5G基站电源规划及改造方案

王大鹏，姜 艳

（吉林吉大通信设计院股份有限公司，吉林 长春 130000）

0 引 言

现阶段，5G建设造成基站功耗明显增加。三大运营商已经开始对5G建设进行实验部署，部分发达城市及特殊高校已进入组建模块网络的测试阶段，5G的能源功耗对运营商的建设运营压力有着明显的影响。目前，电力设施铺设对5G大范围、密集部署支持有限。下面以如何解决5G电力设施的压力，科学合理展开密集站点部署为内容展开研究，以全面推进5G建设。

1 5G耗电问题

在新一代5G通信运营领域，5G网络多由三大运营商负责。而其中中国电信的运营商对现有的5G运行提出了“5G网络耗电严重，电费让运营商难以为继”的重要问题。5G运营商在5G设施运行过程中承受着设备耗电方面的压力。5G的站点功耗大约在150 W/d，按照当前的电费来计算，每天5G基站的花费达225元。此种功耗增加了5G日常运行维持难度，甚至对后续密集5G基站安装工作构成阻碍。

2 5G站点电源

就5G的商用部署层面展开分析，5G的电力设备要比4G电力设备消耗高出2倍，对电力设备的影响较大，需要新增配电柜。就5G的实验部署来看，5G的室内基带处理单元比4G设备室内基带处理单元能量消耗更大。在5G集成机柜上放置多个基带处理单元时，单柜的能源消耗可达10 kV，较高的消耗量以及密集的基带单元导致5G站点散热问题突出。5G的机柜各种机构部署对于内部的线路也会产生严重影响。散热问题、传输的线路设计问题均是基站电源建设设计时需考虑的关键事项[1]。

2.1 5G站点的电源构成

通常，5G站点电源系统由直流与交流供电两部分组成，其中直流供电系统由高频开关组合电源、蓄电池组组成，交流供电系统由一路市电电源、一路移动油机电源、浪涌保护器、交流配电箱（具备市电油机转换功能）组成。

2.2 基站电源需求及方案的变化

同比于2G/3G/4G基站电源，5G基站在电源需求方面发生了巨大变化。前者设备功率较小，而后者设备功率呈大幅增长。就5G基站AAU单扇区功率而言，其相较于4G基站RRU呈现出明显的提升，由4G的80W上升至200W。此外，5G单站设备功耗可达4 000 W及以上，远远超出4G单站功率。另外，5G基站所对CU/DU施以集中部署，并采用AAU拉远方式，故可能会造成HVDC直流拉远，或者DPS分布式供电[2]。对于5G基站建设，其用电量的大幅提升势必会引起电源供电能力相应提高，电源设施、运营成本随之增长。因此，全面来看，对于5G基站电源而言，其在供电能力、方案及成本等方面均较4G基站电源发生了较大改变。

3 5G基站的电源改造

在5G电站的电源设计中，不仅基站内部设备对电源供应有所影响，新增设备及其他扩容电池的影响（照明、温控）也需纳入建设规划中。

3.1 直供电改造

安装5G设备时，直供电是大部分外接电源的选择。当直供电的功率达不到预期时，应接入智能电路系统，保证5G通信设备正常运行。在用电高峰进行放电，减少直供电压力；在用电低谷进行存电，减少直供电的运行压力。当旧的线路无法支撑5G设备时，接入新的线路，提供一组新的电力线路来对5G设备的大量消耗单独进行补给。在条件允许的情况下，更换原有的电力线路[3]。

3.2 开关电力控制管理

3.2.1 空气开关

原来的空气开关的容量已经达不到标准，需要更换原来的空气开关型号，将原来的基站空气开关转为基站容量的空气开关，使其与直供电的标准相一致。

3.2.2 -48 V电源系统与+24 V电源系统

对于新增设备，可直接利用现有直流系统供电。若开关电源容量可有效满足新增设备需求，则需要对整流模块进行扩容；如果开关电源容量达不到要求，应采用新的开关电源。

对于机房面积、市电容量乃至楼板荷载等条件，在基站均可予以满足的情况下，可新增-48V直流电源系统。若条件有限，则可新增+24V/-48VDC/DC变换器，为5G设备提供电力。对于原有+24V开关电源容量需进行考量，然后对新增直流变换器进行母线排引接，依据本期负荷进行DC/DC机架输出容量及模块数量配置。

