5G建設(shè)電源配套解決方案

劉宇剛

（北京中網(wǎng)華通設(shè)計(jì)咨詢有限公司，北京 100070）

1 研究背景

在技術(shù)層面，根據(jù)各5G設(shè)備廠商反饋的信息，5G單系統(tǒng)（1個(gè)BBU+3個(gè)AAU）典型功耗約為3 500 W，最大功耗超過4 500 W，為4G單系統(tǒng)功耗的2.5～3.2倍，對(duì)基站電源配套設(shè)施影響較大。在政策層面，5G基站建設(shè)作為“新基建”的排頭兵，政府部門多次明確要求加快進(jìn)度，目前全國多地已按下5G建設(shè)的“快進(jìn)鍵”。為快速推進(jìn)5G基站建設(shè)，需針對(duì)基站不同情況提出合理可行的電源配套解決方案。

2 基站外市電解決方案

2.1 建設(shè)原則

制定5G外市電解決方案需重點(diǎn)考慮線徑和容量兩個(gè)方面，并結(jié)合實(shí)際場景和建設(shè)成本，綜合選擇經(jīng)濟(jì)合理的改造方案。

（1）根據(jù)新增5G設(shè)備功耗情況，通過外電容量計(jì)算公式確定5G站點(diǎn)的外電需求，增加5G后站點(diǎn)交流剩余容量。若P交流引入-P原有通信設(shè)備-P動(dòng)環(huán)監(jiān)控-P蓄電池-P空調(diào)-P照明-P5G＞2.5 kW（臨時(shí)用電），可認(rèn)定為機(jī)房內(nèi)供電容量充足；否則，認(rèn)定為供電容量不滿足，需進(jìn)行擴(kuò)容。

（2）根據(jù)新增5G設(shè)備功耗、機(jī)房內(nèi)原有用電設(shè)備功耗及預(yù)留功耗確定機(jī)房的總電流，若原有電纜載流量大于總電流，可認(rèn)定為線徑滿足；否則，認(rèn)定為線徑不滿足，需進(jìn)行改造。

2.2 計(jì)算方法

2.2.1 外市電容量計(jì)算方法

外市電容量計(jì)算方法如下：

對(duì)于式（6），照明功耗可按照10 W/m2估算，臨時(shí)用電功耗可按照2.5 kW考慮，預(yù)留功耗應(yīng)按照遠(yuǎn)期考慮。

2.2.2 外市電線徑核算方法

當(dāng)外市電為單相電時(shí)，根據(jù)單相電功率計(jì)算公式P=UIcosφ，推出I=P/Ucosφ。其中，I為單相電電流，P為功率，電壓U為220 V，功率因數(shù)cosφ一般取0.8。

根據(jù)上述公式計(jì)算的負(fù)載電流，查閱電力電纜載流量表確定電纜的線徑（查閱可參考GB 50217-2018 電力工程電纜設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)）。

2.3 解決方案

根據(jù)外市電線徑和容量不同情況，推薦解決方案見表1。

表1 外市電解決方案表

3 交流配電箱的解決方案

3.1 建設(shè)原則

交流配電箱的配置應(yīng)按照遠(yuǎn)期負(fù)荷來考慮，同時(shí)要與引入的外市電容量匹配。開關(guān)電源前端空開（交流配電箱內(nèi)接電空開）應(yīng)按照開關(guān)電源機(jī)架滿載容量考慮。

3.2 計(jì)算方法

3.2.1 基站輸入最大電流計(jì)算方法（確定交流輸入空開最小值）

對(duì)于單相電，有：

對(duì)于三相電，有：

3.2.2 交流配電箱輸出到開關(guān)電源

（1）計(jì)算開關(guān)電源滿載負(fù)荷

開關(guān)電源滿載負(fù)荷為：

其中：效率指AC-DC，功率變換時(shí)考慮；通信電源常用的設(shè)備效率為0.9左右。

（2）計(jì)算開關(guān)電源前端空開

對(duì)于單相電，有I=P/Ucosφ，其中P為開關(guān)電源滿載時(shí)負(fù)荷，電壓U為220 V，功率因數(shù)cosφ一般取0.8。

3.3 解決方案

根據(jù)交流配電箱不同情況，推薦解決方案見表2。

4 開關(guān)電源解決方案

4.1 建設(shè)原則

（1）根據(jù)原有負(fù)載電流+新增負(fù)載電流+蓄電池充電電流+冗余等，確定本期5G基站的開關(guān)電源容量需求，并結(jié)合現(xiàn)有開關(guān)電源實(shí)際情況確定利舊、改造、新建或者替換方案。

（2）新增或者替換開關(guān)電源的開關(guān)電源機(jī)架容量應(yīng)按照遠(yuǎn)期考慮，本期方案實(shí)配整流模塊數(shù)應(yīng)按近期考慮。

