通信基站微站电源解决方案及应用

通信基站微站电源解决方案及应用
汪　磊
湖南省康普通信技术有限责任公司
引言
移动互联网的快速发展和5G时代的到来，带动了移动数据流量爆炸式增长，运营商需要建设大量的基站来应对大流量的数据需求。

在城市地区，由于建筑物的遮挡，单纯依靠宏基站和大天线覆盖，已经不能满足网络信号的覆盖需求。

在热点地区、城市密集区，微基站成为经济、可靠的替代方案。

微基站体积小巧、安装快捷，能够安装在具备供电及光纤连接的任意地点，真正实现了零站址任意部署，分流吸收宏蜂窝下的数据话务，体现出较高的性价比。

通信基站微站电源维护现状
目前通信高频开关电源技术已经非常成熟，各主流厂商的设备在功能、技术指标、安全可靠性上取得很大进步，在环境的适应性、扩展性、智能化等方面也有很大进展。

基站使用的组合式开关电源在使用上越来越方便，需要维护和调整的项目越来越少，极大地减轻了维护人员的工作量。

但是基站电源系统的故障发生率并没有因为开关电源技术而得到改善，此外业主用电不规范、停电、雷击等干扰都会导致供电线路出现问题，引起网络中断。

微站电源系统特点
随着网络覆盖范围的扩大，基站呈现出数量大、分布范围广的特点，基站环境变得复杂。

越来越多的基站建在偏远地区、高山上，市电可用度低，有些基站使用农电、小水电或借用矿山的工业用电，因此供电系统不够稳定，经常出现电压异常波动、停电等故障，因此基站供电容量和质量不能得到保证，基站维修存在很大困难。

野外基站大量建设，雷击灾害时有发生，由雷电流释放形成的地电位抬高而进行的反击放电是基站设备遭受雷击损坏的主要原因之一。

微站独立电源具有安全可靠、无噪声、无污染、不受地域限制且故障率低的特点。

在建设施工上简便，规模大小可以根据实际情况进行调节，不需要架设输电线路，从能源和环境角度上看，使用微站独立电源，尤其是太阳能发电，是很经济的选择。

微站内的用电设备主要有主体设备、传输设备、电源设备、空调设备、监控设备等。

主体设备每架功率在2.5kW左右；传输设备一般在250W以下；电源设备的组合开关电源一般在50W以下；一般会安装1～2台空调，平均功率为3kW；监控设备用电一般低于10W。

微站电源供电方式
4.1 电网专线供电
基站建设尽量选择专线引入，如果低压引入路线较长，则需要考虑加设基站专用变压器。

优先从公共电网引入一路380V/220V的交流电源，如果引入公共电网存在一定的困难，在满足供电质量的前提下，可以从基站附近的建筑物中就近引入一路380V/220V的交流电源，或者从自建变压器引入一路10kV的高压市电，变压器容量按照基站容量配置要求进行考虑。

不管使用哪种方式引入，基站都要求至少引入一路三类或优于三类的市电作为主用交流电源。

电网专线供电适合有电网且靠近城市电网、重要性较高的基站。

专线供电稳定性高，但对于远离电网的偏远地区不适用，远距离供电
doi:10.3969/j.issn.1000-1247.2019.Z1.026
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有一定损耗，且一次性投入较高。

对于市电故障频发的基站，应当立即进行市电整改。

基站市电引入如果与工厂或矿山等共用线路，则应该在维护中特别关注供电线路中操作过电压和电压异常波动的情况。

4.2 交流供配电
交流供电系统由专用变电站、市电/备用发电机组转换屏、低压配电屏、交流配电屏、备用发电机组等组成。

基站的交流供电系统优选从公共电网引入，每个基站一般会配置一个380V/100A或380V/63A挂墙式交流配电箱，配电箱的容量应至少满足基站的近期容量要求，其输出分路和容量应满足开关电源、空调、照明、插座等用电需求。

