基于5G網絡的基站電源系統創新研究

賈林杰

（華信咨詢設計研究院有限公司，浙江 杭州 310012）

0 引 言

因為5G移動系統標準得到了進一步發展，所以越來越多的運營商開始在全球范圍內將5G商業化。目前，我國三大運營商也均以各種方式進行了網絡部署和應用。本文從5G技術支持的角度討論了5G無線網絡中創新電源技術的創建，主要包括5G關鍵技術、5G建設面臨的挑戰以及創新的5G電源技術。

1 5G創新電源系統方案

1.1 市電削峰技術

通信設備能耗的典型代表為市電削峰，能耗隨企業規模而變化。在峰值功率消耗期間，電池用于補充城市電源的電源。快速翻新和現代化改造，降低倉庫現代化所需的投資和供應壓力峰值切換，限流、可充電電池等使用技術方法，可用于減少通信設備和電池充電所需的能量[1]。

1.1.1 方案1：錯峰充電站的措施

方案1的原理是滿載時激活電池充電電流減小功能，優先分配通信設備的電源，實現峰值電池充電。它的最大峰值削波功率為16%（通信設備，1.1 kW/5G系統中的平均峰值差）。具體的行動方案是升級開關電源的限流/限流功能，約1 200元。結果顯示，充電時間從10 h增加到10～12 h，適用于城市中電力缺口較小的發電廠，總計12 h（3 h或更短）。

1.1.2 方案2：備用電池錯峰+電流限制充電方式

方案2是根據方案1進一步壓縮電池組的電源，最大峰值容量29%（通信設備的峰值平均差異+備用電池充電站的50%=1.9 kW/5G系統）。具體的實施方案是實現開關電源的功率限制功能，約1 200元。影響：充電時間從10 h延長到20～24 h。適用范圍：電站容量差距小的電站，24 h的累計執行時間不超過3 h，并且保護水平低。

根據充電電路，備用電池具有峰值+電流。基于方案1，電池充電電流被進一步壓縮。最大峰值切割功率29%（通信設備中的平均峰值差異+50%備用電池充電功率=1.9 kW/5G系統）。具體的行動計劃是更改電源升級限流功能，約1 200元。影響：充電時間從10小時增加到20～24 h。范圍：城市用電差距小，24 h停電的總時長不超過3 h，且電站的安全性較低。

1.1.3 方案3：最大備用電池電量+最高節能電池方案

應用方案3時，當通信設備或空調的電量較低時，電池就會被充電。節能電池用于在最高負載下充電，并在負載底部充電，以抑制通信負載的變化。它的最大截止功率42%（通信設備的最大范圍+100%電池功率，2.7 kW/5G系統）。具體的實施方案是頂部+蓄能器控制單元。針對該方案，需根據城市的電源和空調運行頻率，計算每站備用電池的充電時間。它適用于城市電容量少、沒有連續的停電記錄且可保證低級別的站點。

1.1.4 方案4：儲能電池削峰

應用方案4時，最大負載下節能電池充電，低負載下節省電池電量。最大峰值功率為16%（通信設備的最大范圍，1.1 kW/5G系統）。具體的實施方案是頂部+蓄能器控制單元。結果顯示，備用電池對充電時間沒有影響，僅當對備用電池充電且最大通信負載過大時，才會激活節能電池。在此期間，激活次數有限，投資回報率很低。該方案適用于停電頻繁的小鎮上的主要電站，應根據網絡空間的大小、電流的歷史頻率和主站的保修級別等因素，選擇城市中最高級別的電線的技術方案。對于具有較高重建成本、長期和低功率空缺的發電廠，該城市的電力被削減到最高水平，以確保提升施工效率。建議先實施外部網絡修改方法，根據網絡容量的擴展進行更改，以輸入原始網絡的有限容量，并等待存在共享5G的多個站點，向長期發展的方向進行市電增容改造。

1.2 蓄電池共用管理技術

蓄電池共用管理技術處理不同時期、不同品種和不同制造商平行的電池問題，以實現模塊擴展。對于充電模式（預設模式），每個通道的電池接口和外部電池導入充電一次。對于單個充電站，通道中的所有電池接口和一個外部鉛酸電池導入充電一次。。收費模式（網絡容量不足時使用）、放電模式以及總輸出模式處于充電狀態（預設模式）時，每個分支均根據指定的極限值或電池容量充電，并同時達到充電狀態。對于優先流模式，它可以確定2級流。對于削峰和山谷填充等應用場景，鉛酸主要用于提升水平，電池主要用于削峰。鉛酸主要用于提供備用能量，級聯電壓擴展。電池部件管理器連接到通信接口，以提供對單個機箱中所有模塊的集成控制，并實現級聯功率擴展。將電池組的不同部分與不同的制造商一起使用管理電池部分，降低了項目實施難度，改善了項目設計，降低了項目的總體成本，同時提高了資源利用率。

