5G基站电源配套精细化设计方法的探讨

陈云生

（广东省电信规划设计院有限公司，广东 广州 510630）

1 引言

电信企业进入5G大规模建设阶段，不仅建设任务艰巨，而且5G系统功耗大、设备组网形态不同等改造难度大，为了更好更快地推进5G 建设落地，电源配套采用精细化设计方法+创新产品方案，精准配置，最大程度利用存量资源，保障5G快速部署[1]。

传统电源配套设计通常都是根据设备额定功耗+蓄电池充电+空调计算，设备实际运行功耗从监控平台看仅有整体额定功耗之和50%左右，设计容量远大于实际站点需求。5G基站设备功耗较2G/3G/4G基站设备有大幅上升，随着5G网络的大规模部署，存量基站成为快速部署网络的基础，如按照传统建设和设计方法，将会使基站电源配套大幅度扩容和改造[2]。

2 精细化设计方法

2.1 充分核算存量电源，精细化设计方案

充分核算存量电源，合理利用现有配套资源，精细化设计方案[3]。在开关电源和电源模块容量核算时，存量设备的功耗不应按照传统设计典型功耗进行计算，需按现网实际功耗（蓄电池未充电状态下，现场开关电源或远程监控系统中的电流值*电压值）进行核算；5G 网络设备功耗按照典型功耗（约3500W 70A）进行核算；通过存量电源需求容量精细化核算减少对开关电源和电源模块的改造和扩容。

（1）当存量蓄电池容量及开关电源容量能够满足存量负载及新增5G 3小时备电需求时，直接共享存量资源，配套系统不增配。

（2）当存量蓄电池容量满足整站3 小时备电，但存量开关电源容量不满足存量负荷及新增5G 负荷需求的，需采用整流模块扩容、差异化备电改造、高效整流、电源控制器或插框并联等方式改造共享。

（3）当存量蓄电池容量满足存量设备3 小时+5G 设备1小时备电时，需采用整流模块扩容、差异化备电改造高效整流、电源控制器或插框并联等方式改造共享。

1）蓄电池需求容量满足整站3小时备电精细化核算方法

注：电池为铅酸电池时，容量系数取0.75；电池为锂电池时，容量系数取1。

2）蓄电池需求容量满足存量3小时+5G 1小时备电精细化核算方法

注：锂电池1 小时放电率时容量系数取0.9；铅酸电池1小时放电率时容量系数取0.55。

3）开关电源需求容量精细化核算方法

注：电池为铅酸电池时，容量系数取0.75；电池为锂电池时，容量系数取1。

4）整流模块需求数量精细化核算方法

注：锂电池1 小时放电率时容量系数取0.9；铅酸电池1小时放电率时容量系数取0.55。

2.2 差异化备电，精细化设计蓄电池

（1）一般模式：缺乏替代产品和方案，多数站址均通过新增蓄电池满足5G备电需求，存量蓄电池共享利用率低[4]。

（2）精细化模式：当存量蓄电池容量满足存量设备3 小时+5G设备1小时备电需求，开关电源系统容量满足扩容需求但不具备分级下电功能，可通过新增差异化备电设备利旧存量蓄电池，提高存量蓄电池利用率，精准备电、分路计量、加电起租监控、远程开断节能，减少增配容量降低建设成本。

（3）举例：某站点，直流电流25A，开关电源总容量为300A、配置4个50A模块，现场配置300Ah铅酸蓄电池、核容容量约290Ah。

精细化核算：本次新增5G设备（3500W 70A）一套，经核算存量蓄电池不满足整站3小时备电需求，但满足存量设备3小时+5G设备1小时备电需求，存量开关电源整流模块容量满足整站需求，可通过差异化备电改造方案满足本次需求。