3.2.3 室外一体化机柜开关电源

对于一体化开关电源，现有的接入系统在3个或以上，故可增设1套一体化开关电源，而非于原电源系统进行设备新增。对于现有一体化开关电源，其对应的接入系统在3个以下时，可考虑在容量满足的前提下直接新增设备，若存在设备空间不足的情况，则应新增设备柜。

3.3 电池改造

现有的机柜电源为铅酸电池，在新增的5G设备（CU+DU+3AUU）影响下，设备功耗大量提升，在断电的情况下无法保证紧急情况下3 h内5G设备的紧急用电需求。

机房原有设备耗电为52 A，在增加5G设备（CU+DU+3AUU）的影响下耗电能力提升为原来的8倍左右，需增加电池容量或更换新电池技术来保证电流正常运行。可将原有铅酸电池改为新型锂电池，对于后期电池充放电、电池容量均有较大的影响[4]。

3.4 新增梯次电源

现有的室外一体化机柜分为电源柜和设备柜，开关电源在150 A，电池的容量在150 Ah左右，在紧急情况下设备无法继续运行3 h左右。对此，蓄电池的电容量需增加至300 A，电池容量增加至356 Ah左右，以此保障5G设备功率消耗需求。通过现场探测，确定基站电源需求，在满足电源容量的基础上进行机柜改造，若不能，则需新增机柜，以容纳300A开关电源，并对100Ah梯次电源予以更换。

3.5 蓄电池改造

根据5G设备的功耗以及紧急情况，蓄电池改造需采取以下措施：首先，确定电池容量；其次，确认蓄电池的工作需要功率后，制定电池改造方案；最后，无法满足5G设备运行需求的电池应进行更换，可选择锂电池，其成本、容量优势均优于铅酸蓄电池。

3.6 二次下电改造

二次下电主要是为保障传输设备正常运行。开关电源的交流电为断电状态时，由蓄电池对负荷继续供电。但对于蓄电池，其电量相对有限，电压降至一定水平后，设备电源供应会切断，即为一次下电。由蓄电池向传输设备继续供电，至蓄电池对电压保护时将全部电源供应切断，对蓄电池实施保护，即为二次下电。

3.7 开关电源改造

对于开关电源的改造，应结合G5设备功耗确定开关电源需求，并对现有开关电源在新增设备时的容量进行综合考量，以判断可实行的改造方案。如果机架的容量有限，需要更换较为适配的开关电源；如果电源的整流模块已经老旧，无法升级或者同型号替换，应更改或新增电源[5]。

3.8 整流模块改造

旧站点有大量整流模块分布，因蓄电池的充电需要，现存的整流模块根本达不到5G基站的设备功耗需求。为此，整流模块需对适配5G大功率消耗进行扩容改造，需要对基站新增2个50 A整流模块进行扩容满足5G需求。

3.9 转供改为直供

新增大量的5G设备对市电的容量也有一定的影响，在220 V的供电影响下，可能会对5G设备的运转造成一定的影响。后期的5G设备增加，对转供电的压力也越来越大，所以应申请将220 V改为380 V进行供应，电容量改为35 kVA的线路标准。

4 配套电源的改进措施

4.1 光电一体化

未来，在光电一体化将整个城市的主干道覆盖的情况下，运用5G微小基站，可实现5G基站合理布局，并可将传统的电箱及光纤有机结合，避免资源浪费。

4.2 微站电源

在小型的5G工程上，建设微小的室外基站，可发挥极大的作用，而且5G装置可简化安装步骤。

4.3 太阳能等绿色供电

部分基站5G的电力供应是一个重大问题，可通过太阳能等绿色供电的方式进行补充，提升自然资源利用率，并降低5G设备的用电需求。

4.4 多站点信息交互

通过对信息的精准把握，可对站点设备的使用情况进行有效调控，如调低或关闭设施如空调、电灯等功率，降低设备耗损程度。

5 结 论

在未来，5G网络站点密集，且有宏站与微站之分，能源的消耗问题将会日渐凸显，对于5G站点电源的建设面临诸多挑战。对此，运营商在进行站点布置时，可通过电源改造提高5G站点电源供电能力，减少使用成本。