1、1302023.02电源与节能0 引言作为新基建的领头央企中国电信，在践行国家 5G 战略，结合双碳要求下，积极创新，自主研发 5G 一体化智慧电源柜助力 5G 网络建设，其具备快速部署、低碳高效、维护简单的特点，具有远程动态节能、数字化监控可视等功能。既帮助企业解决了 5G 新基建造价高、电费高等七大难题，又提升了施工效率、降低了建设投资及运营成本，绿色低碳的技术特点让该成果入选工信部通信业节能技术产品。这是中国电信作为国家队为人民群众提供更好的通信服务，为社会打造低碳绿色网络，为国家碳达峰、碳中和宏伟战略目标贡献科技力量的又一创新成果。1 当前 5G 建设困境随着 5G 建设的加速展开，5
2、G 网络快速形成商用服务能力，如何低碳高效地完成 5G 网络建设成为目前运营商面临的主要挑战，实现 5G 绿色低碳高质量建设的困境主要有以下几个方面：（1）5G 设备功耗大，单台 5G 设备功耗约 1000W，是 4G 设备功耗的 3 倍；（2）5G 设备频率高、传输损耗大、穿透能力弱，为实现信号连续覆盖，5G 基站密度将会大大增加；（3）5G 网络将呈现点多站密、宏微协同、高低搭配的特点，电源容量需求激增；（4）5G 基站早期一般不配置后备电源，主要采用交流 220V 配电箱+交转直方式。综合上述困境，如何解决高功耗及快速部署等问题，将是 5G 建设的一大关键。为降低建设投资、降低运营成本、
3、提高施工效率，解决5G设备在建设维护中存在5G站址改造难、5G 施工效率低、建设造价高、存量资源使用率低、铁塔租金成本高、网络运维保障低、闲时电费成本高等七大痛点，南京电信创新研发出 5G 一体化智慧电源柜。2 传统电源方案5G 基站无线设备功耗高，单台 AAU（Active Antenna Unit，有源天线单元）设备功耗约 1000W，电流 20A，一般单站 3 台 AAU 设备功耗约 3000W、电流 60A，除了部分现网为机房开关电源，容量足够满足建设需求，其他大部分现网站为室外一体化机柜或者微站均不能满足电源需求，因此，早期一般考虑新建室外一体机或者不配置后备电源（交流 220V配电
4、箱+交转直设备+分纤箱方式）。如图 1、图 2 所示。常见的传统室外一体化机柜自带 120A 磷酸电池，该电池体积大、安装方式单一、建设周期长、投资成本高、使用周期短、备电能力弱，应对突发性断电等紧急情况，无法及时反应；华为刀片电源 OPM200 没有备用电源，不含 FSU（Field Supervision Unit，动环监控单元）、直流输出端子不足、电池扩容贵，若需要拓展，只能安装一个 50A 备电模块，如果选用总部集采电池，需要加挂电池箱，大大增加了设备成本和打造绿色 5G，助力低碳网络5G 一体化智慧电源柜设计与实践吴亚晖 唐秋璇 刘子豪中国电信股份有限公司南京分公司摘要：5G作为新一
5、代宽带无线移动技术，其技术标准和产业化培育已全面进入加速成熟期。然而，5G设备功耗大，单台设备功耗大约是 4G 设备的 3 倍，且 5G 基站密度远大于 4G，导致基站电源容量需求激增。为解决基站建设环境复杂、建设空间有限和建设美观安全等七大痛点，本文创新提出 5G 一体化智慧电源柜，可有效降低建设投资、降低运营成本、提高施工效率，实现降本增效，保证 5G 建设快速推进，助力低碳网络。关键词：功耗；5G 一体化智慧电源柜；碳达峰；碳中和1312023.02电源与节能系统复杂度，不利于基站快速建设。两种产品的参数对比，如表 1 所示：图 1 传统一体化机柜方式示意图图 2 传统无备电接电方式示意
6、图表 1 两种产品参数对比类型华为刀片电源 OPM200传统室外一体化机柜主要功能功率6000W/100A最大支持 300A，标配 150A电池不带，50AH 一个模块，可扩展。如果选用总部集采电池，需要加挂电池箱。最大配置 200AH 电池；FSU不带 FSU不带 FSUODF不带 ODF不带 ODF输出分路46 路，支持远程下电63A6、40A6、16A3，支持远程下电工程参数体积400*164*180mm（不含电池）1400*800*800mm400*760*180mm（含 100ah）安装方式抱杆、挂墙落地安装工序一次进场基础+柜体+电源+电池+FSU+分路计量，6 次进场安装时间1
