集中直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)在分布式基站的應(yīng)用探討

陳文環(huán)，鄭發(fā)秀，倪奇文

（1 中國(guó)稱(chēng)動(dòng)通信集團(tuán)浙江有限公司杭州分公司，杭州 310015; 2 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司浙江分公司，杭州 310012）

1 前言

分布式基站的廣泛應(yīng)用，拉遠(yuǎn)設(shè)備的后備電源保障已成為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)急需解決的難題之一。通常遠(yuǎn)端設(shè)備安裝環(huán)境比較復(fù)雜，機(jī)房空間大小以及設(shè)備放置方式各不相同，另外安裝場(chǎng)地供電條件不理想，供電類(lèi)別不一，不穩(wěn)定；加之與業(yè)主協(xié)調(diào)難度越來(lái)越大，安裝電源設(shè)備面臨諸多困難。本文根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)不同場(chǎng)景下分布式基站所采用的集中直流遠(yuǎn)供電源保障方案進(jìn)行探討論證。

2 傳統(tǒng)電源保障方案

2.1 -48V電源保障

模式1：利用近端-48V直流電源向遠(yuǎn)端RRU設(shè)備進(jìn)行供電。-48V直供是一種較為簡(jiǎn)單的供電方式，由于直流供電方式壓降的要求（開(kāi)關(guān)電源到遠(yuǎn)端RRU設(shè)備的一般允許的壓降不大于2.31V），所以供電距離較短(一般按100m范圍之內(nèi)考慮)。

模式2：在遠(yuǎn)端設(shè)備就近安裝小型一體化電源。遠(yuǎn)端RRU設(shè)備安裝機(jī)房存在著交流電引入困難；電源設(shè)備故障率高，壽命短；網(wǎng)元設(shè)備分散、功耗小，投資量大；遠(yuǎn)端電源設(shè)備監(jiān)控困難等限制條件，造成小型一體化電源解決方案不能得到廣范應(yīng)用。

2.2 220V電源供電

模式1：配置UPS設(shè)備作為后備電源。根據(jù)目前網(wǎng)絡(luò)建設(shè)情況，遠(yuǎn)端RRU單臺(tái)功耗約300W左右，且位置布放相對(duì)分散，遠(yuǎn)端設(shè)備的總耗電量需求較小(一般不大于5000W)。目前在通信電源系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)用中，容量小于10kVA 的UPS設(shè)備存在著運(yùn)行不穩(wěn)定、故障率高等問(wèn)題，同時(shí)遠(yuǎn)端設(shè)備在工程安裝實(shí)施過(guò)程中，存著和就近安裝小型一體化電源同樣的限制條件。

模式2：遠(yuǎn)端設(shè)備就近取電。就近取電無(wú)后備電源保障，當(dāng)市電中斷時(shí)，遠(yuǎn)端的設(shè)備隨之也中斷，在工程實(shí)施中不推薦采用。

3 集中直流遠(yuǎn)程供電系統(tǒng)

傳統(tǒng)解決遠(yuǎn)端設(shè)備的電源保障方案在實(shí)際的建設(shè)和維護(hù)中存在諸多問(wèn)題，已不能滿足網(wǎng)絡(luò)建設(shè)發(fā)展的需要，建立一種新的電源標(biāo)準(zhǔn)來(lái)解決分布式基站中的電源保障勢(shì)在必行。通過(guò)對(duì)集中直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)的試點(diǎn)和研究表明，此供電方式安全、穩(wěn)定、可靠，該系統(tǒng)解決方案可以滿足多場(chǎng)景遠(yuǎn)端設(shè)備的供電保障需求。

3.1 系統(tǒng)原理

集中直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)是將傳統(tǒng)的-48V的直流基礎(chǔ)電源，通過(guò)280V直流遠(yuǎn)供局端設(shè)備升壓至直流280V(225V～380V可調(diào))，采用相應(yīng)的電力電纜傳送至分布式遠(yuǎn)端設(shè)備或通過(guò)DC/DC適配器進(jìn)行降壓(-48V)向分布式遠(yuǎn)端設(shè)備進(jìn)行供電。系統(tǒng)示意如圖1所示。