此外每个基站应该配置一个油机/市电转换屏，或者在交流配电箱内设置一个移动油机/市电转换开关。

4.3 直流供配电
直流供电系统由高频开关整流设备、蓄电池、直流配电设备组成。

基站直流供配电一般采用组合式开关电源系统，将交流电进行整流滤波，输出-48V的直流电。

直流电应用在两部分，首先为基站主设备供电，其次通过基站监控模块给备用的蓄电池组充电。

基站电源系统一般有二次下电的负载管理系统，可以结合基站传输负载的重要性、市电可用度、蓄电池组容量、次要负载容量等来统筹考虑二次下电跳脱电压的数值。

开关电源可以说是整个基站供电系统的最重要的部分，其故障与市电质量、线路过电压、机房环境及产品质量等都有很大关系。

开关电源包括交流配电单元、整流模块、监控模块和直流配电单元，其中直流配电单元负责给通信设备提供直流电源的分配，对于基站主设备，会被分配接入一次下电配电单元；对于传输设备和监控设备，可以被分配接入二次下电配电单元。

4.4 蓄电池
因为市电中断或动力配套设备故障而引起的基站中断的情况经常发生，所以对基站的应急供电保障成为非常重要的问题。

基站蓄电池组为备用电源，通信设备对供电质量的要求决定了对蓄电池设备的要求，蓄电池容量的选择要根据市电供电情况、负荷量的大小及负荷变化的情况等因素来决定。

当交直流配电不能使用时，将蓄电池与整流器并联后为基站设备供电。

基站一般配备两组蓄电池组，每组24节，浮充电压一般设定为-54V。

需对蓄电池组进行定期的核对性放电检测和容量测试，做好维护工作。

4.5 直流远供
在取电费用高、难度大、后备保障能力不足的情况下，可以使用直流远供方式供电。

利用局部基站的-48V电源作为远程供电系统局端设备的电源输入，将48V电压转变为215～410V的高压直流，再利用高性能光缆将转换的高压直流输送给远端用电设备，远端设备接到高压直流电源后，再转换成-48V的电源输送给基带处理单元设备，如果基带处理设备为交流供电，则可以直接将高压电流输送给用电设备。

为了保证远端基站的稳定性，直流远供系统局端设备可以采用n+1的模块化配置，当远端设备的容量在600W左右时可以接入两个基带处理单元。

4.6 太阳能风能供电
由太阳能方阵/风电经直流配电屏为通信设备供电，同时给蓄电池充电。

太阳光较弱时或夜间风力不足时，由市电经整流器给通信设备供电；太阳光较弱或在夜间且市电故障时，由蓄电池放电给通信设备供电。

两种发电方式组成互为补充的供电方式，可大大降低单纯采用太阳能供电的电源系统的成本，并进一步提高系统供电的安全性。

4.7 柴油发电机供电
柴油发电机供电方式适合远离电网的偏远地区、高山和海岛上的基站等。

柴油发电机供电方式的稳定性一般，对周围环境有一定污染，电能质量较差，供电成本高。

微站电源解决方案
5.1 光柴互补解决方案
光柴互补解决方案适用于大部分地区，系统稳定可靠。

主要由光伏组件方阵及其支撑支架、光伏防雷汇流箱、光伏控制器、蓄电池组、柴油发电机、发电机组控制器、开关电源、控制柜和连接线缆等组成，具体如图1所示。

其中光伏为主电源，柴油发电机为辅助电源。

太阳能电池板把吸收的太阳能转化为直流电能，一部分给负载供电，其他电能被储存在蓄电池中，当光线条件不好时切换到蓄电池给负载供电。

当蓄电池放电到一定程度，电压低于设定值时，会自动切换到柴油机发电系统给负载供电。

光照恢复后，又自动切换到太阳能系统给负载供电。

图1中太阳能充电控制器对蓄电池的充电进行控制管理，可以有效防止蓄电池过充，还有温度补偿及MPPT跟踪功能，可以极大提高系统的能源利用率。

智能控制柜对柴油发电机进行智能化控制。

5.2 风光互补解决方案
风光互补独立电源系统是利用太阳能方阵和风力发电机控制技术，通过智能控制柜将太阳能电池组件产生的直流电
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电量不足时，系统会启动柴
油发电机对系统负载供电。