7、小时14 天-30 天维护参数工作温度-40+50-10+45耐热性能自然散热空调制冷（税前）100A 电源+FSU+100AH+8 路计量价格650023500设备（100A/100AH+FSU）+施工+调测+电池165003 5G 一体化智慧电源柜结合以上问题，南京电信在创新建设模式、提升建设效率、建立全流程规范等方面开展创新研究与应用，创新研发出 5G一体化智慧电源柜。目前 5G 一体化智慧电源柜具备 2 种型号，满足不同配电需求，如表 2 所示：1322023.02电源与节能表 2 两种 5G 一体化智慧电源柜产品参数序号名称输出功率（W）电池容量（AH）参数尺寸 mm（高 x 宽 x
8、深）不含电池重量（KG）含电池重量（KG）12500W 高容量一体化户外电源柜3000W50交流 220V 输入，输出电压-48V，满配 50A，交流输入 60KA 防雷器；不少于 6 路输出；安装支架配件；带简易NB 动环535*320*295173725000W 中容量一体化户外电源柜5000W100交流 220V 输入，输出电压-48V，满配 100A，交流输入 60KA 防雷器；不少于 8 路输出，其中 6 路可远程关断；安装支架配件；带简易 NB 动环535*500*3502870图 3 5G 一体化智慧电源柜示意图3.1 创新原理5G 一体化智慧电源柜是一款集成交转直开关电源、锂电
9、池组、分路配电、NB（Narrow Band，窄带）动环监测的一体化电源产品，该产品 220V AC（Alternating Current，交流电流）电压输入，56V DC（Direct Current，直流电流）输出，具备完善的保护功能（输入过压、输入欠压、输出过流、输出短路、过温保护）、告警及 BMS（Battery Management System，电池管理系统），提供干节点信号及 RS485 通信功能，内部可配置 50AH/100AH 锂电池组，支持外置扩容，提供性能可靠的不间断电源功能。电源模块采用自上而下拔插式设计，模块内部配置有独立风扇设计，实现由机箱底部抽风运送至机箱顶部，
10、机箱底部及顶部盖板均设有专用抽风排气窗孔，形成特有的独立式烟囱风道设计，立体独立仓设计使产生的热气不会回流至设备内部及电池仓，使设备内部温升不超过10，使设备达到有效、可靠耐高温的效果。可配置 100AH 磷酸铁锂电池，电池模块由 16 块电芯组成，每块电芯电压可达 3.23.6V，当外部环境信息发生变化时，设备内部程序将会对是否使用电池供电进行判断，设备内部背板可控制是否使用电池供电。市电断开后，背板上市电输入通道关闭，设备使用内部电池模块进行供电，市电开启后，市电输入通道开启，设备使用市电供电，同时对电池模块进行充电操作。使用电池模块供电时，电池模块电压可达 51.2V，放电过程将会稳定在
11、通信设备标准电压 48V左右，当电池模块电压低于 42V 时，独有的 BMS 电池保护系统将会对电池模块进行断电保护，以保障电池正常使用功效。BMS 电池保护系统将实时监控并对电池内部信息进行采样判断，当电池模块电压达到所设置的告警阈值时，将断开背板上电池供电通道，进而保护电池，避免电压过低损耗电池寿命。1332023.02电源与节能电源系统上电后，程序会对各个硬件模块进行自检工作，硬件正常运行，系统启动完毕。系统启动后，开始对电池进行充放电管理。对输入输出和环境信息等模拟量进行采集，根据运行逻辑对数据进行判断，是否触发保护。根据私有通信协议，通过网络模块、云平台或者 FSU 进行数据交互。当
