【解決方案】5G基站節(jié)能及數(shù)字化管理

 

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

截至2023年10月，我國5G基站總數(shù)達(dá)321.5萬個(gè)，占全國通信基站總數(shù)的28.1%。然而，隨著5G基站數(shù)量的快速增長，基站的能耗問題也逐漸日益凸顯，基站的用電給運(yùn)營商帶來了巨大的電費(fèi)開支壓力，降低5G基站的能耗成為了運(yùn)營商們亟待解決的問題。

1.5G基站的高能耗

從2G時(shí)代開始，通信網(wǎng)絡(luò)能耗不斷攀升，用戶在享受更好的覆蓋、更高的網(wǎng)絡(luò)速率的同時(shí)，運(yùn)營商也在對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行持續(xù)建設(shè)，而更多的基站、更廣的頻段、更大的帶寬、更強(qiáng)的處理能力帶來了功耗的上升。相比4G基站，5G不僅功耗提高了近3倍，并且由于覆蓋范圍的衰減，5G基站的數(shù)量又是成倍增加。當(dāng)前主流廠商的5G基站單系統(tǒng)滿載功耗約為3.5~4kW，據(jù)統(tǒng)計(jì)現(xiàn)有運(yùn)行的5G微基站平均每天耗電約65kWh，如果按照電價(jià)1元/kWh計(jì)算，每年全國僅5G基站電費(fèi)支出將達(dá)到763億，這對運(yùn)營商來說是沉重的負(fù)擔(dān)。

基站的電源設(shè)備、發(fā)射設(shè)備、傳輸設(shè)備等都是較大的發(fā)熱體，空調(diào)系統(tǒng)要持續(xù)為基站降溫，據(jù)統(tǒng)計(jì)空調(diào)的電費(fèi)支出約占整個(gè)基站電費(fèi)支出的54%左右，成為基站機(jī)房中的主要耗電設(shè)備。

除了電費(fèi)高昂之外，還有基站供電問題。由于5G基站負(fù)荷比4G基站高出近3倍，原有4G基站的配電系統(tǒng)可能不足以提供這么高的功率，包括供電線纜、斷路器、空調(diào)、開關(guān)電源、蓄電池等都需要升級，這樣成本會更高。因此對于運(yùn)營商而言，5G基站的高功耗甚至成為了制約5G發(fā)展的首要原因。

 

圖1 基站供電系統(tǒng)示意圖

2.基站智慧用電解決方案

現(xiàn)有的大部分基站供電系統(tǒng)不具備智能化、低碳節(jié)能、維護(hù)簡便等需求，對供電系統(tǒng)的故障隱患等沒有預(yù)先感知和判斷，需要運(yùn)維人員不斷的到現(xiàn)場進(jìn)行運(yùn)維服務(wù)，這無疑也會增加運(yùn)營成本。

安科瑞基站智慧用電云平臺，通過在基站加裝智能斷路器和電量傳感器，實(shí)現(xiàn)了基站用電的智能化和精細(xì)化管理，為基站可靠、節(jié)約用電提供解決方案。

 

圖2 基站電氣數(shù)據(jù)采集配置示意圖

2.1 基站用電智能化

通過平臺可以監(jiān)測基站內(nèi)電氣參數(shù)，統(tǒng)計(jì)基站用能數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)預(yù)警基站電氣參數(shù)異常，比如市電/應(yīng)急進(jìn)線和直流饋線欠壓、失壓、蓄電池異常等，實(shí)現(xiàn)基站用電數(shù)字化、智能化遠(yuǎn)程管理。

1) 配置交流多回路監(jiān)測儀表用于采集市電回路和應(yīng)急發(fā)電回路以及總進(jìn)線回路的電氣參數(shù)并上傳平臺；

2) 配置直流多回路監(jiān)測儀表用于采集直流饋線回路電氣參數(shù)并上傳平臺；

3) 配置智慧微斷用于監(jiān)測和控制基站內(nèi)空調(diào)、照明、風(fēng)機(jī)回路，數(shù)據(jù)上傳平臺；

4) 配置空調(diào)紅外控制器用于現(xiàn)場邏輯控制以及平臺遠(yuǎn)程控制基站內(nèi)空調(diào)；

5) 配置蓄電池監(jiān)測單元采集蓄電池?cái)?shù)據(jù)并上傳平臺。

 

圖3 基站用電數(shù)據(jù)傳輸示意圖

2.2 基站用電節(jié)能控制

通過在邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)設(shè)置好控制邏輯，采集基站外部環(huán)境溫度、基站內(nèi)部溫度進(jìn)行比較來自動(dòng)控制空調(diào)待機(jī)和啟停新風(fēng)風(fēng)機(jī)，*大*度利用自然冷卻，使基站內(nèi)部溫濕度控制在目標(biāo)范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)基站內(nèi)空調(diào)用電節(jié)能。

