5G 基站動力配套建設設計探究

中圖分類號：TN86；TN929.53 文獻標志碼：A 文章編碼：1672-7274（2025）05-0025-03

Abstract： At present， the construction of 5G base station is in a stage of rapid development，and mobile communication is moving towards 5G at full speed.The construction of 5G base station willbring new requirements and influences on site planning，tower and mast bearing，external power and power supporting，indoor coverage， etc.As for 5G macro station，its power consumption can reach 3.5～4kW， and its energy consumption is 2.5～3.5 （20 times that of 4G equipment.During the power supporting construction of 5G base stations，the site should be fully investigated，detailed design data should becollected，andthe design shouldbe deepened under thecondition of indepth understanding of the load. This paper summarizes the design scheme flow in the power supporting construction of 5G base stations，and the design processand method of power supporting construction such as external power input， switching power supply and battery are sorted out and analyzed for industry reference exchange.

Keywords： 5G base station; 5G base station power supporting; 5G base station power supply and distribution

研究背景

我國通信行業經歷了1G空白、2G落后、3G追隨、4G同步，終于在5G走在了時代的前沿，以5G為代表的新型基礎設施為智能經濟的發展和產業化轉型提供了重要的底層支撐，截至2023年2月末，我國5G基站總數達238.4萬個，占移動基站總數的 21.9%^[1-2] ，5G網絡實現了村、縣到城市的全面覆蓋，5G建設取得了豐碩的成果，隨著5G建設的深入推進和商業運營的快速成長，5G基站的建設規模將穩步擴大，屆時方物互聯將帶來更精彩的世界，由于5G功耗是4G設備的2.5～3.5 倍，這對基站的建設或改造提出了新的要求，因此，在進行5G基站建設時，設計人員必須要對5G基站的動力配套情況進行深入的了解和分析，在確定5G基站的供配電后，再進行其他設計。本文以5G基站的外市電引入、開關電源及蓄電池配置等為設計研究對象，分析研究其設計方法，為5G基站的動力配套設計提供設計思路和設計參考。

2 5G基站對動力配套系統的影響

2.15G基站功耗概述

5G采用了大規模天線矩陣，其天線數量是4G網絡的8T8R的32倍，同時主流設備廠家提供的BBU及AAU單體功耗均高于4G網絡，5G基站耗電量增加成為必然，運行數據表明5G基站設備功耗約為 2～4kW 是普通基站耗電的3＼～4倍[3]。因此，在5G基站新建或改造時，設計人員務必對基站的用電負荷、基站的供配電情況進行分析和確認，以確保基站的動力配套符合5G基站的建設要求。表1為不同主流設備供應商5G基站設備參數。

2.25G基站對動力配套系統的影響

5G基站電源連接如圖1所示，由前述可知，5G基站的功耗大幅增加，帶來對外市電和供配電電源容量的要求的提高，其對動力配套系統帶來的影響主要有以下幾個方面：

（1）5G基站的BBU部分需要安放在本站機房或者集中放置，導致機房設備空間的占有率顯著增加，設備的散熱提升了機房環境溫度，造成基站空調可能需要新裝或者替換，以提供合適的溫濕度環境，確保通信設備和配套設備的穩定運行[4]。

（2）因5G基站設備的功耗提高，使得存量站點資源的市電容量不足，需對外市電進行擴容。首先，擴容改造需要額外的投入預算；其次，擴容改造周期長，影響5G項目的建設進度。

（3）目前，相當一部分入網年限較長的基站，其開關電源、外電工程存在電源模塊無法擴容、空開端子數量不夠、輸出電壓不穩定、新舊蓄電池并聯等諸多問題，電源改造工作復雜煩瑣，影響5G網絡交付工期。

3 50 基站動力配套設計

3.1設計流程

為了進一步強化5G基站共享共建設計水平，緩解基站選址難，共享難的問題[5]，通過深化存量站點資源，秉承共享共建原則，同時提升投資效率，5G基站動力配套設計應遵循如圖2所示的設計流程。

3.2外市電引入

（1）外市電的引入應根據運營商無線接入方式、安裝設備類型及機房類型綜合考慮[，針對新建站點應充分考慮實際容量以及后期擴容需求，優先采用直供電，宜引入一路三類或優于三類市電作為主電源。對改造站點而言，應根據市電容量是否充足，入戶電纜是否符合改造需求、變壓器容量情況等確定擴容方法。

（2）外市電的引入應以實際核算新增設備功耗為準，根據城鎮、郊區、鄉鎮、農村等使用場景核算容量，存量設備功耗應按使用場景分別計算，5G設備功耗參照供應商提供的額定功耗技術參數。

（3）基站外市電容量由照明、空調等交流用電負荷及通信直流用電設備負荷構成，其容量計算如式（1）所示：

P_τ=（P_τ+P_τ+P_τ+P_τ+P_τ）_k

式中， P_T 為外市電總容量（kVA）； P₁ 為現有設備功耗（kW）； P₂ 為5G設備功耗（ ?_?kW^? ）； P₃ 為照明等臨時用電功耗（kW），一般取值 P₄ 為空調功耗（ kW） ； P₅ 為蓄電池充電功耗（kW）； k 為功率因素，取值0.9。

