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    5G基站節(jié)能及數(shù)字化管理解決方案

    更新時(shí)間:2023-12-07      點(diǎn)擊次數(shù):345


    截至2023年10月,我國(guó)5G基站總數(shù)達(dá)321.5萬(wàn)個(gè),占全國(guó)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(zhǎng),基站的能耗問(wèn)題也逐漸日益凸顯,基站的用電給運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)了巨大的電費(fèi)開(kāi)支壓力,降低5G基站的能耗成為了運(yùn)營(yíng)商們亟待解決的問(wèn)題。

    1.5G基站的高能耗

    從2G時(shí)代開(kāi)始,通信網(wǎng)絡(luò)能耗不斷攀升,用戶(hù)在享受更好的覆蓋、更高的網(wǎng)絡(luò)速率的同時(shí),運(yùn)營(yíng)商也在對(duì)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(lái)了絕對(duì)功耗的上升。相比4G基站,5G不僅功耗提近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(chǎng)商的5G基站單系統(tǒng)滿(mǎn)載功耗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(guó)僅5G基站電費(fèi)支出將達(dá)到763億!

    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(wèn)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(xiàn)纜、斷路器、空調(diào)、開(kāi)關(guān)電源、蓄電池等都需要升級(jí),這樣成本會(huì)更高。因此對(duì)于運(yùn)營(yíng)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。

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    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、節(jié)能、維護(hù)簡(jiǎn)便需求,對(duì)供電系統(tǒng)的故障隱患等沒(méi)有預(yù)先感知和判斷,需要運(yùn)維人員不時(shí)到現(xiàn)場(chǎng),這無(wú)疑也會(huì)增加運(yùn)營(yíng)成本。

    安科瑞基站智慧用電云平臺(tái),通過(guò)在基站加裝電量傳感器、智慧微斷以及空調(diào)控制等設(shè)備,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。

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    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(guò)平臺(tái)可以監(jiān)測(cè)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(xiàn)和直流饋線(xiàn)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(cè)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(xiàn)回路的電氣參數(shù)并上傳平臺(tái);

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

    3)配置智慧微斷用于監(jiān)測(cè)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(tái);

    4)配置空調(diào)紅外控制器用于現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制以及平臺(tái)遠(yuǎn)程控制基站內(nèi)空調(diào);

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

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    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(guò)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)行比較判斷來(lái)自動(dòng)控制空調(diào)待機(jī)和啟停新風(fēng)風(fēng)機(jī),最大限度利用自然冷卻,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。

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    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(duì)4G基站能耗提高了3倍,如果在原有4G基站進(jìn)行升級(jí)改造的時(shí)候很有可能會(huì)遇到原有市電容量不足的問(wèn)題,升級(jí)市電可能需要更換原有供電線(xiàn)纜、斷路器、空調(diào)、開(kāi)關(guān)電源、蓄電池等眾多設(shè)備,甚至可能無(wú)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(guò)正常市電限值,鋰電儲(chǔ)能放電參與負(fù)載供電;負(fù)載空閑時(shí),鋰電儲(chǔ)能轉(zhuǎn)充電補(bǔ)充電量。也可用于應(yīng)急場(chǎng)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(tái)可接入鋰電池儲(chǔ)能變流器及鋰電池BMS數(shù)據(jù),并可制定充放電控制管理。

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    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

    名稱(chēng)

    圖片

    型號(hào)

    功能

    應(yīng)用

    交流多回路監(jiān)測(cè)儀表

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    DTSD1352-4S

    12路單相或4路三相交流電氣數(shù)據(jù)采集,包括電流、電壓、功率、電能等,自帶開(kāi)口式電流互感器,2DI/2DO,RS485通訊接口。

    交流進(jìn)線(xiàn)

    直流多回路監(jiān)測(cè)儀表

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    AMC16L-DETT

    6路直流數(shù)據(jù)采集,包括電流、電壓、功率、電能等數(shù)據(jù),可配置霍爾傳感器,DC48V電源,RS485通訊接口。

    直流饋線(xiàn)

