5G基站節(jié)能及數(shù)字化管理解決方案

安科瑞 陳聰

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)絡能耗不斷攀升，用戶在享受更好的覆蓋、更高的網(wǎng)絡速率的同時，運營商也在對網(wǎng)絡進行持續(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

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  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)，實時預警基站電氣參數(shù)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(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

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  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)待機和啟停新風風機，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)風機節(jié)能控制示意圖

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  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(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

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  1. 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

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。

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  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(shè)備配置情況，顯示本月基站的報警情況和用電情況。

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  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、應急發(fā)電、開關(guān)電源、空調(diào)、風機、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)。

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  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。

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  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。

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  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，及時通知相應人員。

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  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。