关于5G通信基站微网格供电的探究

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　　【摘要】    5G时代即将到来，但是5G通信设备负载功率较大， 5G通信基站供电问题面临着巨大挑战。本文以密集城区如何解决5G通信基站供电问题为切入点进行探究，通过试点实例举证，从方案规划、设计、实施及后期的投资、优劣势分析等，基本达到预期目标。
　　【关键词】    5G通信电源    微网格供电
　　5G时代即将到来，2019年5G即将试商用，2020年将正式商用，5G通信会给人民的生活带来质的变化。例如：无人驾驶、4K高清、VR等应用全部要靠5G网络的承载方可完成。5G来了对应用层面带了诸多利处，但是作为为运营商提供电源配套的铁塔公司而言却面临着诸多压力和挑战。通过华为、中兴等厂家公布的5G设备负载功率情况来看，其功率是目前4G设备的3-4倍，其BBU功率达到1100W，AAU功率达到了1100W，那么5G通信基站对电源的要求将会更高，如何能够满足运营商的需求，实现5G通信设备的稳定供电给铁塔公司提出了新的要求。5G基站初期部署基本都在主城区，而原来的基站大部分为转供电，其电力容量严重不足，勉强能够满足4G设备的运行，如果增加5G市电无法满足，本文就如何实现密集城区5G基站供电问题进行探究。
　　一、5G网络供电组网探索
　　由于5G基站供电负荷大，且初期均在密集市区部署，那么每个站点都单独外引大容量外市电一是投资大，二是供电部门也不会批准，所以需要设置能源中心，集中引入大容量外市电，然后再通过能源中心给周围的5G基站供电，那么能源中心的选取尤为重要，要考虑外市电引入的成本，同时要考虑要尽量多的承载5G基站，鉴于以上情况，制定了以下集中供电组网方式：1、星型+链型+树型组网方式，该组网方式较为综合，适应场景较多，将能源中心周围的5G基站集中供电;2、星型+链型组网方式，该组网方式是借助于现网宏基站作为能源中心，能源中心只需增加外市电容量，不需增加物理位置;3、是树型组网方式，该类组网方式对电缆的线径要求比较高，如果在城区远距离供电线缆布放存在困难，不建议应用此类型组网。
　　二、设计供电基本原理
　　由于设置了能源中心，那么势必要满足尽量多周围的5G基站，如果通过传统的电力线缆从能源中心布放到基站，一是线缆线径过大，无论是管道布放还是架空都很难在密集城区施工。二是无法较远距离的输电，普通4*35的电缆输电线路达到2km后，到达基站的市电基本已经无法使用。鉴于以上情况，本文提出新的供电思路，送过内部交流高压远供的方式来解决线径粗、远距离输电的难题。
　　供电原理：在有市电的情况下，电接入配电箱，然后分相使用给基站供电，如：A相电220V通过升压变压器提升至1000V，经过2*4mm2或2*6mm2耐压1500V的高压铜芯电缆传输，到基站侧的降压变压器降至220V，给设备供电，B相、C相电同样原理实现升压和降压为负载供电。如果外市电停电后则启动油机发电，三相油机发电后也同样通过A、B、C三相电分别通过升压降压给负载供电。
　　保护措施：由于能源中心到基站侧都是传送的1000V的高压，所以对线路及设备增加了防护手段，每台变压器上均安装漏电、过载短路、防雷击保护。一旦线路出现短路情况，变压器侧的保护熔丝瞬时断开，同时由于高压远供负极与大地隔离，所以就算人手触碰到单根电缆是不触电的。
　　通过该方案为基站供电的目的尽量控制基站电力开户的数量，通过微网格化供电方式，设置集中供电的能源中心，只需集中引入大容量外市电，然后通过集中点对周围的基站进行供电。由于密集市区无法布放粗线径电缆，通过交流高压远供方式减小线径，同样是20kw功率的负载，普通电缆为220V电压，那么通过的电流是91A电流，如果使用铜芯电缆需要至少2*16mm?，线径非常大。而通过高压远供方式，同样是20kw的功率，由于电压是1000V，那么只需2*4mm?的铜芯电缆即可，基本与48芯光缆线径相当，方便在管道布放，同时可以保证远距离传输，最高可传送20km，所以能够使能源中心的效率达到最大化，不会受基站距离限制。
　　三、应用案例介绍
　　本项目采用星型+树型结构组网，东郡小区的宏站及微站使用A相电，负载为8.89kw，山水上城使用B相电，负载为7.2kw，江南一品使用C相电，负载为6.5kw。
　　由于东郡小区微站集中点与东郡小区1号楼基站在一个方向且都在小区内，所以通过供电端1台变压器带受电端2台变压器完成供电。后期增加5G也先开通宏站的5G，总负载在15kw左右，其他2个站点后期各增加2套5G系统功率都在15kw以内，完全可以满足。
　　四、负载能力测试
　　为了测试供电系统最大带载能力，由于现网站点功率较小，无法验证供电系统承载单站15KW（现网+2套5G）的负载能力，所以定制了模拟负载测试仪，通过分档增加负载，观察供电系统运行情况，经过测试单基站达到15KW时供电稳定。
　　试验结果：供电电压随着负载功率加大波动在设计范围内，功率满足设计要求，适应突变能力强，对现网设备无干扰;
　　实际使用：市电中断，电池放电，经逆变器输出，带载切换时间为0秒，基站工作正常，无闪断现象。
　　五、项目投资分析
　　该试点项目总投资36万元，其中包含了能源中心建设、后备电源的配置、大功率UPS配置，到基站的线缆材料及施工费、变压器材料及施工费用。
　　同时通过电费成本分析，由于原来的转供电江南一品1.5元/Kwh，其他三个站点都是1元/Kwh，而改为直供电后单位电价为0.69元，根据历史电费的核算，改为集中供电后每月节约电费4800元，每年节约电费5.8万元，基本六年即可回收成本。
　　六、优劣势分析
　　优势：电缆线径细（D13mm），成本低，布线施工容易;电缆与大地隔离，配备相应的安全防护设施，供电安全有保证;针对不同场景，应用灵活，丰俭自由;相对集中供电，便于停电保障;便于转改直和资源整合利用;供电距离远。（实际应用≥12Km）。
　　劣势：仅就单站改造，成本较高，如果发挥规模优势并结合资源整合，就能转劣为优;因电力需求集中，一次性投资较大（比如使用专变）。
　　参  考  文  献
　　[1] YD/T1051-2010，通信局（站）电源系统总技术要求（13-15）.
　　[2]樊宏，李新领，关于远供电源在移动分布式基站建设中的应用[J].科技资讯，2010（21704）：66-68.
　　[3] 胡崇崇 5G關键技术的特征和面临的挑战[J].通信技术2009-10.
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