该方案适用于大部分地区，特别是负荷较大、较重要的通信基站。

风光柴互补独立电源原理如图3所示。

智能控制系统
太阳能充电控制器
光伏组件方阵柴油发电机
逆变器
蓄电池组
直流负载
交流负载
智能控制系统
太阳能充电控制器
光伏组件方阵
风力发电机
逆变器
蓄电池组
直流负载
交流负载
智能控制系统
太阳能充电控制器
光伏组件方阵风力发电机
柴油发电机
逆变器
逆变器
蓄电池组
直流负载
交流负载
图3　风光柴互补独立电源原理
图2　风光互补独立电源原理
图1　光柴互补独立电源原理
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交流防雷交流配电交流电压/电流检测
整流器直流防雷
直流配电分路状态检测下电控制
负载
电池
控制器监控中心
交流输入
5.4 交直流一体化解决方案
交直流一体化电源是综合智能开关电源和逆变器技术的开发经验，根据工业和信息化部行业标准，结合国内外供电状况和使用要求，设计、开发的高新技术产品。

交直流一体化技术集逆变电源、智能开关电源于一体，与电池配接后直流配电
接入网电源
-48V
~220V
近端BBU
内置电池
市电~220V
交流配电
远端大楼各层RRU ONU WLAN FTTX
220VAC输入
220VAC输出
48VDC输出接蓄电池
防雷器
AC/DC
DC/AC
旁路开关
切换单元
监控单元
图4　交直流一体化电源应用示意
图5　交直流一体化电源工作原理
图6　壁挂直流电源系统工作原理
模式将一直工作到电池电保点后停止工作电。

旁路模式：当系统需要在负载带电的情况下进行维护时，市电通过旁路开关为负载供电，这时的系统处于旁路模式。

交直流一体化电源方案
采用电源模块化设计，逆变充电一体化，减少系统配电的复杂度，有利于增强系统可靠性。

电源后备运行，市电优先供电，最大限度减少用户用电损耗。

电源切换时间小于3ms，充分保证切换时用户设备不断电，网络更安全。

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(1)在挂高合理的情况下，当采用关键技术后的5G室外覆盖效果良好、无阻挡时，道路覆盖半径最远可达500m左右。

(2)频率在3.5GHz以下，5G下行信号穿透一面墙壁的损耗约为20dB。

(3)基站与测试点范围内有阻挡，或道路沿线有茂密树叶等对覆盖影响相对比较大，覆盖距离可能缩小至400m。

(4)由于核心网限制，本次测试采用的NSA（非独立组网），对下载速率形成一定的影响，随着后期SA的部署以及5G移动通信关键技术的发展，5G下载速率和时延等指标一定能更好地满足各种业务类型的要求。

结束语
我国的经济实力和科技实力都在快速增长，科技的发展是必然的。

而通信领域方面的发展也非常快速，移动通信的不断改革更好地满足了用户的要求。

在5G移动通信时代，更应该加强技术的创新，提高信息传输的速度和效率，为我国的通信事业发展做出更大的贡献。

另外通过实际基站的覆盖
分析，结合关键技术的应用，对后续5G网络规划，宏微结合站址部署方案以及各种场景的站址部署方案都提供了宝贵的经验。

参考文献
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[4]　罗志晖.5G移动通信技术应用及发展探析[J].通信电源技
术,2018,35(10)
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[6]　张菁,胡亚伟.5G移动通信的关键技术与发展[J].科技风,2018(25)
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5.5 壁挂直流电源解决方案
壁挂式高频开关电源系统采用模块化设计、嵌入式结构，由控制器、整流器、交流配电单元、直流配电单元、电能检测单元等部分组成，具体如图6所示。

壁挂式高频开关电源系统可以实现系统的电能检测、自动测试、自动诊断、自动控制，同时实现系统的遥信、遥测和遥控等功能。

高频开关电源系统的输出电流为120A，直流输出分路可以根据实际需求进行调整。

5.6 电源方案比较
柴油发电机作为电源系统的补充可以暂时解决供电问题，但会给环境带来一些影响，此外风光互补、光柴互补和风光柴互补方法具有一定的季节性问题，不能克服，稳定性还需要提高，在需要全天候服务的公用设施应用上还不够完善。

因此在市电接入较为方便的地方，建议使用交直流一体化解决方案和壁挂直流电源方案。

结束语
通信基站电源系统是通信系统的核心，基站电源系统必
须达到可靠、安全和高度的稳定性。

积极开展高效率的电源设备，使用科学合理的方法对基站电源系统进行设计，实现网络安全和节能降耗是我们义不容辞的责任。

参考文献
[1]　汤志刚,郑发秀.微机站电源建设方案探讨[J].电信工程技术与标准化,2016(5)
[2]　巩峰峰,乔慧.通信机站电源系统设计[J].中国新通信,2017(18)
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