智慧燈桿體現共享、共建、共融理念，多功能共存時，電源也分散在各個功能模塊。但電源系統是智慧燈桿的“心臟”，有故障時會導致功能失效。尤其是5G基站，用電的功率、可靠性等對比其他功能模塊不同。
智慧燈桿供電是按各個功能模塊內處理，還是系統統一解決，需要從系統角度，綜合CAPEX、OPEX、可落地實現等多個維度評估，并在此過程中，結合現在通信電源產業發展情況，建議智慧燈桿場景下的供配電方案，應以通信電源標準向下兼容，實現模塊化設計，具備智能監控，電池備電，高效節能、易于維護等功能。
問題概述
智慧燈桿能同時搭載很多功能模塊，這是方案的主要亮點之一。目前的發展狀況看，多數廠家在搭載不同功能模塊時，提供的解決方案都是“暴力堆疊”，最多的是結構上的融合，而硬件和軟件上的融合基本不考慮，供配電問題尤為突出，原有的解決方案是預留部分220V交流分配單元，各個功能模塊各自內部處理整流功率變換（如下圖1）。
圖1、現智慧路燈電源系統分布示意
基本沒有監控管理，故障率高。由此帶來的可靠性差、效率低、維護成本高等問題較多，也成了目前規模化使用的瓶頸之一。
需求現狀分析
A、下表1統計了下圖2智慧路燈搭載各個功能模塊用電方面的需求：
圖2智慧路燈搭載功能模塊示意圖
表1 智慧燈桿主要功能模塊用電參數
B、從目前應用場景看，在一根桿子上集成所有功能模塊，甚至超過四種以上應用，都是較少的，比如設計單位在一個具體應用場景中做系統設計時，將智慧路燈區分三種：智慧主燈、智慧副燈、智能路燈，有些企業區分為：高配、中配、低配。
我們需要采取2-8原則，將應用普遍的、80%以上的需求及配置予以重點考慮，這樣可以將復雜問題簡單化。下表是應用場景：
表2智慧燈桿典型應用場景
從上面表格可以看出各種應用模塊出現的頻度差異較大，在實際項目應用中，也是如此，應用功能模塊最普遍的是智能照明，其次是視頻采集和移動通信，其他智慧城市相關功能模塊出現頻度較小。或者只在特定場合出現，比如交通流量監測、環境氣象監測一般一個區域一套即可；比如視頻采集一般需要考慮特定位置，卡口站在車輛必經之路上。
移動通信基站可以根據網絡規劃和網絡優化，小范圍調整位置。一般智能照明間距30米，視頻采集間距50-500米，5G移動通信間距200米左右。
通過以上分析，我們可以做這樣的預估：在一條路上，智慧燈桿只搭載智能照明的約占87%，搭載5G+智能照明+視頻采集模塊的約10%，搭載5G+智能照明+視頻采集+其他智慧城市模塊的約3%。照明和視頻采集的功耗相對通信基站較小，因此可以一并考慮供電。而其他應用可以一體考慮。
方案分析
●現在智慧燈桿電源方案的優點：
A、易于實現，集成各個廠家功能模塊，可以快速響應市場客戶需求。
B、責任界面相對清晰，故障問題定位、電量分攤等較為容易處理。
●現在一般智慧燈桿電源方案的缺點：
A、故障率較高--部分功能模塊本身可靠性不高，如環境監測。但從系統維護整體角度看，系統故障是由最短板決定的，出現故障的話依然是系統故障。B、沒有運行狀態監控，不夠智能化--整個智慧燈桿雖然可以實現業務遠程監控管理，但卻將最為關鍵的電源系統排除在外。有了電源問題，由于不能遠程診斷，將大為增加運維成本。C、沒有備電--停電斷電情況下，系統馬上停止運行，導致系統可用度降低。
從以上分析可以看到目前方案僅有項目集成施工的便利，而具備多個缺點，尤其不能滿足未來業主單位對智慧燈桿系統的智能化、高效率管理健康、維護和運營需要。
解決方案思路與原則
1、確保系統可靠，首先是要高標準高要求覆蓋低標準低要求。系統中，有移動通信、交通信號燈，以及后期將會大量出現的車聯網中的車路協同功能模塊（例如RSU路側設備），可靠性要求是高于其他功能模塊的，應該按此最高標準要求。
2、電源系統應該是智能化的，不能是“啞設備”，要做到電源系統可監可控，并且是程序化的，因為其中的功能單元運行規律性強，比如路燈。
3、應對故障與損壞，各個電源功能部件要模塊化設計，并且N+X備份。而且最好需要有備電和備用裝置，應對可能出現的停電、斷電，且要有儲能設備。
有些重要功能模塊，需要在斷電4小時或者更長時間內通過備電繼續工作，直到斷電故障經動力系統維護人員上站修復完成，或者得到移動發電機的臨時供電。核心的控制器網關，需要在停電時能工作，將故障告警傳送到后臺，以便后臺可以區分故障類型，是市電停電、空開斷，還是設備故障？以后繼啟動相應的維修響應動作。
