高压直流远供在5G建设中的应用

谢利强

（广东省电信规划设计院有限公司，广东 广州 510630）

0 引 言

近年来，移动通信技术发展迅猛，技术迭代层出不穷，移动通信深刻改变了人们的生产、生活方式。而新一代无线通信技术5G的日益普及，将使人们的生活更加丰富多彩。

2020年3月，中共中央提出要加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度，使经济发展迈入新的阶段。5G网络建设作为“新基建”的领头羊已成为推进数字经济发展的先导领域，是推动数字经济社会高质量发展的重要引擎。

基于5G网络建设实践，针对5G网络设备功耗大与供电紧张的矛盾，提出一种储能站+高压直流远供的供电解决方案，以推动5G网络“更快、更省、更高效”的建设。

1 5G建设中供电面临的困难

由于目前5G网络设备满载功耗3.5～4.0 kW，是4G设备功耗的2.5～3.5倍。5G单系统市电容量需求为8～10 kVA，而当前已有存量基站的市电引入容量普遍在10～20 kVA，可利用余量不足，对基站的市电保障和后备电源提出了巨大挑战。

1.1 市电增容改造难

受限于上级变压器容量和供电部门可提供的增容空间限制，以及工程实施前基站外市电引入现状的摸排信息准确性及可用性，包括当前引入容量、上级变压器可免费增容容量、引入线缆规格以及断路器容量等。

对于原引入为转供电方式的基站，如果业主侧引入容量不足，在综合考虑业主用电和基站用电需求后由业主向供电部门申报增容。

1.2 转供电改造困难

原供电方式为转供电的站点，受限于业主侧引入容量、业主与基站用电需求及引入线缆规格等因素。如果引入容量不足，则确认用电需求后由业主向供电部门进行增容申报，并根据引入线缆情况进行必要的改造。如果无法增容，则需重新引入一路外电或进行转改直改造。

1.3 拉远站增设后备电源问题

基站原建设方式为交流拉远供电，无后备电源或后备电源容量配置较低。在5G时代，由于无人驾驶、工业生产中工业机器人等场景应用与5G的紧密结合，对5G基站后备电源的稳定保障提出了很高要求。

1.4 后备电源扩容难度大

后备电源扩容主要通过新增或替换方式进行，受限于机房/机柜可用空间、机房/机柜所在楼面承重负荷、原有后备电源配置情况及实际运行状态等因素，并统筹考虑经济效益评估方案选择最优建设方案。

1.5 5G站址密集，供电环境复杂

5G基站覆盖范围与工作频率有关，从目前主流的3.5 GHz频率组网来看，密集市区站间距在200～300 m，一般城区与县城在300～400 m。较弱的覆盖能力需要建设更多的站址才能满足5G网络连续覆盖要求。

密集站址的建设对供电保障也提出了巨大挑战，由于城区供电环境的复杂性，在市电增容、后备电源扩容等建设方式中都存在建设难度大、投资回收期较长等问题。

2 高压直流远供解决方案

随着通信技术的发展和移动通信业务的不断扩大，5G网络建设大力推进，宏基站、小基站、微基站及MIMO等设备布网密度越来越大，要求供电系统传输距离更远、传输功率更大，单站点用电负荷是现有网络的3倍及其以上，而现行的380 V/220 V交流拉远、48 V直流远供电源系统等配电方式已不能满足通信网络深入优化、应用不断延伸的需求，尤其不能满足5G网络设备（如宏站、微基站、MIMO等）高密度分布、总体耗电激增的需求。

2.1 设计思路

改变传统外电引入单站单点设计思维，结合储能站址建设，通过供配电综合解决方案以点带面，统筹考虑供配电网络与储能站，从供配电网视角对站址规划进行网格化划分，以供配电微网建设为抓手，实现网格内基站供电保障综合解决。

通过能源管理系统平台，供配电微网形成规模不大的独立系统，自主实现自我控制、保护和系统管理的功能，既可以与外部供电网协同运行，也可以独立运行。

利用削峰填谷、光伏供电、锂电储能等方式，在合适的基站建设储能基站，与周边基站通过高压直流远供系统组合成供配电微网。通过高压直流传送方式，储能站对网格内所有基站进行不间断供电。同时，通过能源管理平台，实现对网格内所有基站的统一集中管理与调度。

