5G通信基站供配电技术研究

5G通信基站供配电技术研究

代乙迪

国脉通信规划设计有限公司  黑龙江 哈尔滨150040

摘要：5G技术的商业化运用加速了中国通信行业的高端化进程。作为通信体系中的核心组成部分，保障基站稳定供电至关重要。鉴于5G网络具有高速度和低时延的特点，5G基站的耗电量大约是4G基站的3到4倍。此外，为了构建全面而密集的网络覆盖，5G基站的电力需求进一步加大。因此，5G基站的部署给供电系统带来了更高的要求。

关键词：5G通信；通信基站；供配电技术

15G移动通信的发展概况

第五代移动通信技术（简称5G）代表了移动通信领域的前沿突破。从1G到2G，移动语音通信在多用户环境中取得了显著成就。而3G与4G技术的问世，不仅加速了移动互联网的发展，还将网络速度提高到了100MB/s。然而，随着社会的快速演进，诸如移动高清视频服务、无人驾驶车辆、智能医疗服务以及智慧矿业等新型应用对网络性能的需求日益严苛，这些需求远超过了现有移动通信网络所能提供的技术范畴。因此，自2012年开始，5G通信技术的研发工作正式启动。2019年，随着中国四大运营商正式取得5G运营牌照，中国进入了全面5G时代。据相关测试表明，5G能够实现高达10-20GB/s的下载峰值速率，同时网络延迟也降低到了毫秒级别，这使得远程实时操作成为可能。“5G通信+特定行业”的模式极大地推进了我国工业、医疗保健、金融服务等传统行业的高质量发展。伴随着物联网技术的迅速进步，特别是在“万物互联”趋势的驱动下，物联网用户的数量呈现出爆炸性的增长。与4G网络相比，5G网络的连接用户数提升了数千倍。对于工业界来说，智能化进程的核心在于数据采集，5G网络的应用有效解决了数据采集过程中存在的卡顿及延迟问题，极大地加速了我国工业的进步。

25G基站供电系统配套技术分析

2.1外市电引入

优先选择从公共电网引入新建基站的380V/220V交流电；若不可行，在确保供电质量的情况下，可采取如下两种替代方案：首先，可以从临近基站或其所在建筑接入一条380V/220V的交流线路；其次，也可以自行安装变压器，以引入10kV的高压市电。对于自行建设的变压器，推荐选用油浸式设备，并且根据基站未来的最大负荷需求来确定其容量。无论采取哪种引入方式，每个基站都需确保至少有一条主用交流电源线，其类别不低于三类（即每月平均停电次数不超过4.5次，每次平均断电时间不超过8小时）。

2.2交流供配电

交流供电架构包含专用变电站、市电与备用发电机切换站、低压分配站、交流分配站以及备用发电机等组件。在基站应用中，首选是从公共电网接入交流电，每个基站通常配备一个额定为380V/100A或380V/63A的壁挂式交流分配箱，其容量需确保覆盖基站当前的电力需求，并预留余量以支持开关电源、空调设备、照明系统、插座等负载。同时，每个基站应装备一套油机与市电转换装置，或在交流分配箱内集成移动油机与市电转换开关，以保障不间断供电。

2.3直流供配电

直流供电体系主要由高频开关整流装置、蓄电池组以及直流配电设施构成。在基站中，直流供电通常采用集成化的开关电源系统，该系统能够将交流电转换并滤波成-48V的直流电。直流电主要用于两个方面：一是为主设备供电；二是利用基站监控模块对备用蓄电池进行充电。基站电源体系普遍配备了二次下电负载管理系统，可以根据传输负载的重要程度、市电的可靠性、蓄电池容量以及非关键负载的大小等因素综合设定二次断电的阈值电压。作为基站供电系统的核心部件，开关电源的正常运行受到市电品质、线路过压、机房环境条件以及设备本身的质量等多种因素的影响。开关电源包含交流配电部分、整流模块、监控模块以及直流配电部分。其中，直流配电部分负责向通信设备供应直流电源，并对其进行分配。