4、路燈桿是居民身邊的城市公共設施，要充分保證安全，包括產品自身安全、數據安全、人身安全等。產品自身安全，需要防護高壓浪涌等沖擊，數據安全需要有加密等防護措施，人身安全需要嚴格符合安規的產品設計，重點防范漏電，必須安裝有漏電保護裝置，并且此裝置可以遠程監控工作狀態，可以遠程操作斷電，以便在臺風、嚴重內澇等極端天氣，可以遠程斷電。
從上分析，并結合應用環境、綠色低碳的方向，可進一步細化出新的智慧燈桿供電方案的需求：
儲能功能和設備不是優先需要解決的剛需，重要性稍低。
1.各個功能模塊對于電源要求不一，需要有多種電壓電流輸出。
2.適用不同功能模塊組合情況下的功率需求。
3.桿站使用，必須考慮環境融合問題。各個功能模塊必須小型化，親桿體設計。
4.系統成本最低，包括建設成本、運行維護成本、質量成本等。
5.安全。電源系統是各個智慧功能模塊的心臟，可靠性必須要有保障，智慧桿是高聳結構，防雷必須充分考慮。數據安全也是產品安全的一個不可或缺部分。同時，公共設施必須保證人員安全，不能發生漏電等問題。
6.各個功能模塊隸屬不同業主，電費計量須能分用戶。
7.各個功能模塊對下電管理要求不同，甚至需控制電流大小。
8.智能化，可遠程監控管理，遠程升級。
9.低碳綠色環保，充分考慮社會效益，高效電源。
解決方案
對于智慧燈桿來說，有交流或直流兩種供電輸入方式，到桿體系統內，又會有實現方案的差異，本文先論述交流輸入方式。交流輸入到桿體系統時，大致有如下三種方案：
圖3 交流供電桿體內電源方案
方案說明：
●方案一（見上文1章節，圖1），早期演示項目多采取此方案。計量一般不考慮。通信與路燈電源及交流充電樁可以有有遠程監控，其他電源沒有智能控制。
優點：各個功能模塊產品不用做定制。
缺點：各個功能模塊各自處理交直流變換、防雷等。成本與可靠性均較差。
圖4 交流供電方案二電源方案
●方案二（見上圖4），目前集成方案多采取此方案。交流配電后，根據業務功能不同，分路計量與配電管理。與智慧城市強相關模塊，電源統一到一體做成可遠程監控的AC-DC電源。
優點：通信、路燈、智慧城市單元，不同業主單位分開管理，符合目前行業與產業狀態，易于被業主單位接受。
缺點：分路實施的工程等成本和難度依然較大，運維成本高。
●方案三（見上圖5）：考慮5G基站的功耗遠大于其他功能模塊，可以統一集中到通信電源供電，在產業初期，可以增加48VDC-DC多路輸出，匹配其他功能模塊。在市場應用增加后，各個功能模塊接受48V供電，則系統將非常簡單。
優點：可靠性提升，系統構成簡單化、歸一化，效率提升。
缺點：集成各個功能模塊電源接口需改變，各個功能模塊供應商和業主單位要有個接受過程。
綜合上面方案二、三，如果方案三做模塊化設計，那么方案二可以是方案三的一種變形或者簡配。最終的系統圖建議如下：
圖6 智慧路燈電源系統方案
以上設計還可以帶來其他的一些好處，比如：
1. 原來的顯示屏電源，與顯示屏一體，屏內內部工作溫度很高，電源長期工作在高溫環境下，壽命將大大縮減。新方案將可避免這個問題，從而提升可靠性。
2. 原來分散在各個功能單元中，不易于維護，例如路燈燈頭電源，需要登高車，維修成本高。集中供電后，易于維護維修。
3. 集中供電后，變換模塊功率增大也易于實現高效率，比如通信電源轉換效率最高可以做到98%，相應的熱耗減小，綠色環保。
結論
從上面論述中，我們看到，智慧燈桿供電，需統一一體考慮，參考通信電源標準和設計架構，增加特定DC/DC轉換模塊以及其他功能外設，設計出模塊化、智能化、高效率、高可靠的電源系統。
參考文獻：
[1] ：賈興東、徐志斌等 多功能智能桿系統設計與工程建設規范。
[2] ：深圳市智慧桿產業促進會 智慧桿系統建設與運維技術規范。
[3] ：中國通信協會，智慧燈桿白皮書（2019）。
[4] ：王洋、舒兆平等，智慧燈桿技術規范。
作者簡介：楊積成，中興通訊股份有限公司能源產品部綜合產品經理。目前主要研究方向為5G建設中各種供電問題，包括舊改站供備電問題，新建站供電模塊化擴展問題，5G桿站供電問題等。