方泉 江西省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 南昌市 330002

基于低成本模式的LTE基站電源系統(tǒng)配置模型研究與應(yīng)用

方泉 江西省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 南昌市 330002

本文針對(duì)LTE基站設(shè)備功耗需求進(jìn)行分析，結(jié)合各種不同場(chǎng)景、不同模式的基站建設(shè)方案，對(duì)站點(diǎn)電源系統(tǒng)配置原則和方案進(jìn)行了充分的分析論證，總結(jié)出基于低成本建設(shè)模式的LTE基站電源系統(tǒng)配置模型。

低成本 LTE 電源系統(tǒng) 配置模型

1、前言

隨著LTE網(wǎng)絡(luò)發(fā)牌臨近，國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)商勢(shì)必將大規(guī)模部署LTE基站設(shè)備，巨大的投資需求與有限的資金儲(chǔ)備是各運(yùn)營(yíng)商不得不面對(duì)的一大問(wèn)題，因此，如何采用低成本的模式快速安全的完成LTE基站部署將是一項(xiàng)需要重點(diǎn)研究的問(wèn)題。而電源系統(tǒng)是保障通信系統(tǒng)設(shè)備正常運(yùn)行不可缺少的重要部分，其供電質(zhì)量的優(yōu)劣，設(shè)備配置是否合理，將直接影響到整個(gè)通信網(wǎng)的暢通，為確保通信網(wǎng)絡(luò)的良好運(yùn)行，應(yīng)對(duì)電源設(shè)備做合理的配置及選擇。

本文針對(duì)不同模式、不同場(chǎng)景的基站電源系統(tǒng)需求進(jìn)行了詳盡的分析論證，提出了分場(chǎng)景的基站電源系統(tǒng)配置模型。

2、基站電源配置一般原則

根據(jù)YDT5040-2005《通信電源設(shè)備安裝設(shè)計(jì)規(guī)范》并結(jié)合當(dāng)?shù)毓╇娗闆r，各種類型基站供電設(shè)備配置原則如下：

◎ 基站的電源供電系統(tǒng)由交流供電系統(tǒng)和直流供電系統(tǒng)組成。

◎ 新建基站要求引入一路三類以上（含三類）的市電，引入容量按遠(yuǎn)期負(fù)荷考慮。

◎ 交流配電設(shè)備按遠(yuǎn)期負(fù)荷配置，并配置SPD防雷裝置。

◎ 組合式開關(guān)電源的機(jī)架容量按遠(yuǎn)期負(fù)荷配置。整流模塊按近期負(fù)荷配置，配置原則為N+1冗余備份。

◎ 閥控式密封鉛酸蓄電池總?cè)萘堪唇诮Y(jié)合遠(yuǎn)期負(fù)荷配置。蓄電池放電時(shí)間：對(duì)BTS 等一次下電設(shè)備供電3～8小時(shí)，對(duì)傳輸?shù)榷蜗码娫O(shè)備供電24小時(shí)。

3、基站設(shè)備功耗需求分析

3.1、LTE基站設(shè)備功耗需求

根據(jù)當(dāng)前主要LTE設(shè)備廠商的產(chǎn)品的額定功耗情況，對(duì)LTE基站設(shè)備(按S111配置)的功耗估算如下示：

由于廠家典型設(shè)備功耗往往遠(yuǎn)高于實(shí)際設(shè)備運(yùn)行功耗，從低成本建設(shè)要求考慮，在核算開關(guān)電源、蓄電池容量時(shí)，建議按LTE分布式基站設(shè)備（按S111配置）的額定功耗的60%來(lái)估算新增的直流負(fù)荷，進(jìn)行配置核算，后期根據(jù)基站實(shí)際運(yùn)行電流對(duì)整流模塊配置進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。如下表：

3.2、現(xiàn)網(wǎng)2G、3G基站設(shè)備功耗需求

各大運(yùn)營(yíng)商2G、3G基站設(shè)備的功耗估算如下：

3.3、分場(chǎng)景站點(diǎn)總設(shè)備功耗需求

分場(chǎng)景直流功耗需求估算如下表(以電信為例)：

注：C 代表 CDMA網(wǎng)絡(luò)，F(xiàn)代表LTE FDD，T代表TD-LTE

分場(chǎng)景直流負(fù)荷估算如下表所示：

基站直流負(fù)荷估算表

4、現(xiàn)網(wǎng)基站電源典型配置

根據(jù)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)基站機(jī)房開關(guān)電源、蓄電池配置現(xiàn)狀分析，總結(jié)以下典型場(chǎng)景，以便于分析及制定擴(kuò)容改造方案。

注：對(duì)于具體站點(diǎn)，需要結(jié)合勘察情況進(jìn)行單獨(dú)核算。

5、新建站點(diǎn)電源系統(tǒng)配置模型

5.1、交流供電系統(tǒng)配置

新建基站的交流負(fù)荷應(yīng)根據(jù)機(jī)房的無(wú)線設(shè)備、IPRAN設(shè)備、空調(diào)設(shè)備、蓄電池組、照明及其它交流負(fù)荷等配置進(jìn)行估算，估算結(jié)果如下：