12、220V市电输入正常时，内置两组交转直模块工作运行，输出适用于通信设备稳定运行的 56V 直流供电，内部包含由充电电路与输出保护电路组成电池管理系统 BMS。当市电断开时，电池保护系统 BMS 实现 0mS 切换内置 100AH 锂电池组输出，保障通信主设备实现不间断的直流电源供应。配置NBIoT（Narrow Band Internet of Things，窄带物联网）通信模块，可对接品牌 FSU，实现设备内部数据及功能实时监控。如图 3所示：3.2 安装方式5G 一体化智慧电源柜支持 4 种安装方式：附墙安装、附杆安装、附抱杆安装、落地安装，适用场景多样。（1）挂墙安装时，先用拉爆螺丝固定
13、 L 型支撑架，再放入主机；可选择安装于楼顶女儿墙、机房墙壁、电梯间墙壁等。（2）挂杆、挂抱杆安装时，先将 L 型支撑架固定，再放入主机。可选择安装于农村落地塔旁杆路水泥杆上、抱杆上。（3）落地安装时，先将底座固定，再放入主机。可选择安装于现有不易于积水的水泥基础上。3.3 创新产品优势5G 一体化智慧电源柜将交流输入配电、防雷单元、开关整流器、电池组、直流输出配电单元、NB 监控单元和室外一体化机箱集成于一体，在出厂前将上述所有各部件设备进行整机系统联调、参数设置，大幅降低基站建设设备复杂度，对于基站建设环境复杂、基站建设空间有限、基站建设美观要求高、基站建设成本高等困难站点的解决，具有重要
14、意义。该产品具有以下技术优势：（1）智能控制模块化功能扩展灵活，支持遥感遥测，具备远程控制功能，可远程分路开关，支持分路计量，可实现对用电终端精确计量，提供节能策略，实现远程开关节能。（2）快速安装5G 一体化智慧电源柜支持多种安装方式，附墙安装、附抱杆安装、落地安装等，安装方式灵活多变，增加了设备安装的多样性。产品安装仅需1小时，节省了大量施工安装时间（原一体化机柜建设周期需 21 天），满足企业快速建网要求。（3）价格优、低成本具有较高的性价比，低于现有框架采购成本，如果考虑后期备电，其成本将低于现有框架成本 60%。（4）采用立体独立仓设计采用烟囱式风道设计（独有专利的喇叭型烟囱式风道结
15、合独立三腔式机箱结构，使得发热模块与其他模块热隔离），保持机柜内部最高温升不超过 10 C，无需使用机柜空调，避免机柜空调安装使用产生的额外费用，既省钱省电又避免空调的高故障率，符合绿色低碳的行业要求。（5）模块化设计、体积小580*390*275mm，重量：70KG。节约空间，减少占地面积，支持抱杆，挂墙和落地安装，为企业在基站选址时节省了很大占地面积。（6）高度集成一次进场，维护方便：满足一站一柜要求，该机柜集成了电池单元，交转直单元（可持 9 路输出）防雷单元，输入输出单元，简易 NB 动环监控单元，12 芯 ODF（Optical Distribution Frame，光纤配线架）光分
16、路单元，后期维护方便，无需重复进场实施。（7）后续功能扩展灵活具有动环监控、远程关断功能，对于网络的节能运营提供了前瞻性的技术准备，在该备电时候实现备电，在闲时实现设备退网节能。（8）取电灵活设备使用单相电即可，无需进行三相电改造。（9）电池支持热插拔、后装和扩容。3.4 应用成效5G 一体化智慧电源柜配置智能开关输出，支持远程分路关断、远程下电、起租加电、差异化备电、分路计量等节能功能，可在 NB 网管平台或铁塔运营网管平台并与江苏电信的维护平台进行了打通，查看总路及分路输出功率详细数值，并可对总路、各分路、各分户选择性进行远程定时关断。江苏省南京市长乐路基站 BBU（Building Base band Unit，图 3 5G 一体化智慧电源柜系统图1342023.02电源与节能室内基带处理单元）统一部署在 CRAN（Centralized Radio Access Network，集中化无线接入网）机房（BBU 池），末端5G 为 AAU*3 拉远，且高度集成（天馈线、射频单元、智能模块集成一体），末端 4G 为射频天线，RRU（Remote Radio Unit，射频拉远单元）
