宋現(xiàn)銘

摘要：伴隨著我國科技水平的發(fā)展，5G被廣泛應用在通信系統(tǒng)中。5G通信基站耗電量較大，引入分布式供電（DG）單元能對其進行一定的電能補充，但DG單元易受氣象條件的影響，導致通信基站節(jié)能供電系統(tǒng)運行不穩(wěn)定。為提高通信基站節(jié)能供電系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，提出了一種基于直流母線電壓信息自動切換的控制策略，所提控制策略能夠維持通信基站節(jié)能供電系統(tǒng)穩(wěn)定運行，實現(xiàn)不間斷供電，為未來設計節(jié)能型5G通信基站供電系統(tǒng)提供了一定理論依據(jù)。

關鍵詞：5G;通信基站;節(jié)能;供電系統(tǒng);控制策略

引言

5G具有“高帶寬、低延時、大接入”等特點和優(yōu)勢，可在不同行業(yè)及領域進行應用，5G網(wǎng)絡更是實現(xiàn)將智能化建設向縱深推進的動力。但5G天線因高載波頻率與小覆蓋半徑等短板，要到達4G同等網(wǎng)絡覆蓋的目標，需大量增加站點密度。從能源的角度看，在5G時代運營商面臨的問題主要有：5G單站點的功耗大相比4G將大幅增長，例如多數(shù)商家運營商共享BBU宏站總功耗逼近30KW，據(jù)分析比較4G基站功耗增加約90%。其次，在5G大功率AAU拉遠供電場景中，線纜壓降過大導致線纜損耗過大，甚至部分遠端電壓低于設備工作電壓，導致AAU無法工作。為了滿足電力需求，市電擴容成本高、周期長。將嚴重影響5G部署節(jié)奏且大幅增加投資，大部分存量站址的開關電源、蓄電池、空調(diào)等需擴容改造，對現(xiàn)網(wǎng)基站改造要求高，投入高，改造難度大，改造工期不可控。同時大量的末梢站點將會被部署，整個網(wǎng)絡的功耗將呈倍數(shù)增長，建設成本大幅增加。運營商耗電量大，勢必要增加運維成本。由此可見，能源也是制約5G發(fā)展的關鍵之一，要進行迅速的部署5G網(wǎng)絡，就必須先解決能源供給問題。這對于供電系統(tǒng)的部署難度、能耗、安全性、穩(wěn)定性、可靠性及運營等帶來新的挑戰(zhàn)。由于基站所在場景不同，現(xiàn)存量站資源均有差異，若要做到5G電能在部署上做到能源智能化，節(jié)能高效化，供電更高效，供電方案也需“一站一案”。

1基站電源系統(tǒng)及5G設備功耗

1.1基站電源系統(tǒng)組成

基站電源系統(tǒng)主要包含交流供電系統(tǒng)、直流供電系統(tǒng)和接地系統(tǒng)三個部分。交流供電系統(tǒng)包含市電引入、移動油機、浪涌保護器、交流配電箱等。直流配電系統(tǒng)包含高頻開關組合電源，蓄電池等。

1.2典型5G設備功耗需求

5G設備功耗大幅度提高，對基站電力配套帶來了更大的挑戰(zhàn)。5G部署初期，設備形態(tài)以CU（集中單元）/DU（分布單元）合設方式進行建設，根據(jù)設備供應商提供的設備功耗，5G設備標稱功耗約是LTE（長期演進）標稱功耗的3倍。

2通信基站節(jié)能供電系統(tǒng)控制策略

2.1基站設備節(jié)能方案

針對移動通信基站中的設備，在節(jié)能過程中可以從如下三方面入手。第一，對移動通信基站中的無線網(wǎng)絡進行規(guī)劃，盡量減少基站的數(shù)量，選擇的設備需要具有容量大、設備能耗量低的特點，降低擴容成本。第二，將功放技術的應用價值充分發(fā)揮出來，提高整個移動通信基站中的功放效率。第三，使用分布式的建設方法，減少設備中的饋線損耗情況。

目前，在移動通信基站設備系統(tǒng)中，應用的節(jié)能技術主要包括如下兩種。第一，高效功放技術，其中包括Doherty技術、包絡跟蹤技術以及包絡消除技術等。在實際設備節(jié)能工作中應用范圍最廣的技術為Doherty技術，該技術在實際應用的過程中具有負載牽引力，保證均值放大器和峰值放大器在飽和狀態(tài)下，提升整個移動通信基站的功放效率。而將該技術與數(shù)字預失真技術相互結合，與傳統(tǒng)功放技術相比，能夠提升功放效率27%以上，生產(chǎn)難度較低，所占體積較小，可靠性高，使用成本低，因此該技術具有較高的應用價值。