基站交流負(fù)荷估算表

5.2、開關(guān)電源新建配置

開關(guān)電源整流模塊的數(shù)量可按工程的設(shè)備所需功耗進(jìn)行配置，并考慮N+1冗余備份。在將來(lái)擴(kuò)容增加載波時(shí)，可通過(guò)增加整流模塊的方式方便地進(jìn)行擴(kuò)容。

根據(jù)容量計(jì)算公式：

其中：ILoad－基站+傳輸設(shè)備的負(fù)荷電流；

IBATT－電池充電電流，按0.1C10考慮；

IREC－單個(gè)整流模塊的容量，按50A考慮。

經(jīng)過(guò)計(jì)算得出開關(guān)電源的配置情況如下表：(考慮了冗余備份)

開關(guān)電源的配置情況表

因此，對(duì)自建基站需配置150～200A容量、共建基站需配置250～300A容量的開關(guān)電源。高頻開關(guān)組合電源采用30A或50A的整流模塊。并要求開關(guān)電源具有智能休眠功能。

考慮到遠(yuǎn)期擴(kuò)容需求，因此在定購(gòu)開關(guān)電源架時(shí)，滿架容量可選擇為300A～600A。高頻開關(guān)組合電源直流配電分路參考配置如下：

◎ 滿架容量為300A的開關(guān)電源：

一次下電分路：100A×2、63A×4、32A×6、16A×6

二次下電分路：32A×2、16A×2、10A×4

◎ 滿架容量為600A的高頻開關(guān)組合電源直流配電分路參考配置如下：

一次下電分路：100A×4、63A×4、32A×8、16A×10

二次下電分路：32A×2、16A×4、10A×4

5.3、蓄電池新建配置

蓄電池組的后備時(shí)間按如下原則配置：市區(qū)基站的蓄電池后備時(shí)間≥4h，城郊及鄉(xiāng)鎮(zhèn)基站的蓄電池后備時(shí)間≥6h，農(nóng)村基站的蓄電池后備時(shí)間≥8h。具體站點(diǎn)配置時(shí)應(yīng)結(jié)合基站重要性、市電可靠性、運(yùn)維能力、機(jī)房條件等因素確定。

基站蓄電池放電時(shí)間需求表

并根據(jù)蓄電池容量計(jì)算公式：

其中：K－安全系數(shù)1.25

I－負(fù)荷電流

T－放電小時(shí)數(shù)（h）

t－最低環(huán)境溫度（15℃）

η－放電容量系數(shù)，查表

α－電池溫度系數(shù)0.008

電池放電容量系數(shù)(η)表

可計(jì)算得出蓄電池配置情況如下表：

城區(qū)-蓄電池配置情況表

郊區(qū)-蓄電池配置情況表

6、利舊擴(kuò)容站點(diǎn)電源系統(tǒng)配置模型

6.1、交流引入擴(kuò)容改造

根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)負(fù)荷及新建設(shè)備負(fù)荷，估算的各場(chǎng)景交流總負(fù)荷需求如下表。需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行核實(shí)。

6.2、開關(guān)電源擴(kuò)容改造

根據(jù)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)基站機(jī)房典型場(chǎng)景的分析，建議對(duì)每系統(tǒng)擴(kuò)容1個(gè)50A等效整流模塊，對(duì)于現(xiàn)網(wǎng)負(fù)荷大于50A的可根據(jù)現(xiàn)有模塊數(shù)量及蓄電池容量，多配1個(gè)模塊。若整流模塊總數(shù)超過(guò)了滿架容量，則需考慮新建開關(guān)電源或小型化開關(guān)電源。詳見下表：

6.3、蓄電池?cái)U(kuò)容改造

根據(jù)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)基站機(jī)房典型場(chǎng)景的分析，建議對(duì)FDD&TDD雙網(wǎng)部署：現(xiàn)有負(fù)荷在30A以下且只配置300AH電池的更換新增1組500AH；現(xiàn)有負(fù)荷在50A以下且只配置500AH電池的更換新增2組500AH。詳見下表：

注：不同廠家、不同容量、不同型號(hào)、不同時(shí)期的蓄電池組嚴(yán)禁并聯(lián)使用。對(duì)于沒(méi)有安裝空間、更換電池困難時(shí)，結(jié)合實(shí)際情況，在不影響現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行安全時(shí)，可考慮RRU拉遠(yuǎn)室外UPS供電、高壓直流遠(yuǎn)供、RRU交流供電等方式。

[1] 石朗昱，馬玲. 精細(xì)化核算移動(dòng)通信基站電源配置[J]，電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2009（1）.

[2] 呂紅星. 移動(dòng)通信基站電源的要求和選擇[J],通信電源技術(shù)，1997（04）.

[3] 楊帆. 移動(dòng)基站電源的選擇[J]，電源世界，2002（01）.

[4] 余揚(yáng)堯. 移動(dòng)通信工程電源配置[C]，四川省通信學(xué)會(huì)2009年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2009 .

[5] 文懿茫. 通信蓄電池配置問(wèn)題分析與探究[J]，機(jī)電信息，2010（18）.

[6] 寇洪宇. 閥控式密封鉛酸蓄電池配置與計(jì)算[J]，黑龍江石油化工，2000（02）.

[7] 李玉昇，趙黎明，葉榮. 通信局房電源系統(tǒng)蓄電池后備時(shí)間的探討[J]，電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2011（01）.

1009-0940(2014)-2-0027-04

2014-4-27