1.3 新型集中供電技術

集中式電源系統由長端、本地端和電纜3部分組成。-48 V電源放大到DC 250～DC 410 V，并通過電纜發送到末端。遠程設備為DC 48 V和AC 220 V電壓提供24 h供電。通過向周圍的發電站提供能源服務，可減少擴展和重建電源的成本，并為在該地區提供充足的電力。選擇一個中央發電站進行主基站建設，可縮短建設周期，提高電源可靠性。

2 創新改造研究

2.1 微站電源

如果無法從遠程計算機導入AAU而可以從中央計算機房導入電源以消耗5G AAU的能量，則可以采用直接供電方式+開放式直流電源，即微電源DC 220 V AC滿足需求直流電源，如圖1所示。可以根據5G設備的消耗量，調整電源和微站電源的數量。根據現場的重要性，微型發電廠設備可以在保證供電和發電廠主電源的情況下，對主發電廠使用集成機柜設計。此外，電線桿、壁掛、落地和環抱等支持各種安裝方法。

圖1 微站電源設備

2.2 插框電源

直流電源系統、多種型號以及現有的主要電站制造商、鄉鎮支局、接入點和各種通信運營商的模塊化辦公室等，均配備了開關電源。原始設計面臨功耗低、需擴展空間、故障率增加以及設備能耗增加等問題。原始開關架的使用存儲了主系統輸入主開關、電池保護、并聯、觸點和直流輸出電纜，并創建了通用且兼容的整流器部分（如插入式電源），可更換原來的整流器，以滿足原始系統的各種要求，包括動態環控制系統的控制、電池管理等。使用二次電源可以減少施工問題和改造項目的數量，減少因一般停電而引起的潛在安全風險，并增加投資回報[2]。

2.3 直流遠供

直流遠程控制器將通過遠程站點設備將主站點的-48 V直流電源增加到240～400 V，然后通過電纜將其發送到遠程站點的遠程站點設備。直流遠程控制設備包括中心局設備、傳輸線和遠程設備。其中，中央辦公設備是遠程電源系統的核心。它是將絕緣從-48 V直流增加到240～400 V（DC/DC升壓）的主要設備。具有發電條件和遠程設備的主站室是高壓DC變壓器。該高壓DC變壓器從本地端轉移到DC 48 V/AC 220 V。傳輸線是帶鎧裝鋁芯電纜或帶鎧裝銅芯電纜或組合光纜，可在遠程直流電源和遠程電源之間進行長距離連接高低壓直流。通信設備的發送能量最長距離可以達到3 000 m。對遠程主站、高鐵站、地面站和不穩定的蜂窩式微型工廠進行供電，采用直流遠程控制技術確保直流電源的主電源得到保證，并從主電源的電源線發送到遠程基站[3]。

2.4 蓄電池創新改造方案

通信站通常將城市的能源用作主要電力來源。在城市停電的情況下，柴油發電機和汽油發電機不會投入運行，而由閥門操作的鉛酸電池將用作備用電源。當前，每個通信運營商和唯一的塔式基站通常使用容量為300 Ah、500 Ah或800 Ah的兩個閥門供電的鉛酸電池。由于每個站點的電源不同，每個站點的機房環境和負載能力也不同。這些因素會影響存儲和操作的持續時間，因此機房中放電時間、充電電壓和電池壽命都有不同的參數。現實生活中，一組或單節電池經常出現延遲或耗盡的問題，導致整個電池組出現使用問題。此外，由于電池的內部質量、特殊差異和工作環境的影響（基站溫度、電源參數的變化，城市用電條件和日常維護），電池的健康狀況每年都會降低，且縮短電池壽命。同時，隨著多年的運行，鉛酸電池體積大、能量密度低、持續時間短等缺點日益凸顯，使其在負載下的使用壽命多在6～8年[4-5]。

3 結 論

諸如MIMO和UDN之類的5G技術的廣泛使用，給主建筑基站帶來了重大挑戰。隨著新電源技術的更新，它克服了支持建設的電源問題，提高了5G網絡的實施速度，并為企業創造了良好的經濟效益。