圖1 集中直流遠(yuǎn)程供電系統(tǒng)組成示意框圖

3.2 系統(tǒng)主要技術(shù)說(shuō)明

3.2.1 系統(tǒng)供電全程懸浮

集中直流遠(yuǎn)供局端設(shè)備采用諧振軟開(kāi)關(guān)技術(shù)進(jìn)行直流變換，主回路中采用變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)升壓及和輸入側(cè)的隔離。輸出線路為全程對(duì)地懸浮狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)路保護(hù)、短路保護(hù)、漏電保護(hù)、設(shè)備輸入、輸出安全保護(hù)、強(qiáng)電入侵保護(hù)以及所有保護(hù)的自恢復(fù)功能。

3.2.2 系統(tǒng)傳送對(duì)線纜選擇

集中直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)電纜一般要求采用耐受等級(jí)為1kV的雙芯電纜；外皮顏色為橙色，且醒目加印“直流300V，請(qǐng)注意安全”的字樣，內(nèi)部雙芯線纜外皮顏色分別為紅色和黑色，紅正，黑負(fù)。一般情況下采用傳統(tǒng)的電纜和傳輸光纜各自單獨(dú)布放，特殊情況下可選用性能工藝質(zhì)量?jī)?yōu)良的光電復(fù)合纜進(jìn)行線路施工。

傳輸距離與線纜壓降計(jì)算公式如下：

其中： ΔU—壓降； L—電纜長(zhǎng)度； ρ—導(dǎo)線電導(dǎo)率，銅取57； S —導(dǎo)線面截面積。

3.3 系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景和組網(wǎng)方案

集中直流遠(yuǎn)供在分布式基站中應(yīng)用，主要是基站的室外站，例如無(wú)線小區(qū)、邊際站、鐵路、公路、隧道、街道站等和室內(nèi)分布，例如火車(chē)站、商場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)、會(huì)展中心、住宅社區(qū)、校園、商務(wù)樓宇、醫(yī)院等。站點(diǎn)一般組網(wǎng)模式采用集中BBU池、RRU拉遠(yuǎn)的。

集中直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)供電方案的網(wǎng)絡(luò)供電組網(wǎng)模式主要有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、星型、長(zhǎng)距離級(jí)聯(lián)（帶狀型）、環(huán)型等。

3.3.1 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)組網(wǎng)方案

遠(yuǎn)供電源局端設(shè)備與BBU設(shè)備同基站、機(jī)房安裝；遠(yuǎn)供輸電線纜建議城區(qū)基站使用復(fù)合光纜，郊區(qū)邊際基站使用鋁芯電纜；考慮遠(yuǎn)端設(shè)備的防雷和電源輸入接續(xù)問(wèn)題，遠(yuǎn)端需配置防雷保護(hù)器和電源分配器。供電示意如圖2所示。

3.3.2 星型組網(wǎng)方案

遠(yuǎn)供電源局端設(shè)備與BBU設(shè)備同基站、機(jī)房安裝；遠(yuǎn)供輸電線纜建議：城區(qū)基站使用復(fù)合光纜，郊區(qū)邊際基站使用鋁芯電纜；遠(yuǎn)端RRU建議選用交流220V供電輸入的設(shè)備機(jī)型（支持高壓直流輸入）；考慮遠(yuǎn)端設(shè)備的防雷和電源輸入接續(xù)問(wèn)題，遠(yuǎn)端需配置防雷保護(hù)器和電源分配器。供電示意如圖3所示。

圖2 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)組網(wǎng)供電示意圖

圖3 星型組網(wǎng)供電示意圖

3.3.3 長(zhǎng)距離級(jí)聯(lián)組網(wǎng)方案

高鐵、高速路沿線多采用多級(jí)RRU串聯(lián)合并構(gòu)建超級(jí)小區(qū)覆蓋的方案；選取高鐵、高速路沿線的宏基站作為遠(yuǎn)供電源局端站，分別向上行、下行方向的RRU直流遠(yuǎn)程供電，根據(jù)功率和線纜規(guī)格，單方向設(shè)計(jì)RRU站點(diǎn)級(jí)聯(lián)數(shù)量應(yīng)嚴(yán)格控制，不宜大于8個(gè)，BBU、傳輸設(shè)備安裝在局端站；高鐵沿線RRU、直放站等設(shè)備建議選用直流48V供電方式，以降低高壓接觸網(wǎng)磁場(chǎng)干擾；遠(yuǎn)供輸電線纜建議使用鋁芯電纜，與光纜同路由，同桿路、管道敷設(shè)。供電示意如圖4所示。