 

圖4 基站內(nèi)空調(diào)風(fēng)機(jī)節(jié)能控制示意圖

2.3 基站用電擴(kuò)容管理

由于5G相對4G基站能耗提高了3倍，如果在原有4G基站進(jìn)行升級改造的時(shí)候很有可能會遇到原有市電容量不足的問題，升級市電可能需要更換原有供電線纜、斷路器、空調(diào)、開關(guān)電源、蓄電池等眾多設(shè)備，甚至可能無法提升市電容量的情況。

此前，華為和鐵塔公司合作了一個(gè)的“不改市電、不動(dòng)配電”的方案，其實(shí)就是額外加一個(gè)“充電寶”，當(dāng)負(fù)載峰值超過限功率點(diǎn)，鋰電儲能放電參與負(fù)載供電；負(fù)載空閑時(shí)，鋰電儲能轉(zhuǎn)充電補(bǔ)充電量。也可用于應(yīng)急場景，在大面積停電情況下提供應(yīng)急用電，避免造成5G基站大量的退服情況。安科瑞基站智慧用電管理平臺可接入鋰電池儲能變流器及鋰電池BMS數(shù)據(jù)，并可制定充放電控制管理。

 

圖5 基站電源擴(kuò)容示意圖

2.4 基站配電數(shù)字化設(shè)備選型表

表1 基站智能化設(shè)備選型表

3.基站智慧用電云平臺

安科瑞基站智慧用電平臺可本地或云端部署，采集各類基站配電系統(tǒng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)字化展示和數(shù)據(jù)分析，并基于基站本地邊緣計(jì)算進(jìn)行邏輯控制來啟停空調(diào)、風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)基站遠(yuǎn)程集中監(jiān)測和節(jié)能控制。當(dāng)平臺檢測到報(bào)警故障時(shí)會自動(dòng)通過手機(jī)短信、語音電話和APP推送提醒用戶，提升基站運(yùn)維管理工作效率，實(shí)現(xiàn)了透明化管理。

3.1 基站一覽

GIS地圖顯示對應(yīng)基站的位置，包括基站的詳細(xì)信息和設(shè)備配置情況，顯示本月基站的報(bào)警情況和用電情況。 

3.2 基站配電組態(tài)

顯示基站內(nèi)各個(gè)用電設(shè)備的運(yùn)行情況和用電情況，包括市電、應(yīng)急發(fā)電、開關(guān)電源、空調(diào)、風(fēng)機(jī)、蓄電池及用電設(shè)備等，同時(shí)顯示基站內(nèi)外環(huán)境數(shù)據(jù)。

3.3 基站能耗分析

統(tǒng)計(jì)基站能耗數(shù)據(jù)，并進(jìn)行同環(huán)比分析比較，形成能耗報(bào)表。

3.4 鋰電池儲能管理

平臺接入電池管理系統(tǒng)和儲能變流器數(shù)據(jù)，為基站提供運(yùn)行模式監(jiān)視和控制策略選擇，系統(tǒng)監(jiān)測電芯電流、溫度、SOC、SOH，檢測直流系統(tǒng)絕緣狀況，并根據(jù)基站負(fù)荷變化或人工指令設(shè)置儲能系統(tǒng)的充放電策略，保障基站可靠供電。

3.5 異常報(bào)警推送

當(dāng)出現(xiàn)異常情況，平臺可通過手機(jī)短信，APP推送，郵件推送，語音外呼等方式，及時(shí)通知相應(yīng)人員。

3.6 運(yùn)維管理

運(yùn)維管理包括隱患巡查、隱患處理、隱患記錄、隱患提醒、工單處理和隱患批量處理等功能。

4.應(yīng)用

2021年12月改革委、中*網(wǎng)信辦、工業(yè)和信息化部、國家能源局聯(lián)合發(fā)布《貫徹落實(shí)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)要求推動(dòng)數(shù)據(jù)中*和5G等新型基礎(chǔ)設(shè)施綠色高質(zhì)量發(fā)展實(shí)施方案》，要求到2025年，數(shù)據(jù)中*和5G基本形成綠色集約的一*化運(yùn)行格局，其中5G基站能效提升20%以上。安科瑞基站節(jié)能及數(shù)字化管理解決方案已經(jīng)在不少基站應(yīng)用，并取得很好的效果，平均節(jié)能效果提升20%以上，運(yùn)維效率提升40%，助力通信基站數(shù)字化管理轉(zhuǎn)型，早日實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。