第二，分布式基站技術。該技術主要將基站分為兩部分，分別為基帶和射頻。這種方式能夠降低射頻產(chǎn)生的饋線損耗量。此外，該技術對使用環(huán)境的要求不高，不需要空調(diào)控制溫度，也不需要建設機房，因此應用成本也較低。在基站近端，可以將電源、傳輸系統(tǒng)以及監(jiān)控系統(tǒng)安裝在一個機房內(nèi)，保證移動通信基站中集中供電質(zhì)量。這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)整個基站的集中供電，降低維護管理難度，適合大范圍應用。

2.2電源設備節(jié)能

2.2.1開關電源節(jié)能

采用開關電源智能休眠技術，通過基站高頻開關電源智能化控制技術，自動關閉冗余模塊使系統(tǒng)工作在最佳效率點，從而實現(xiàn)節(jié)能降耗。

2.2.2蓄電池節(jié)能

（1）蓄電池溫控柜。a.室內(nèi)型恒溫電池柜。主要由柜體、電池架和空調(diào)構成，可控制柜內(nèi)溫度在15-25℃范圍內(nèi)。b.室外型恒溫電池柜。室外一體化電源蓄電池倉采用獨立溫控設計，使用TEC半導體空調(diào)進行溫度調(diào)節(jié)，為蓄電池提供良好的工作環(huán)境。

（2）蓄電池地埋。蓄電池采用地埋方式可以防盜，也可減小室外高溫對電池壽命的影響，延長電池壽命。但電池地埋必須解決好防水、通風散熱、排氣等問題。

（3）鐵鋰電池。鐵鋰電池具有以下優(yōu)點：循環(huán)壽命長;體積小重量輕;對環(huán)境無污染;適用于室外環(huán)境，工作環(huán)境溫度范圍要求較寬;安全性高;充電速度快。

2.3基站供電系統(tǒng)節(jié)能方案

移動通信基站中的供電系統(tǒng)主要負責給基站中的所有用電設備供電，為了降低其存在的能量損耗，可以將電源智能休眠技術應用其中，保證整流模式處于最佳狀態(tài)，減少其存在的帶載損耗以及空載損耗，從根本上實現(xiàn)供電系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保。此外，還可以將太陽能和風能等能源應用其中，替代原有的能源。這種方式能夠拓展移動通信基站的建設范圍，使其能夠在我國偏遠地區(qū)建設。

目前，移動通信基站供電系統(tǒng)中應用的節(jié)能技術為開關電源休眠技術，根據(jù)供電系統(tǒng)中電流的負荷情況，對整流模塊的工作進行有效調(diào)整，同時采用軟開關技術，實現(xiàn)工作整流模塊數(shù)量的自動調(diào)整。例如，整個供電系統(tǒng)的負荷量較小，則該部分模塊能夠處于休眠狀態(tài)，保證其他模塊的運行狀態(tài)，降低系統(tǒng)中出現(xiàn)的空載損耗情況，進而實現(xiàn)供電系統(tǒng)的有效節(jié)能。

在移動通信基站節(jié)能方案應用的過程中，需要保證方案設計的安全性，將機房溫度控制在10～35℃，空氣質(zhì)量保持在B級以上。節(jié)能技術的應用需要保證多樣性和可行性，根據(jù)基站建設的實際情況，選擇相應的節(jié)能技術，進而將節(jié)能技術的應用價值充分發(fā)揮出來。此外，經(jīng)濟性也是節(jié)能措施制定的主要影響因素之一，充分考慮網(wǎng)絡發(fā)展能力以及經(jīng)濟情況，確定方案實施的投資回報，避免出現(xiàn)回報收益小于投資的情況。針對使用的技術展開評價，確定其在實際應用中的有效性，保證最終節(jié)能措施在移動通信基站中的應用效果。

結語

由于5G在2020年以前以存量站點系統(tǒng)疊加為主，后期逐漸向桿站過渡做深覆蓋。因而5G電源部署，要充分考慮現(xiàn)網(wǎng)站點電源的擴容和改造場景，最大限度地利舊現(xiàn)網(wǎng)資源，簡化部署流程，降低能源投入。基于5G應用場景、網(wǎng)絡架構、設備演進、業(yè)務發(fā)展以及客戶需求，5G電源應具有取電多樣化、供電升壓化、配電精細化和智能運維化的發(fā)展趨勢。

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