    智慧微斷

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    ASCB1LE-63

    ASCB1-63

    產(chǎn)品由智能微斷與智能網(wǎng)關(guān)兩部分組成,可用于對(duì)用電線(xiàn)路的關(guān)鍵電氣因素,如電壓、電流、功率、溫度、漏電、能耗等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),具有遠(yuǎn)程操控、預(yù)警保護(hù)、短路保護(hù)、電能計(jì)量統(tǒng)計(jì)、故障定位等功能,分為1P/2P/3P/4P單/三相多種電流規(guī)格,最大63A,RS485通訊接口。

    三相交流饋線(xiàn)

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    單相交流饋線(xiàn)

    空調(diào)紅外

    控制器

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    /

    具備空氣溫濕度監(jiān)測(cè),可通過(guò)紅外控制空調(diào)開(kāi)關(guān)機(jī),RS485通訊接口。

    空調(diào)控制

    數(shù)據(jù)采集器

    XSX05204 

    ABAT100-HS

    最大可監(jiān)測(cè)蓄電池?cái)?shù)為120節(jié),組壓過(guò)充/放,單壓過(guò)充/放,電流過(guò)充/放,單體內(nèi)阻過(guò)高,通信異常等,帶過(guò)壓、短路保護(hù),RS485/Modbus-RTU接口

    蓄電池監(jiān)測(cè)模塊數(shù)據(jù)采集

    電池監(jiān)測(cè)模塊

    XSX05198 

    ABAT100-S

    對(duì)每節(jié)后備電池的電壓、內(nèi)阻與電池負(fù)極溫度的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

    蓄電池監(jiān)測(cè)模塊

    電池組監(jiān)測(cè)模塊

    XSX05236 

    ABAT100-C

    監(jiān)測(cè)一組電池的充放電電流與環(huán)境溫度

    蓄電池組監(jiān)測(cè)模塊

    霍爾傳感器

    霍爾(1) 

    AHKC-EKC

    測(cè)量DC0~(500-1500)A電流,輸出±5V。

    直流電流監(jiān)測(cè)

    邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)

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    ANet-1E2S1-4G

    邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān),嵌入式linux系統(tǒng),提供AES加密及MD5身份認(rèn)證等安全需求,支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳,支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104協(xié)議,支持本地邏輯判斷和智能控制

    數(shù)據(jù)采集

    邏輯控制

    表1 基站智能化設(shè)備選型表

    3.基站智慧用電云平臺(tái)

    安科瑞基站智慧用電平臺(tái)可本地或云端部署,采集各類(lèi)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(lái)啟停空調(diào)、風(fēng)機(jī),實(shí)現(xiàn)基站遠(yuǎn)程集中監(jiān)測(cè)和節(jié)能控制。當(dāng)平臺(tái)檢測(cè)到報(bào)警故障時(shí)會(huì)自動(dòng)通過(guò)手機(jī)短信、語(yǔ)音電話(huà)和APP推送提醒用戶(hù),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(duì)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。

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    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(kāi)關(guān)電源、空調(diào)、風(fēng)機(jī)、蓄電池及用電設(shè)備,同時(shí)顯示基站內(nèi)外環(huán)境數(shù)據(jù)。

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    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。

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    3.4鋰電池儲(chǔ)能管理

    平臺(tái)接入電池管理系統(tǒng)和儲(chǔ)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(cè)電芯電流、溫度、SOC、SOH,檢測(cè)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(chǔ)能系統(tǒng)的充放電策略,保障基站可靠供電。

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    3.5異常報(bào)警推送

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

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    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。

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    4.應(yīng)用

    2021年12月改革委、中央網(wǎng)信辦、工業(yè)和信息化部、國(guó)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)中心和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)中心和5G基本形成綠色集約的一體化運(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)。

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