3.3.4 環(huán)型組網(wǎng)方案

遠(yuǎn)供電源局端設(shè)備與BBU設(shè)備同基站、機(jī)房安裝；方案采用雙路輸出環(huán)狀供電網(wǎng)絡(luò)；考慮節(jié)省建設(shè)成本，遠(yuǎn)端設(shè)備建議采用交流220V供電方式（支持高壓直流輸入）；考慮遠(yuǎn)供系統(tǒng)局端設(shè)備最大輸出功率，結(jié)合遠(yuǎn)端站點(diǎn)的功耗，建議單個(gè)環(huán)的遠(yuǎn)端設(shè)備不大于8個(gè)。供電示意如圖5所示。

4 應(yīng)用案例

某省高鐵客運(yùn)專(zhuān)線無(wú)線規(guī)劃建設(shè)基站共90個(gè)，部分拉遠(yuǎn)站點(diǎn)存在著就近市電取電困難、成本高，網(wǎng)絡(luò)要求保障等級(jí)高等問(wèn)題。

根據(jù)建站點(diǎn)的市電引入情況，結(jié)合今后維護(hù)的便利性和安全性，對(duì)部分拉遠(yuǎn)站點(diǎn)采用集中直流遠(yuǎn)供方式進(jìn)行供電，遠(yuǎn)供線路的電源中心站的動(dòng)力配套提高配置等級(jí)。選取電源中心站19個(gè)，RRU拉遠(yuǎn)站點(diǎn)采用集中直流遠(yuǎn)供方式供電的為39個(gè)拉遠(yuǎn)站。

根據(jù)工程實(shí)施后，就集中直流遠(yuǎn)程供電與傳統(tǒng)電源保障方案的總結(jié)分析比較如下。

4.1 工程投資

傳統(tǒng)就近電源保障方案，新增戶(hù)外一體化電源設(shè)備(設(shè)備費(fèi)按0.7萬(wàn)元計(jì)取)、外市電引接費(fèi)用整個(gè)方案設(shè)備投資費(fèi)用為144.6萬(wàn)元。

集中直流遠(yuǎn)程供電方案，新增直流遠(yuǎn)供局端設(shè)備、19個(gè)中心站新增的-48V直流電源設(shè)備、鎧裝鋁芯線纜、線纜施工費(fèi)等整個(gè)方案設(shè)備投資費(fèi)用為131.6萬(wàn)元。

相比兩個(gè)方案，集中直流遠(yuǎn)供可節(jié)省投資約13萬(wàn)元。

4.2 后期維保成本

圖4 級(jí)聯(lián)組網(wǎng)供電示意圖

圖5 環(huán)型組網(wǎng)供電示意圖

表1 常見(jiàn)遠(yuǎn)端電源保障方案優(yōu)劣比較

傳統(tǒng)就近電源保障方案每年運(yùn)行成本合算為12.87萬(wàn)元，其中每點(diǎn)每年基本代維費(fèi)為0.18×39=7.02萬(wàn)元；平均每年電池報(bào)廢費(fèi)用為0.3×39/2=5.85萬(wàn)元。

采用集中直流遠(yuǎn)供的運(yùn)行成本約為8.81萬(wàn)元 ，其中每站點(diǎn)的基本代維費(fèi)為0.1×39＝3.9萬(wàn)元；平均每年的電池報(bào)廢費(fèi)用約為（15500/6）×19＝4.91萬(wàn)元。相比兩個(gè)方案，集中直流遠(yuǎn)供可節(jié)約維保成本約4.06萬(wàn)元。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上分析表明，在解決遠(yuǎn)端設(shè)備的電源保障方案中，集中直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)與傳統(tǒng)的傳統(tǒng)方案相比，具有節(jié)省工程投資及維保成本的優(yōu)點(diǎn)，是一種較好的遠(yuǎn)端設(shè)備電源保障解決方案。各供電保障方案優(yōu)劣比較如表1所示。

在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展的背景下，分布式的基站建設(shè)方式作為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方式的有力補(bǔ)充，正在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。分布式基站在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中廣為應(yīng)用，促使遠(yuǎn)端設(shè)備的電源保障方案也突顯出重要作用。集中直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)不僅較好解決分布式基站遠(yuǎn)端設(shè)備供電難題，同時(shí)取得較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。