【解決方案】5G基站節(jié)能及數字化管理

 

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基站總數達321.5萬個，占全國通信基站總數的28.1%。然而，隨著5G基站數量的快速增長，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，通信網絡能耗不斷攀升，用戶在享受更好的覆蓋、更高的網絡速率的同時，運營商也在對網絡進行持續(xù)建設，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，據統(tǒng)計現有運行的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，這對運營商來說是沉重的負擔。

基站的電源設備、發(fā)射設備、傳輸設備等都是較大的發(fā)熱體，空調系統(tǒng)要持續(xù)為基站降溫，據統(tǒng)計空調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、開關電源、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

2.基站智慧用電解決方案

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

安科瑞基站智慧用電云平臺，通過在基站加裝智能斷路器和電量傳感器，實現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 基站電氣數據采集配置示意圖

2.1 基站用電智能化

通過平臺可以監(jiān)測基站內電氣參數，統(tǒng)計基站用能數據，實時預警基站電氣參數異常，比如市電/應急進線和直流饋線欠壓、失壓、蓄電池異常等，實現基站用電數字化、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急發(fā)電回路以及總進線回路的電氣參數并上傳平臺；

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并上傳平臺；

3) 配置智慧微斷用于監(jiān)測和控制基站內空調、照明、風機回路，數據上傳平臺；

4) 配置空調紅外控制器用于現場邏輯控制以及平臺遠程控制基站內空調；

5) 配置蓄電池監(jiān)測單元采集蓄電池數據并上傳平臺。

 

圖3 基站用電數據傳輸示意圖

2.2 基站用電節(jié)能控制

通過在邊緣計算網關設置好控制邏輯，采集基站外部環(huán)境溫度、基站內部溫度進行比較來自動控制空調待機和啟停新風風機，*大*度利用自然冷卻，使基站內部溫濕度控制在目標范圍內，從而實現基站內空調用電節(jié)能。

 

圖4 基站內空調風機節(jié)能控制示意圖

2.3 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、開關電源、蓄電池等眾多設備，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”，當負載峰值超過限功率點，鋰電儲能放電參與負載供電；負載空閑時，鋰電儲能轉充電補充電量。也可用于應急場景，在大面積停電情況下提供應急用電，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數據，并可制定充放電控制管理。

 

圖5 基站電源擴容示意圖

2.4 基站配電數字化設備選型表

表1 基站智能化設備選型表

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)數據，進行數字化展示和數據分析，并基于基站本地邊緣計算進行邏輯控制來啟?？照{、風機，實現基站遠程集中監(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，實現了透明化管理。

3.1 基站一覽

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

3.2 基站配電組態(tài)

顯示基站內各個用電設備的運行情況和用電情況，包括市電、應急發(fā)電、開關電源、空調、風機、蓄電池及用電設備等，同時顯示基站內外環(huán)境數據。

3.3 基站能耗分析

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

3.4 鋰電池儲能管理

平臺接入電池管理系統(tǒng)和儲能變流器數據，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，并根據基站負荷變化或人工指令設置儲能系統(tǒng)的充放電策略，保障基站可靠供電。

3.5 異常報警推送

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

3.6 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。

4.應用

2021年12月改革委、中*網信辦、工業(yè)和信息化部、國家能源局聯合發(fā)布《貫徹落實碳達峰碳中和目標要求推動數據中*和5G等新型基礎設施綠色高質量發(fā)展實施方案》，要求到2025年，數據中*和5G基本形成綠色集約的一*化運行格局，其中5G基站能效提升20%以上。安科瑞基站節(jié)能及數字化管理解決方案已經在不少基站應用，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%，助力通信基站數字化管理轉型，早日實現“雙碳”目標。