

（2）供電方式多樣化

隨著5G技術、電力變換及能源管理等新技術的發展，5G基站設備的供電方式呈現出多樣性。5G宏基站BBU和AAU可以統一供電，也可以分別供電。此外5G還有室分系統、室外小基站等形態，應用場景不同、相應供電方式也呈現多種方式或多種組合方式[2]（具體在本文3.2節詳述），這也使得供配電系統成為5G基站勘察設計的重點和難點。

（3）供配電改造工作量和難度加大

利用現有機房，采用共建共享建設5G網絡，目前大部分現有基站的空余容量不足，需要進行電源系統改造，尤其是需對30%以上站點的外市電引入進行擴容改造，一般采用更換較大容量變壓器、更換輸電電纜、更改前級空開容量等方案[3]。

這些改造方案毋庸置疑是可以解決問題的，但在實際實施過程中，經常會存在難度大、周期長、成本高等問題。這些問題是影響5G網絡的建設進度的主要因素?？辈煸O計人員也會經常面臨現狀情況復雜、找不到知情人、現狀梳理工作量大、時間有限等困境。

1.2? 工程建設組織管理方式的變化

目前國內5G基站機房及供配電等配套系統一般由鐵塔公司統一規劃建設，多家運營商共建共享為主[3]，運營商自建為輔。對于5G移動通信網絡，中國聯通與中國電信采取聯合建設策略，中國移動則獨立建設。

1.3? 對勘察設計人員知識和能力要求的變化

近年來隨著通信行業的快速迭代發展，尤其是5G技術走向商用，對勘察設計人員的知識面和能力儲備的要求也產生了較大變化。原無線基站勘察設計人員，除原有知識和技能外，還必須盡快加強學習，補充在傳輸與接入、供配電、鐵塔、土建、防雷接地、綜合布線、空調、節能、消防、動力環境監控等各類機房配套的多方面的基本知識儲備，快速成長為綜合性、復合型專業人才，才能滿足客戶的需求、更好地為客戶提供綜合解決方案和全面的技術咨詢支撐服務。特別是5G基站設備供配電需求的多樣性、復雜性，最可能成為勘察設計人員實際工作中的最大痛點。

優秀的勘察設計團隊或人員還應具備能夠自行開發一些提高工作效率的專用工具軟件的能力，并能協助建設單位編制特殊的專用定額、企業標準或規范，進行項目建設成本分析及后評估，編制滾動發展規劃等支撐服務類工作。

2? ?5G基站供配電勘察設計前準備工作要點

（1）研讀主流廠商5G基站設備及多種供電設備技術資料。

（2）編制多種供電方式及不同組合供電方式解決方案預案。

（3）提前做各基站供配電需求統計表格模板，包括全部設備（BBU、AAU、傳輸、寬帶接入、監控、新業務等）的功耗、供電類別、分路數量等現狀及需求情況。

（4）根據已中標、擬選用的5G基站BBU、AAU的用電要求（功耗、供電類別、分路數量等），匹配并調整相應的供配電解決方案預案。

（5）準備“5G基站（電源）勘察信息記錄表格”，列出所需搜集信息，待填數據空格留白、草圖留白。

（6）為后續設計階段準備設計說明、圖紙、概預算模板;以及專用設計計算工具、專用概預算定額等。

其它具體勘察設計方法與以往基本相同，不再贅述。

3? ?5G基站供配電系統改造的重點、難點

5G基站供配電系統改造的重點、難點主要在三個方面：外市電引入改造、供電方式的多樣性、新型鋰電池應用。

3.1? 外市電引入改造

根據新增5G設備的功耗，通過外市電容量計算公式P=（P通信設備+P電池充電）/效率μ+P空調+P照明+P其它，確定5G站點的外市電引入容量總需求[4]。

（1）原基站為直供電方式

1）更換線徑

改造原因：現有三相380 V市電引入容量、線徑等無法滿足本次新增5G需求。

改造方法：更換外市電電纜或新建0.4 kV線管保護、鋼管、直埋敷設鎧裝電纜。

2）增加空開

改造原因：原配置三相380 V空開容量不夠。

改造方法：盡可能利用原三相380 V低壓配電設備的剩余空間，更換或增加原有市電接入空開;空間不夠的，考慮更換或新增市電引入配電柜（箱）。

3）新增引入一路外市電

改造原因：原配置三相380 V市電，在新增5G宏站設備后，市電容量不夠。

改造方法：新增引入一路三相380 V外市電（不更換原變壓器、不改造原低壓配電設備和電纜等），單獨給新增的5G設備供電。新舊兩路外市同時工作、分別帶一部分負載，即1個站點2～3套電源系統獨立運行。

