5G基站電源配套精細(xì)化設(shè)計(jì)方法的探討

陳云生

（廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510630）

1 引言

電信企業(yè)進(jìn)入5G大規(guī)模建設(shè)階段，不僅建設(shè)任務(wù)艱巨，而且5G系統(tǒng)功耗大、設(shè)備組網(wǎng)形態(tài)不同等改造難度大，為了更好更快地推進(jìn)5G 建設(shè)落地，電源配套采用精細(xì)化設(shè)計(jì)方法+創(chuàng)新產(chǎn)品方案，精準(zhǔn)配置，最大程度利用存量資源，保障5G快速部署[1]。

傳統(tǒng)電源配套設(shè)計(jì)通常都是根據(jù)設(shè)備額定功耗+蓄電池充電+空調(diào)計(jì)算，設(shè)備實(shí)際運(yùn)行功耗從監(jiān)控平臺(tái)看僅有整體額定功耗之和50%左右，設(shè)計(jì)容量遠(yuǎn)大于實(shí)際站點(diǎn)需求。5G基站設(shè)備功耗較2G/3G/4G基站設(shè)備有大幅上升，隨著5G網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模部署，存量基站成為快速部署網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，如按照傳統(tǒng)建設(shè)和設(shè)計(jì)方法，將會(huì)使基站電源配套大幅度擴(kuò)容和改造[2]。

2 精細(xì)化設(shè)計(jì)方法

2.1 充分核算存量電源，精細(xì)化設(shè)計(jì)方案

充分核算存量電源，合理利用現(xiàn)有配套資源，精細(xì)化設(shè)計(jì)方案[3]。在開關(guān)電源和電源模塊容量核算時(shí)，存量設(shè)備的功耗不應(yīng)按照傳統(tǒng)設(shè)計(jì)典型功耗進(jìn)行計(jì)算，需按現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際功耗（蓄電池未充電狀態(tài)下，現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)電源或遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的電流值*電壓值）進(jìn)行核算；5G 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功耗按照典型功耗（約3500W 70A）進(jìn)行核算；通過(guò)存量電源需求容量精細(xì)化核算減少對(duì)開關(guān)電源和電源模塊的改造和擴(kuò)容。

（1）當(dāng)存量蓄電池容量及開關(guān)電源容量能夠滿足存量負(fù)載及新增5G 3小時(shí)備電需求時(shí)，直接共享存量資源，配套系統(tǒng)不增配。

（2）當(dāng)存量蓄電池容量滿足整站3 小時(shí)備電，但存量開關(guān)電源容量不滿足存量負(fù)荷及新增5G 負(fù)荷需求的，需采用整流模塊擴(kuò)容、差異化備電改造、高效整流、電源控制器或插框并聯(lián)等方式改造共享。

（3）當(dāng)存量蓄電池容量滿足存量設(shè)備3 小時(shí)+5G 設(shè)備1小時(shí)備電時(shí)，需采用整流模塊擴(kuò)容、差異化備電改造高效整流、電源控制器或插框并聯(lián)等方式改造共享。