2.4蓄电池

电池的功能在于备用电源供应，在交流电断电时，由于电池与整流器并行工作，因此负责对用电设备进行供电。在25±5°C的环境下，单个电池的浮充电压应保持在2.23至2.27伏特之间，而均衡充电电压则应在2.30至2.35伏特之间。对于基站来说，通常配置两组电池，每组包含24个单元，通常将浮充电压设定为-54伏特。

2.5直流远供

在面临高昂的电费、接电困难以及备用电源能力有限的问题时，可采用直流远程供电方案。此方案通过利用本地基站提供的48V电源作为远程供电系统的输入源，将该电压提升至215～410V的高压直流水平。随后，借助高质量光缆将这些高压直流电传输至远程终端设备。到达终端后，高压直流电再次被转换为-48V直流电以供应给基带处理单元；若基带处理单元采用的是交流供电，则可直接将高压直流电供给相应的用电设备。

2.6防雷接地系统

为了抵御感应雷对通信基站的损害，可以采用安装SPD浪涌保护器的方法。具体包括：在交流配电箱中配置额定放电电流为60至120千安的第一级浪涌保护器，在开关电源交流输入端设置40千安的第二级浪涌保护器，并在开关电源直流输出位置安装15千安的第三级浪涌保护器。通信电源的接地系统依据其功能不同，可划分为工作接地、保护接地及防雷接地三类。在通信局站内，将各种电信设备的工作接地、保护接地与建筑物的防雷接地共用同一组接地体的方式被称为联合接地法。

2.7太阳能风能供电

通信设备通过太阳能方阵及风电装置，经由直流配电屏供电，并同时对蓄电池进行充电。当太阳辐射较弱或是夜间风力供应不足时，则切换至市电，通过整流器为通信设备供电；若处于太阳光照微弱的时段、夜晚或是市电出现故障的情况下，则由蓄电池放电来为通信设备供电。这两种发电模式构成了相互补充的供电方案，不仅能够显著减少采用纯太阳能供电的电源系统成本，还能够进一步确保系统供电的可靠性。

2.8空调系统

基站冷却系统首选高效率、大空气流量、低焓变的空调设备。在空调型号选择上，应基于对最大冷量需求的评估，并考虑到冷量的冗余以及基站热负载随季节变化的波动特性。基站的实际冷量需求在夏季与冬季、白昼与夜晚之间存在显著差异。若建筑物负载的变化超出总负载变化的40%，则最大可选冷量配置为总负载的80%。通常情况下，基站空调采用两台并行备用系统，启动温度设定在26至28摄氏度范围内。

2.9光柴互补

光柴互补方案在多数地区均能实施，具备稳定性和可靠性。该方案主要涵盖：光伏模块阵列及其结构支架、光伏避雷汇流设备、光伏调节器、蓄电装置、柴油动力发电机、动力机组调控器、开关电源设备、调控柜以及连接电缆等。其中，光伏系统担当主供能角色，而柴油发电机则作为备选供能手段。太阳能面板将所吸收的太阳辐射转换成直流电，部分电量直接供应给负载使用，剩余电力则存储于蓄电装置内。在光照条件不佳时，系统会自动转由蓄电装置供电给负载。一旦蓄电装置放电至预定水平，导致电压下降至设定阈值以下，系统便会自动切换至柴油发电机来满足负载需求。当光照条件改善后，系统又将自动返回到利用太阳能供电的状态。如图1所示，太阳能充电调节器负责监控并管理对蓄电装置的充电过程，能够有效避免过充现象，并具备温度补偿与最大功率点追踪（MPPT）功能，显著提升能源使用效率。

结语

5G系统为用户提供出色的通信体验，但其运营中也遇到了能耗高的挑战。随着5G基站的升级，电力需求显著上升。因此，在规划基站供电时，设计者必须全面考虑电力消耗。同时，还需考虑使用蓄电池作为紧急电源的情况。通过综合考虑这些关键因素，设计者可以制定出一套适用于基站的有效供配电方案，以确保通信基站能够稳定运行。

参考文献：

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[2]王晓鹏.5G无线通信铁塔电源配套分析研究[J].中国新通信，2022(21):1-3.

[3]李洪东，章贤昌，孙新丽.关于5G通信基站及行业供电解决方案的总结探讨[J].广东通信技术，2023(5):28-31，42.