4）更換大容量變壓器

改造原因：現有變壓器容量無法滿足本次新增5G設備后的基站供電總需求。

改造方法：更換大容量變壓器，相應更換配電柜（箱）、電纜等。

（2）原基站為轉供電方式

1）轉供電改為直供電

改造原因：原配置為單相220 V轉供電，新增5G設備后，市電容量不夠。

改造思路：將原單相220 V轉供電改造為三相380 V直供電。并考慮后期是否還會新增1～2套5G設備（特別是鐵塔公司統建），建議申請外市電容量不低于40 kVA（380 V/63 A）。

2）新引入市電

改造原因：原配置為單相220 V轉供電，新增5G設備后，市電容量不夠。

改造方案：原市電不改動;另新增一路三相380 V外市電，單獨給新建5G一體化柜供電（約21 kVA）。建議新增外市電容量不低于20 kVA（380 V/32 A）。

3.2 供電方式多樣性

隨著5G技術、電力變換新技術、能源精細化管理技術的發展，5G基站設備可選擇的供電方式呈現出多樣性，各運營商、不同地域可結合實地現有供電條件及所選基站設備的用電特性選擇不同的技術路線。

主要可供選擇的供電方式類型歸納如下。

（1）直流供電方式（輸電主線路段落為直流）：

傳統-48 V直流開關電源系統直接供電（此方式仍應是當前主流的選擇）;

高壓直流240 V或336 V開關電源系統直接供電、拉遠供電;

高壓直流240 V代替市電單相220 V直接供電;

DC/DC升壓直流遠供（-48 V升壓為直流57 V/240 V/380 V/336 V等形式）;

嵌入式開關電源或刀片電源;

高密電源框替換原電源、高密鋰電替換原鉛酸電池;

小基站設備POE或光電復合纜供電。

（2）交流供電方式（輸電主線路段落為交流）：

傳統UPS方式（主機三相或單相輸出，到用電設備分配為單相220 V）;

傳統-48 V直流開關電源系統+逆變器方式（單相220 V輸出）;

直接使用天面的市電單相220 V直接供電，AAU配置簡易AC/DC電源供電;

天面市電+新型5G智能電源（AC/DC）。

（3）兩路混合供電方式（節能管控技術）：

一路市電單相220 V直接供電（主用）+另一路高壓直流240 V（節能備用）;

一路市電單相220 V直接供電（主用）+ 另一路新型智能UPS（節能備用）;

應用新型5G智能電源削峰填谷方式：原開關電源在擴容至滿配后、仍不能滿足負荷需求時，采用新增5G智能電源和兩組以上智能鋰電池，通過BMS管控原有電源和蓄電池系統協同工作，實現市電削峰。a）當負載不超外市電容量輸出門限值時，由外市電供電，同時給電池浮充電。b）當負載達到外市電容量輸出門限值時，外市電和智能鋰電池同時給負載供電。

（4）其它新能源供電方式：

太陽能光伏發電+蓄電池;

風力發電+蓄電池;

風光互補發電+蓄電池。

（5）站點智能化供電網絡[5]（此方式是今后主流的發展方向）：

供配電全鏈路風險評估、能耗分析，容量精細化能源管理，智能運維平臺;降低運維成本，提高運營效率;

電源設備全智能化，設備在線健康度管理;

選擇無線物聯網技術以及傳感器技術應用，減少復雜布線，縮減上線時間;

電池智能化，發揮電池全生命周期內價值最大化。

3.3? 蓄電池更新改造

由于鋰電池在比容量、充放電速度、效率、循環次數、安裝空間等方面均較傳統密封鉛酸蓄電池有一定優勢，在5G網絡建設中，選用鋰電池作為儲能、備電、削峰填谷設備，也是新的趨勢，特別是磷酸鐵鋰電池在成本方面與鉛酸蓄電池逐步減小，鐵鋰電池將會提高使用占比。隨著電池管理系統BMS技術的成熟，也將規?；捎锰荽卫脛恿︿囯姵亍Ｋ?，蓄電池更新改造也會呈現多種形式。