1）蓄電池需求容量滿足整站3小時(shí)備電精細(xì)化核算方法

注：電池為鉛酸電池時(shí)，容量系數(shù)取0.75；電池為鋰電池時(shí)，容量系數(shù)取1。

2）蓄電池需求容量滿足存量3小時(shí)+5G 1小時(shí)備電精細(xì)化核算方法

注：鋰電池1 小時(shí)放電率時(shí)容量系數(shù)取0.9；鉛酸電池1小時(shí)放電率時(shí)容量系數(shù)取0.55。

3）開關(guān)電源需求容量精細(xì)化核算方法

注：電池為鉛酸電池時(shí)，容量系數(shù)取0.75；電池為鋰電池時(shí)，容量系數(shù)取1。

4）整流模塊需求數(shù)量精細(xì)化核算方法

注：鋰電池1 小時(shí)放電率時(shí)容量系數(shù)取0.9；鉛酸電池1小時(shí)放電率時(shí)容量系數(shù)取0.55。

2.2 差異化備電，精細(xì)化設(shè)計(jì)蓄電池

（1）一般模式：缺乏替代產(chǎn)品和方案，多數(shù)站址均通過(guò)新增蓄電池滿足5G備電需求，存量蓄電池共享利用率低[4]。

（2）精細(xì)化模式：當(dāng)存量蓄電池容量滿足存量設(shè)備3 小時(shí)+5G設(shè)備1小時(shí)備電需求，開關(guān)電源系統(tǒng)容量滿足擴(kuò)容需求但不具備分級(jí)下電功能，可通過(guò)新增差異化備電設(shè)備利舊存量蓄電池，提高存量蓄電池利用率，精準(zhǔn)備電、分路計(jì)量、加電起租監(jiān)控、遠(yuǎn)程開斷節(jié)能，減少增配容量降低建設(shè)成本。

（3）舉例：某站點(diǎn)，直流電流25A，開關(guān)電源總?cè)萘繛?00A、配置4個(gè)50A模塊，現(xiàn)場(chǎng)配置300Ah鉛酸蓄電池、核容容量約290Ah。

精細(xì)化核算：本次新增5G設(shè)備（3500W 70A）一套，經(jīng)核算存量蓄電池不滿足整站3小時(shí)備電需求，但滿足存量設(shè)備3小時(shí)+5G設(shè)備1小時(shí)備電需求，存量開關(guān)電源整流模塊容量滿足整站需求，可通過(guò)差異化備電改造方案滿足本次需求。

1）不滿足整站3 小時(shí)備電容量核算：（25A+70A）*3h/0.75=380Ah，高于現(xiàn)有蓄電池核容容量，無(wú)法滿足。

2）滿足存量設(shè)備3 小時(shí)+5G 設(shè)備1 小時(shí)備電需求容量核算：

（25A+70A）*1h/0.55+25A*3h/0.75=273Ah，低于現(xiàn)有蓄電池核容容量，滿足需求。

3）開關(guān)電源容量核算：25A+70A+380Ah/10h=133A，低于現(xiàn)有整流模塊容量，滿足需求。

2.3 電源控制器，精細(xì)化設(shè)計(jì)開關(guān)電源

（1）一般模式：存量蓄電池容量不滿足新增5G設(shè)備備電時(shí)長(zhǎng)需求，需新增一套開關(guān)電源+蓄電池。

（2）精細(xì)化模式：存量蓄電池容量不滿足新增5G設(shè)備備電時(shí)長(zhǎng)需求，且5G設(shè)備與存量負(fù)載備電時(shí)長(zhǎng)不一致的，可通過(guò)新增電源控制器增加相應(yīng)容量的蓄電池。電源控制器設(shè)備通過(guò)控制開關(guān)電源、蓄電池和5G設(shè)備之間鏈路的通斷，保障5G設(shè)備及電池在放電階段與存量負(fù)載及開關(guān)電源之間相互隔離，實(shí)現(xiàn)5G負(fù)載與存量負(fù)載差異備電，降低約50%建設(shè)成本。

（3）舉例：某站點(diǎn)，存量開關(guān)電源為動(dòng)力源嵌入式開關(guān)電源，滿架300A，目前配置200A；電池配置2組100Ah鋰電池，實(shí)際容量約240Ah；設(shè)備負(fù)載60A。

精細(xì)化核算：本次新增5G設(shè)備（3500W 70A）一套，經(jīng)核算存量蓄電池不滿足存量設(shè)備3小時(shí)+5G設(shè)備1小時(shí)備電需求，存量開關(guān)電源整流模塊容量滿足整站需求，采用電源控制器+1組100AH鋰電池方案滿足備電需求并實(shí)現(xiàn)5G設(shè)備1小時(shí)備電。