表2 交流配電箱解決方案表

4.2 計(jì)算方法

4.2.1 整流模塊配置計(jì)算方法

整流模塊配置計(jì)算方法為：

其中：

整流模塊數(shù)N=[I整流器/單臺(tái)整流器額定電流]向上取整。當(dāng)N≤10時(shí)，按照N+1冗余原則配置；當(dāng)N＞10時(shí)，每10個(gè)備用1個(gè)。

4.2.2 設(shè)備電源端子選擇計(jì)算方法

對(duì)于空開端子，有：

對(duì)于熔絲端子，有：

4.3 解決方案

根據(jù)開關(guān)電源端子和模塊不同情況，推薦解決方案見表3。

5 蓄電池解決方案

5.1 建設(shè)原則

根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備的實(shí)際功耗、新增5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功耗、運(yùn)營商要求的后備電時(shí)長以及機(jī)房空間和承重等因素綜合考慮。

表3 開關(guān)電源解決方案表

5.2 計(jì)算方法

5.2.1 梯次電池容量

梯次電池容量為：

其中：Q為梯次電池容量（Ah）；K為安全系數(shù)，取1.25；P1為一次下電設(shè)備實(shí)際功率（W）；T1為一次下電設(shè)備要求備電時(shí)長（h）；η1為一次下電對(duì)應(yīng)的放電容量系數(shù)；P2為二次下電設(shè)備實(shí)際功率（W）；T2為二次下電設(shè)備要求備電時(shí)長（h）；η2為二次下電對(duì)應(yīng)的放電容量系數(shù)；α為電池溫度系數(shù)，寒冷、寒溫I、寒溫II地區(qū)取1.25，剩余地區(qū)取1.0。

梯次電池放電容量系數(shù)表如表4所示，代表性城市氣候分區(qū)表如表5所示。

表4 梯次電池放電容量系數(shù)表（η）

5.2.2 鉛酸電池容量

鉛酸電池容量為：

表5 代表性城市氣候分區(qū)表

其中：Q為蓄電池容量（Ah）；K為安全系數(shù)，取1.25；I為負(fù)荷電流（A）；T為要求備電時(shí)長（h）；η為對(duì)應(yīng)的放電容量系數(shù)；t為電池工作時(shí)所在地最低溫度值（有采暖設(shè)備的，取t=15°；無采暖設(shè)備的，取t=5°）。α為電池溫度系數(shù)，當(dāng)放電小時(shí)率≥10時(shí)，α=0.006；當(dāng)1≤放電小時(shí)率≤10時(shí)，α=0.008；當(dāng)放電小時(shí)率＜1時(shí)，α=0.01。

鉛酸蓄電池放電容量系數(shù)表如表6所示，

5.2.3 確定蓄電池容量

蓄電池容量為：

5.3 解決方案

根據(jù)蓄電池是否滿足5G后備電情況，推薦解決方案見表7。

6 空調(diào)解決方案

6.1 建設(shè)原則

空調(diào)配置應(yīng)根據(jù)機(jī)房內(nèi)存量設(shè)備實(shí)際發(fā)熱量（即設(shè)備功耗）、新增5G設(shè)備機(jī)房內(nèi)部分的設(shè)備發(fā)熱量（即設(shè)備功耗）及機(jī)房建筑熱負(fù)荷進(jìn)行綜合考慮，不建議簡單按照系統(tǒng)典型功耗進(jìn)行核算。

表7 蓄電池解決方案表

表6 鉛酸蓄電池放電容量系數(shù)表（η）

表8 分區(qū)域制冷系數(shù)表

表9 空調(diào)解決方案表

（1）機(jī)房內(nèi)存量設(shè)備功耗，如4G系統(tǒng)為1 300 W，機(jī)房內(nèi)僅安裝300 W BBU，存量設(shè)備功耗為300 W。

（2）機(jī)房內(nèi)5G設(shè)備功耗，如5G系統(tǒng)為3 500 W，機(jī)房內(nèi)僅安裝500 W BBU，5G設(shè)備功耗為500 W。

6.2 計(jì)算方法

基站空調(diào)總熱負(fù)荷為：

其中：K為分區(qū)域制冷系數(shù)；1.06為開關(guān)電源工作熱效率補(bǔ)償系數(shù)；Q1為開關(guān)電源直流負(fù)載機(jī)房內(nèi)部分總熱負(fù)荷（不考慮室外RUU、AAU等）；Q2為建筑熱負(fù)荷，Q2=150 W/m2×機(jī)房面積。

分區(qū)域制冷系數(shù)表，如表8所示。

6.3 解決方案

根據(jù)空調(diào)制冷量的不用情況，推薦解決方案見表9。

7 結(jié) 論

結(jié)合5G電源配套方案建設(shè)原則，通過合理的計(jì)算方法，在安全、可靠的前提下，優(yōu)先利舊原有電源配套設(shè)施，爭取以較小的改造量滿足5G設(shè)備用電，是當(dāng)前5G建設(shè)電源解決方案的上策。