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技術(shù)文章

有關(guān)5G基站節(jié)能及數(shù)字化管理的解決方案

更新時間:2023-12-25 瀏覽次數(shù):373

截至2023年10月,我國5G基站總數(shù)達321.5萬個,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,基站的用電給運營商帶來了巨大的電費開支壓力,降低5G基站的能耗成為了運營商們亟待解決的問題。

  1. 5G基站的高能耗

從2G時代開始,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,運營商也在對網(wǎng)絡(luò)進行持續(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)計現(xiàn)有運行的5G微基站平均每天耗電約65kWh,如果按照電價1元/kWh計算,每年全國僅5G基站電費支出將達到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)計空調(diào)的電費支出約占整個基站電費支出的54%左右,成為基站機房中的主要耗電設(shè)備。

除了電費高昂之外,還有基站供電問題。由于5G基站負荷比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

  1. 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,需要運維人員不時到現(xiàn)場,這無疑也會增加運營成本。

安科瑞基站智慧用電云平臺,通過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,實現(xiàn)了基站用電的智能化和精細化管理,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


    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)計基站用能數(shù)據(jù),實時預(yù)警基站電氣參數(shù)異常,比如市電/應(yīng)急進線和直流饋線欠壓、失壓、蓄電池異常等,實現(xiàn)基站用電數(shù)字化、智能化遠程管理。

  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)場自動控制以及平臺遠程控制基站內(nèi)空調(diào);

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

圖3 基站用電數(shù)據(jù)傳輸示意圖


    1. 基站用電節(jié)能控制

通過在邊緣計算網(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)部溫度進行比較判斷來自動控制空調(diào)待機和啟停新風(fēng)風(fēng)機,利用自然冷卻,使基站內(nèi)部溫濕度控制在目標范圍內(nèi),從而實現(xiàn)基站內(nèi)空調(diào)用電節(jié)能。

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


    1. 基站用電擴容管理

由于5G相對4G基站能耗提高了3倍,如果在原有4G基站進行升級改造的時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的“不改市電、不動配電"的方案,其實就是額外加一個“充電寶",當負載峰值超過正常市電限值,鋰電儲能放電參與負載供電;負載空閑時,鋰電儲能轉(zhuǎn)充電補充電量。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 基站電源擴容示意圖


    1. 基站配電數(shù)字化設(shè)備選型表

名稱

圖片

型號

功能

應(yīng)用

交流多回路監(jiān)測儀表

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,自帶開口式電流互感器,2DI/2DO,RS485通訊接口。

交流進線

直流多回路監(jiān)測儀表

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

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,可用于對用電線路的關(guān)鍵電氣因素,如電壓、電流、功率、溫度、漏電、能耗等進行實時監(jiān)測,具有遠程操控、預(yù)警保護、短路保護、電能計量統(tǒng)計、故障定位等功能,分為1P/2P/3P/4P單/三相多種電流規(guī)格,至大63A,RS485通訊接口。

三相交流饋線

eefd966f8dd3fd620725c850685833a

單相交流饋線

空調(diào)紅外

控制器

44b8e4bd2a90c53c3550643caa7f7c3

/

具備空氣溫濕度監(jiān)測,可通過紅外控制空調(diào)開關(guān)機,RS485通訊接口。

空調(diào)控制

數(shù)據(jù)采集器

XSX05204

ABAT100-HS

至大可監(jiān)測蓄電池數(shù)為120節(jié),組壓過充/放,單壓過充/放,電流過充/放,單體內(nèi)阻過高,通信異常等,帶過壓、短路保護,RS485/Modbus-RTU接口

蓄電池監(jiān)測模塊數(shù)據(jù)采集

電池監(jiān)測模塊

XSX05198

ABAT100-S

對每節(jié)后備電池的電壓、內(nèi)阻與電池負極溫度的在線監(jiān)測

蓄電池監(jiān)測模塊

電池組監(jiān)測模塊

XSX05236

ABAT100-C

監(jiān)測一組電池的充放電電流與環(huán)境溫度

蓄電池組監(jiān)測模塊

霍爾傳感器

霍爾(1)

AHKC-EKC

測量DC0~(500-1500)A電流,輸出±5V。

直流電流監(jiān)測

邊緣計算網(wǎng)關(guān)

5ad14388c35536d8d57ada041e2b89e

ANet-1E2S1-4G

邊緣計算網(wǎng)關(guān),嵌入式linux系統(tǒng),提供AES加密及MD5身份認證等安全需求,支持斷點續(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

  1. 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),進行數(shù)字化展示和數(shù)據(jù)分析,并基于基站本地邊緣計算進行邏輯控制來啟??照{(diào)、風(fēng)機,實現(xiàn)基站遠程集中監(jiān)測和節(jié)能控制。當平臺檢測到報警故障時會自動通過手機短信、語音電話和APP推送提醒用戶,提升基站運維管理工作效率,實現(xiàn)了透明化管理。


    1. 基站一覽

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

 


    1. 基站配電組態(tài)

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


    1. 基站能耗分析

統(tǒng)計基站能耗數(shù)據(jù),并進行同環(huán)比分析比較,形成能耗報表。


    1. 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。


    1. 異常報警推送

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


    1. 運維管理

運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。

  1. 應(yīng)用

2021年12月改革委、中央網(wǎng)信辦、工業(yè)和信息化部、國家能源局聯(lián)合發(fā)布《貫徹落實碳達峰碳中和目標要求推動數(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,運維效率提升40%,助力通信基站數(shù)字化管理轉(zhuǎn)型,早日實現(xiàn)“雙碳"目標。


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