1）不满足整站3 小时备电容量核算：（25A+70A）*3h/0.75=380Ah，高于现有蓄电池核容容量，无法满足。

2）满足存量设备3 小时+5G 设备1 小时备电需求容量核算：

（25A+70A）*1h/0.55+25A*3h/0.75=273Ah，低于现有蓄电池核容容量，满足需求。

3）开关电源容量核算：25A+70A+380Ah/10h=133A，低于现有整流模块容量，满足需求。

2.3 电源控制器，精细化设计开关电源

（1）一般模式：存量蓄电池容量不满足新增5G设备备电时长需求，需新增一套开关电源+蓄电池。

（2）精细化模式：存量蓄电池容量不满足新增5G设备备电时长需求，且5G设备与存量负载备电时长不一致的，可通过新增电源控制器增加相应容量的蓄电池。电源控制器设备通过控制开关电源、蓄电池和5G设备之间链路的通断，保障5G设备及电池在放电阶段与存量负载及开关电源之间相互隔离，实现5G负载与存量负载差异备电，降低约50%建设成本。

（3）举例：某站点，存量开关电源为动力源嵌入式开关电源，满架300A，目前配置200A；电池配置2组100Ah锂电池，实际容量约240Ah；设备负载60A。

精细化核算：本次新增5G设备（3500W 70A）一套，经核算存量蓄电池不满足存量设备3小时+5G设备1小时备电需求，存量开关电源整流模块容量满足整站需求，采用电源控制器+1组100AH锂电池方案满足备电需求并实现5G设备1小时备电。

1）不满足存量设备3小时+5G设备1小时备电需求容量核算：

（60A+70A）*1h/0.9+60A*2h/1=325Ah，高于现有蓄电池核容容量，不满足需求。

2）开关电源容量核算：60A+70A+300Ah/10h=160A，低于现有整流模块容量200A，满足需求。

3）效益：采用电源控制器方案节省成本可压降50%左右，无需新增独立开关电源。

2.4 插框并联，精细化设计开关电源

（1）一般模式：蓄电池容量满足存量设备+5G备电需求，但嵌入式开关电源系统容量不满足需求，需新增一套开关电源+蓄电池。

（2）精细化模式：存量开关电源为嵌入式开关电源，且无法通过模块扩容方案满足新增5G 需求的，可通过插框并联的技术方案，增加一套嵌入式开关电源系统，并与存量电源并联工作，由新增开关电源的监控模块对两套设备进行统一管理，共用交直流配电等部件。

（3）举例：某站点，直流电流100A，开关电源总容量为200A，两组400Ah铅酸蓄电池、核容容量约600Ah。

精细化核算：本次新增5G设备（3500W 70A）一套，经核算存量蓄电池满足整站3小时备电需求，存量嵌入式开关电源整流模块容量不满足整站需求，初步考虑模块扩容方案，但由于机架容量不足，最终应用插框并联方案满足客户需求。

1）满足整站3 小时备电容量核算：（100A+70A）*3h/0.75=680Ah，低于现有蓄电池核容容量，满足备电需求。

2）开关电源容量核算：100A+70A+600Ah/10h=230A，高于现有整流模块容量200A，本次需新增一套100A插框并联设备。

3）效益：插框扩容方式相较于整机替换方式可节省成本比例约40%，且无需割接、周期短。

2.5 高效整流，精细化设计整流系统

（1）一般模式：存量站点多为传统电源，5G功率需求高，导致整流系统效率降低，线损增大，供电距离变短，无法适应新增5G系统需求[5]。

（2）精细化模式：通过对整流系统进行精细化设计，采用57V恒压输出供电，降低线损，增大供电距离，提升系统效率。

1）5G供电线损核算

供电距离≤30m AAU 能正常工作，电池能正常放电，线损在11%以内；供电距离在30m～50m AAU能正常工作，电池不能正常放电，线损在11%～20%之间；供电距离≥50m 低于36V，AAU不能正常工作，线损≥35%。

2）存量站升压系统

在存量站点上对整流系统进行改造，增加升压设备，整体系统效率可从89%提升到92%；供电线路从30 米提升到80米，线路减损降低3%。

3）新建站升压系统

在新建站点上，直接采用57V 恒压输出供电整流系统，整体系统效率97%，供电线路从30米提升到80米，线路减损降低3%。

3 结语

随着5G的规模建设，共享难度越来越大、单项目造价越来越高，方案合理性对投资效益影响较大，电源配套精细化设计必须立足做大共享，深入挖掘存量资源潜力，方案产品创新，优化建设方案，降低建设成本，对5G 网络快速部署具有建设指导意义。