5G基站節能及數字化管理解決方案-安科瑞 蔣靜

截至2023年10月，我國5G基站總數達321.5萬(wàn)個(gè)，占全國通信基站總數的28.1%。然而，隨著(zhù)5G基站數量的快速增長(cháng)，基站的能耗問(wèn)題也逐漸日益凸顯，基站的用電給運營(yíng)商帶來(lái)了巨大的電費開(kāi)支壓力，降低5G基站的能耗成為了運營(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)，運營(yíng)商也在對網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行持續建設，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(lái)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(chǎng)商的5G基站單系統滿(mǎn)載功耗約為3.5~4kW，據統計現有運行的5G微基站平均每天耗電約65kWh，如果按照電價(jià)1元/kWh計算，每年全國僅5G基站電費支出將達到763億！

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，空調系統要持續為基站降溫，據統計空調的電費支出約占整個(gè)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(wèn)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、開(kāi)關(guān)電源、蓄電池等都需要升級，這樣成本會(huì )更高。因此對于運營(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。

圖1 基站供電系統示意圖

2. 基站智慧用電解決方案

現有的大部分基站供電系統不具備智能、節能、維護簡(jiǎn)便等需求，對供電系統的故障隱患等沒(méi)有預先感知和判斷，需要運維人員不時(shí)到現場(chǎng)，這無(wú)疑也會(huì )增加運營(yíng)成本。

安科瑞基站智慧用電云平臺，通過(guò)在基站加裝電量傳感器、智慧微斷以及空調控制等設備，實(shí)現了基站用電的智能化和精細化管理，為基站可靠、節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(guò)平臺可以監測基站內電氣參數，統計基站用能數據，實(shí)時(shí)預警基站電氣參數異常，比如市電/應急進(jìn)線(xiàn)和直流饋線(xiàn)欠壓、失壓、蓄電池異常等，實(shí)現基站用電數字化、智能化遠程管理。

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

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

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

4) 配置空調紅外控制器用于現場(chǎng)自動(dòng)控制以及平臺遠程控制基站內空調；

5) 配置蓄電池監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 基站用電節能控制

通過(guò)在邊緣計算網(wǎng)關(guān)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(jìn)行比較判斷來(lái)自動(dòng)控制空調待機和啟停新風(fēng)風(fēng)機，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(shí)現基站內空調用電節能。

圖4 基站內空調風(fēng)機節能控制示意圖

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(jìn)行升級改造的時(shí)候很有可能會(huì )遇到原有市電容量不足的問(wèn)題，升級市電可能需要更換原有供電線(xiàn)纜、斷路器、空調、開(kāi)關(guān)電源、蓄電池等眾多設備，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"，當負載峰值超過(guò)正常市電限值，鋰電儲能放電參與負載供電；負載空閑時(shí)，鋰電儲能轉充電補充電量。也可用于應急場(chǎng)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(lèi)基站配電系統數據，進(jìn)行數字化展示和數據分析，并基于基站本地邊緣計算進(jìn)行邏輯控制來(lái)啟?？照{、風(fēng)機，實(shí)現基站遠程集中監測和節能控制。當平臺檢測到報警故障時(shí)會(huì )自動(dòng)通過(guò)手機短信、語(yǔ)音電話(huà)和APP推送提醒用戶(hù)，提升基站運維管理工作效率，實(shí)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(gè)用電設備的運行情況和用電情況，包括市電、應急發(fā)電、開(kāi)關(guān)電源、空調、風(fēng)機、蓄電池及用電設備等，同時(shí)顯示基站內外環(huán)境數據。

3.3 基站能耗分析

統計基站能耗數據，并進(jìn)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和儲能變流器數據，為基站提供運行模式監視和控制策略選擇，系統監測電芯電流、溫度、SOC、SOH，檢測直流系統絕緣狀況，并根據基站負荷變化或人工指令設置儲能系統的充放電策略，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(guò)手機短信，APP推送，郵件推送，語(yǔ)音外呼等方式，及時(shí)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月改革委發(fā)布《貫徹落實(shí)碳達峰碳中和目標要求推動(dòng)數據中心和5G等新型基礎設施綠色高質(zhì)量發(fā)展實(shí)施方案》，要求到2025年，數據中心和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。安科瑞基站節能及數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(shí)現“雙碳"目標。