3.3電纜選型

當存量站點電力電纜的載流量無法滿足5G基站設備使用要求時，需要對電纜進行改造設計，電力電纜的載流量和電纜設計選型，可根據查表選擇，選型的同時應考慮電纜的使用溫度、敷設及使用環境，選擇合理的規格。電纜的壓降應符《民用建筑電氣設計規范》JGJ16—2008中相關要求。針對電纜的供電距離，設計人員一是可以參照技術手冊查閱電纜推薦供電距離，二是可以查表核對電纜供電距離。對于供電距離較遠的基站，設計人員應實地測量并復核實際供電距離。

3.4開關電源容量計算

開關電源容量計算方法如式（2）所示：

式中， S_P 為開關電源容量需求（A）； P_s 為存量站點現有功耗（W）； P_I 為新增5G設備功耗（W）； U 為額定電壓（V）; Q 為蓄電池總容量（Ah）。式（2）經進一步變換后， S_P 快速計算表達式見式（3）：

式中， P_A 為通信設備實際功率（W）； η 為容量系數，通常取值0.95。實際建站應用中，為提高5G設備的技術經濟性，新建站常選用50A整流模塊的一體化開關電源機架，改造站及室外機柜選用75A整流模塊的嵌入式開關電源機架較為常見。

3.5蓄電池容量計算

3.5.1鋰電池容量計算

鋰電池比鉛酸閥控密封電池具有更高的放電效率，結構尺寸上也有一定的優勢，蓄電池的容量按3h備電設計考慮，其容量計算如式（4）所示：

式中， Q_L 為電池容量（Ah）； K 為安全系數，通常取1.25; a 為溫度調整系數，寒冷、寒溫I、寒溫ⅡI地區取1.25，其余地區取 1.0^[7] P 為基站功耗（W）。

3.5.2鉛酸電池容量計算

鉛酸電池容量配置計算方法如式（5）所示：

式中， K 為安全系數，取值1.25； I 為負荷電流（A）； T 為放電小時數（h）； η 為放電容量系數； a 為電池溫度系數，式（5）中變量取值按《通信電源設備安裝工程設計規范》GB51194—2016中有關規定執行。

3.5.3梯次電池容量計算及選型

針對存量設備，蓄電池的容量應按峰值功耗進行核算，5G增量設備功耗應按典型功耗進行核算，通過這樣的精細化核算可以減少對蓄電池的擴容和改造，梯次電池的具體備電工況容量計算方法如式（6所示：

式中， K，a 與式（4）一致； P₁，P₂ 分別為一次、二次下電側通信設備工作實際功率（W）； T₁. T₂ 分別為一次、二次下電側設備備電時長，其中 T₁ 不應低于1小時。

針對拉遠站，梯次電池宜選用19寸嵌入式結構，

采用入柜、壁掛等方式安裝，對于機柜站，應選用入柜式19寸嵌入式體積電池，就機房站而言，可選用落地機架式或室內綜合柜體積電池。

3.6空調容量計算

影響空調負荷因素很多，其中設備發熱量、機房建筑結構性傳熱及太陽熱輻射是主要因素，空調的容量應進行詳細的計算，并結合站點當地氣候條件適當修正，具體計算方法如式（7）所示：

Q_?A=K×（Q_?E×1.06+Q_?B-Q_o）

式中， Q_A 為空調總熱負荷； K 為制冷系數，分氣候區域進行修正； Q_E 為所有通信設備熱負荷，取值按直流設備功率的0.8倍計算，1.06為常見開關電源工作效率補償因子（具體可以參照供應商技術資料調整）； Q_B 為建筑結構熱負荷，取值為機房面積（ ?m². ）與單平方散熱量 之乘積[8]； Q_o 為室外AAU、RRU熱負荷，取值為直流設備功率的0.8倍。基站常見空調有1HP、2HP、3HP、5HP技術規格，具體設計過程中應根據運營商不同制式設備散熱量，通過式（7）的計算后進行機房空調配置，建議選擇小容量、多數量空調配置，以實現均勻制冷，擴容時首先考慮新增空調，其次再考慮以舊換新，空調的選用應優先選用單制冷型空調。

結束語

綜上可見，隨著5G基站設備功耗的大幅度增加，5G基站對供配電提出了新的技術要求，因此，在動力配套系統的設計時，需要根據新建站點或改造站點，遵從一定的設計流程，結合實際情況，提出具有針對性的深化設計方案，應充分整合存量站點資源，優先采用共享共建模式，物盡其用，提高投資效率和建站速度。在外市電引入、開關電源及蓄電池等動力配套設計時，應通過合理選型、精確計算和科學的方法，全面提升5G基站建設精細化設計能力，促進5G基站建設“綠色、共享、節能”協調式發展。

參考文獻

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