通过供配电微网方案，可取消网格内储能站外其他站点的电源柜、空调、电池等设备的配置，节约投资；可实现集中供电、集中管理、集中维护；网格内应急发电工作集中到储能站，节省成本、人力，提升应急保障能力；实现维护“保一点带多点”的模式，达到零断站目的；解决拉远站无备电或备电能力弱的问题，提升通信设备的稳定性和网络保障能力。

2.2 系统组成

高压直流远供系统是一种独立的电源系统[1]，由局端和远端共同组成。将储能站稳定的-48 V直流电或380 V/220 V交流电经局端机升压、隔离、保护处理后，成为悬浮的直流高压电流，通过电力电缆、光电复合缆或通信电缆[2]等传送至远端站点，并经远端机隔离、保护处理后，接入站点通信设备，实现远端站址稳定供电保障。

目前，一些通信设备无需DC/AC转换，支持240 V等高压直流系统的直接接入。

在高压直流远供系统中，储能站担负着微网网格内大脑角色，通过储能站实现削峰填谷、需求侧响应等功能，同时采用高质量储能电池建设集中式储能基站，可以发挥跨电网配电台区进行联网的优势，并可利用储能站储能电池集中堆放优势，探索光伏、风力等新能源发电技术应用。

2.3 应用场景

高压直流远供系统应用场景主要包括不具备外市电引入条件或引入费用较高的站址，市电稳定性差、原引入为转供电等需进行改造的基站，存在新建站串行分布的高铁、高速覆盖场景，景区、高山等场景维护成本高、发电难度大、成本高的站址。

2.4 规划方法

分析现网存量站址供电、用电情况，并结合年度站址滚动规划方案，以供电综合解决方案、电费打包交易和需求侧响应为抓手，制定储能+高压直流远供解决方案。

2.4.1 分析用电环境

现网基站供电、用电环境包括现网基站外市电引入方式、引入容量，最近一年现网基站电量消耗数据，最近一年全网基站断电频次、断电时长分析结果，转供电高发区域，拉远站高发区域，高电价区域，偷窃电易发生区域，公网变压器分布、自建变压器分布区域。

2.4.2 嵌入站址滚动规划成果

将年度站址滚动规划结果嵌入高压直流远供方案规划中，统筹分析新建站址规划、存量改造站址规划，为供配电微网网格规划、优化提供数据支撑。

2.4.3 积极利用电费优惠政策

协商供电部门，积极利用电费优惠政策，参加电费打包交易，利用电费高峰时段需求侧响应，借助储能站储能优势，充分发挥削峰填谷技术在供电保障方面的作用。

2.4.4 制定高压直流远供解决方案

根据前述分析数据，统筹考虑存量站址改造工作和新建站址分布，进行电力网格划分。以网格为单位，积极利用网格内新建站址或机房、供电条件均较好的存量站址作为储能站，以点带面，进行高压直流远供解决方案实施、建设，以此改善网格内站址供电环境。

2.5 设计方法

高压直流远供解决方案包括储能站选址、设计及网格内直流远供系统设计。

2.5.1 储能站建设

储能站选址优先选用网格内新建站址，其次选用机房空间、供电条件均较好的存量站址[3]作为储能站进行建设。

储能站利用高质量储能电池进行储能，并通过能源管理平台对网格内站址远供供电进行统一管理和调度[4]。

2.5.2 高压直流远供系统建设

储能站局端设备将直流48 V电源的电压升压为240 V/336 V/600 V等高压直流[5]，通过专用电缆或光电复合缆传送至远端基站，经远端设备将电压降低至直流-48 V或交流220 V对通信设备进行供电。高压直流远供系统原理图如图1所示。

2.6 方案分析

在传统的基站建设中，外电引入多以“一站一引”方式实现，引入成本高，后期维护及扩容难度较大。与传统基站供电方式不同，集中高压直流远供系统供电成本相对较低，引入方式灵活。并且由于设备数量减少，在提高系统维护、监控效率的同时可降低运维成本。传统供电方式与高压直流远供的不同之处具体见表1。

图1 高压直流远供系统原理

表1 传统供电方式与高压直流远供对比

3 结 论

由于各基站情况不同，建设方式、现网负荷、外电引入方式及引入容量、5G部署情况等存在差异，各地建网策略的差异会影响工程建设的实施。所以，在实际工程建设中应因地制宜，充分分析现网运行数据，并考虑远期规划情况，合理进行网格划分、储能站规划及高压直流远供解决方案的应用，结合投资效益评估及工程实施进度要求，使建设方案最优化。