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。
5G基站的高能耗
從2G時(shí)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(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(dāng)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(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，包括供電線纜、斷路器、空調(diào)、開關(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。
圖1 基站供電系統(tǒng)示意圖
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)便等需求，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。
圖2 基站電氣數(shù)據(jù)采集配置示意圖
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)線和直流饋線欠壓、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。
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)線回路的電氣參數(shù)并上傳平臺(tái)；
配置直流多回路監(jiān)測(cè)儀表用于采集直流饋線回路電氣參數(shù)并上傳平臺(tái)；
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)；
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)；
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)。
圖3 基站用電數(shù)據(jù)傳輸示意圖
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)，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。
圖4 基站內(nèi)空調(diào)風(fēng)機(jī)節(jié)能控制示意圖
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(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。
圖5 基站電源擴(kuò)容示意圖
名稱 | 圖片 | 型號(hào) | 功能 | 應(yīng)用 |
交流多回路監(jiān)測(cè)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(jìn)線 |
直流多回路監(jiān)測(cè)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 | 
| 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，至大63A，RS485通訊接口。 | 三相交流饋線 |
| 單相交流饋線 |
空調(diào)紅外 控制器 | 
| / | 具備空氣溫濕度監(jiān)測(cè)，可通過(guò)紅外控制空調(diào)開關(guān)機(jī)，RS485通訊接口。 | 空調(diào)控制 |
數(shù)據(jù)采集器 | 
| ABAT100-HS | 至大可監(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 | 
| ABAT100-S | 對(duì)每節(jié)后備電池的電壓、內(nèi)阻與電池負(fù)極溫度的在線監(jiān)測(cè) | 蓄電池監(jiān)測(cè)模塊 |
電池組監(jiān)測(cè)模塊 | 
| 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 | 
| 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) | 
| 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
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?？照{(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)音電話和APP推送提醒用戶，提升基站運(yùn)維管理工作效率，實(shí)現(xiàn)了透明化管理。
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。
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、開關(guān)電源、空調(diào)、風(fēng)機(jī)、蓄電池及用電設(shè)備等，同時(shí)顯示基站內(nèi)外環(huán)境數(shù)據(jù)。
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。
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。
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。
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。
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)。
安科瑞侯文莉