（1）傳統鉛酸蓄電池擴容（更換為更大容量的、或新增電池組數）;

（2）更換、增加或直接配置為鐵鋰電池蓄電池組;

（3）更換、增加梯次利用動力鋰電池;

（4）原鉛酸蓄電池組+新增鋰電池組，BMS控制協同工作，并可削峰填谷;

（5）小基站、5G智能電源直接配小型鋰電池。

4? ? 理想的5G供配電模式

鑒于5G設備功耗增大、建設進度要求高等問題，對于5G基站，可以考慮在業務負荷較低的時候，引入通道關斷、載波關斷、時隙關斷等產品技術手段，進一步降低5G基站功耗，降低運營成本?？辈煸O計人員應同步關注并及時學習5G各種供配電、能源管控等方面的新技術理論和方法，對當地建設需求和現狀精準分析、結合新技術和產品、從技術、經濟、工期等多方面比選、合理選擇解決方案、做出最優化的設計。

目前，有的研究單位及廠商針對5G供配電的復雜多樣性及大量改造需求，已推出了5G建設市場上很期待、比較理想的模式：“5G基站一體化能源柜解決方案”。遵從“極簡、智能、高效”理念，盡可能避免外市電、電源及蓄電池改造[6]。

（1）基于MIMO理念，提出5G站點一體化數字能源機柜產品。

（2）全模塊化架構，功率、備電和配電動態匹配。

（3）智能鋰電，電子電力技術與電池技術融合，對電池充放電進行動態智能管理與控制，發揮電池全生命周期內價值最大化。

（4）根據運行負載大小，智能動態調節備電容量，動態計算實際所需備電容量，剩余容量可用于錯峰用電。

（5）可通過疊加多路新能源進行補充，又可通過智能削峰，實現市電與儲能能量協同，智能調度多種能源輸入，避免市電改造。

（6）整合原有直流電源剩余容量，多路電源互補滿足5G供電需求，避免對原有直流電源進行擴容改造。

（7）可實現新舊電池混用，容量按需配置，備用電池容量動態匹配計算，原有蓄電池與智能鋰電聯合保障5G備電時長要求，避免原有蓄電池更換。

（8）BMS+雙向DC/DC一體化設計，充放電智能控制，恒壓放電輸出（可設定），各組自動調節限流輸出。

此類理想的產品及解決方案尚處在試驗或小規模試用階段，還有待經歷一段較長時間的實際使用驗證和不斷的改進完善，產品才能走向成熟及大批量投入使用。

5? ? 結束語

5G設備功耗增大、供電方式多樣化，帶來大量改造工作和勘察設計難度?？辈煸O計人員需相應擴展知識面，學習當前與5G匹配的多種供配電和能源管控新技術、理論和方法，提升綜合能力儲備，做好應對各種復雜場景的準備。

雖然5G基站供電類型多、不同組合供電方式多，但具體到某個實際項目時可能就會減少到幾種，甚至是一種具體方案。理想的“5G基站一體化能源柜解決方案”已在試驗試用階段，隨著時間的推移、5G設備進一步技術升級，其功耗也還會有所下降，預計遠期5G設備功耗可降至2.5 kW左右，僅是4G的2倍左右。所以勘察設計人員也不必太有壓力，關鍵是要深入掌握基本原理和配置原則，遇到問題時能夠從幾種不同解決方案里找出技術上可行性好、經濟上成本低的最優方案，為建設單位做好各項工程咨詢與技術支撐服務工作。

參考文獻：

[1]? CSDN云計算. 5G基站功耗到底有多大[EB/OL].? （2019-08-13）[2020-02-27]. https：//blog.csdn.net/FL63Zv9Zou86950w/article/details/99669737.

[2]? ?立鼎產業研究網. 5G時代基站供電的變化分析及基站電源市場需求空間測算分析[R/OL]. （2019-07-29）[2020-02-27]. www.leadingir.com/trend/view/2698.html.

[3]? ? 李新. 基站設備功耗對5G網絡建設的影響及應對[J]. 通信世界， 2019（21）： 2-4 .

[4]? ? 張家偉. 十大5G基站電源改造方案[Z]. 2019.

[5]? ?中國移動通信集團設計院信息能源所. 面向5G網絡的站點電源發展與演進[R]. 2019.

[6]? ? ?中國移動. 什么是5G基站一體化能源柜[Z]. 2019.