1）不滿足存量設(shè)備3小時(shí)+5G設(shè)備1小時(shí)備電需求容量核算：

（60A+70A）*1h/0.9+60A*2h/1=325Ah，高于現(xiàn)有蓄電池核容容量，不滿足需求。

2）開關(guān)電源容量核算：60A+70A+300Ah/10h=160A，低于現(xiàn)有整流模塊容量200A，滿足需求。

3）效益：采用電源控制器方案節(jié)省成本可壓降50%左右，無(wú)需新增獨(dú)立開關(guān)電源。

2.4 插框并聯(lián)，精細(xì)化設(shè)計(jì)開關(guān)電源

（1）一般模式：蓄電池容量滿足存量設(shè)備+5G備電需求，但嵌入式開關(guān)電源系統(tǒng)容量不滿足需求，需新增一套開關(guān)電源+蓄電池。

（2）精細(xì)化模式：存量開關(guān)電源為嵌入式開關(guān)電源，且無(wú)法通過(guò)模塊擴(kuò)容方案滿足新增5G 需求的，可通過(guò)插框并聯(lián)的技術(shù)方案，增加一套嵌入式開關(guān)電源系統(tǒng)，并與存量電源并聯(lián)工作，由新增開關(guān)電源的監(jiān)控模塊對(duì)兩套設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，共用交直流配電等部件。

（3）舉例：某站點(diǎn)，直流電流100A，開關(guān)電源總?cè)萘繛?00A，兩組400Ah鉛酸蓄電池、核容容量約600Ah。

精細(xì)化核算：本次新增5G設(shè)備（3500W 70A）一套，經(jīng)核算存量蓄電池滿足整站3小時(shí)備電需求，存量嵌入式開關(guān)電源整流模塊容量不滿足整站需求，初步考慮模塊擴(kuò)容方案，但由于機(jī)架容量不足，最終應(yīng)用插框并聯(lián)方案滿足客戶需求。

1）滿足整站3 小時(shí)備電容量核算：（100A+70A）*3h/0.75=680Ah，低于現(xiàn)有蓄電池核容容量，滿足備電需求。

2）開關(guān)電源容量核算：100A+70A+600Ah/10h=230A，高于現(xiàn)有整流模塊容量200A，本次需新增一套100A插框并聯(lián)設(shè)備。

3）效益：插框擴(kuò)容方式相較于整機(jī)替換方式可節(jié)省成本比例約40%，且無(wú)需割接、周期短。

2.5 高效整流，精細(xì)化設(shè)計(jì)整流系統(tǒng)

（1）一般模式：存量站點(diǎn)多為傳統(tǒng)電源，5G功率需求高，導(dǎo)致整流系統(tǒng)效率降低，線損增大，供電距離變短，無(wú)法適應(yīng)新增5G系統(tǒng)需求[5]。

（2）精細(xì)化模式：通過(guò)對(duì)整流系統(tǒng)進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)，采用57V恒壓輸出供電，降低線損，增大供電距離，提升系統(tǒng)效率。

1）5G供電線損核算

供電距離≤30m AAU 能正常工作，電池能正常放電，線損在11%以內(nèi)；供電距離在30m～50m AAU能正常工作，電池不能正常放電，線損在11%～20%之間；供電距離≥50m 低于36V，AAU不能正常工作，線損≥35%。

2）存量站升壓系統(tǒng)

在存量站點(diǎn)上對(duì)整流系統(tǒng)進(jìn)行改造，增加升壓設(shè)備，整體系統(tǒng)效率可從89%提升到92%；供電線路從30 米提升到80米，線路減損降低3%。

3）新建站升壓系統(tǒng)

在新建站點(diǎn)上，直接采用57V 恒壓輸出供電整流系統(tǒng)，整體系統(tǒng)效率97%，供電線路從30米提升到80米，線路減損降低3%。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著5G的規(guī)模建設(shè)，共享難度越來(lái)越大、單項(xiàng)目造價(jià)越來(lái)越高，方案合理性對(duì)投資效益影響較大，電源配套精細(xì)化設(shè)計(jì)必須立足做大共享，深入挖掘存量資源潛力，方案產(chǎn)品創(chuàng)新，優(yōu)化建設(shè)方案，降低建設(shè)成本，對(duì)5G 網(wǎng)絡(luò)快速部署具有建設(shè)指導(dǎo)意義。