安科瑞電氣股份有限公司

摘要：本文分析了5G基站耗電量情況，研究了通信基站耗電量來(lái)源，提出了耗電量控制對(duì)策，對(duì)提高5G基站的運(yùn)營(yíng)水平具有重要的指導(dǎo)意義。

 

關(guān)鍵詞：移動(dòng)通信基站; 霍爾傳感器; 電力儀表;節(jié)能方案;

 

0 引言

5G網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率、**性都更高，這是傳統(tǒng)的2G、3G和4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所難以達(dá)到的，在信息時(shí)代到來(lái)以后，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸量、傳輸速率等都提出了越來(lái)越高的要求和標(biāo)準(zhǔn)，正是因?yàn)檫@種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)需求，刺激了我國(guó)5G技術(shù)的發(fā)展。近年來(lái)，我國(guó)的5G技術(shù)發(fā)展迅猛，為推進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋，5G基站的建設(shè)數(shù)量急劇增加，但因?yàn)?G基站的建設(shè)特殊性，導(dǎo)致基站運(yùn)行時(shí)，很多設(shè)備設(shè)施都伴隨著耗電量大的特點(diǎn)，難以實(shí)現(xiàn)基站節(jié)能目標(biāo)。因此，5G基站中的耗電量控制尤為重要。

1 5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和特性

伴隨著信息技術(shù)的日漸進(jìn)步，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成為了信息通信領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，完善了我國(guó)的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的信息通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)符合信息時(shí)代的發(fā)展特點(diǎn)和要求，具有突出的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

1.1 5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是時(shí)代發(fā)展的必然需求

5G技術(shù)是信息時(shí)代的技術(shù)產(chǎn)物，5G技術(shù)的推廣符合時(shí)代發(fā)展要求，尤其是在當(dāng)下智慧城市建設(shè)時(shí)，5G技術(shù)是不可或缺的技術(shù)。通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通信不再局限于人與人之間，還可以實(shí)現(xiàn)人與物、物與物之間，尤其是物聯(lián)網(wǎng)形成以后，信息傳輸和交流更為便捷，突破了傳統(tǒng)的技術(shù)限制。

1.2 5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有優(yōu)勢(shì)性

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)存在著較大的技術(shù)局限性，而5G技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸總量大、速度高，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中產(chǎn)生的能源消耗非常小，正是因?yàn)槿绱?，在生產(chǎn)生活中的5G技術(shù)應(yīng)用，可以給人們提供更為良好的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)，不僅提高了網(wǎng)絡(luò)體系的應(yīng)用價(jià)值，更是節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)資源。

1.3 5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有優(yōu)勢(shì)性

隨著人們生產(chǎn)生活中對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的依賴性有所增強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面逐步擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)已然成為了不可或缺的技術(shù)。5G技術(shù)具有泛在性，相關(guān)領(lǐng)域在5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用時(shí)，可以逐步在此基礎(chǔ)上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)和覆蓋范圍的擴(kuò)展，也就可以滿足網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需求。

 

2 5G基站建設(shè)所面臨的實(shí)際問(wèn)題分析

2.1 5G基站相關(guān)設(shè)備重量大

當(dāng)下我國(guó)的5G網(wǎng)絡(luò)并未完全覆蓋，大部分還是以4G網(wǎng)絡(luò)為主，5G基站與4G基站相比，為滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋需求，在基站內(nèi)配備的是更大規(guī)模、功能更強(qiáng)的設(shè)備。根據(jù)當(dāng)下我國(guó)5G基站的建設(shè)情況，AUU設(shè)備是其中的重要構(gòu)成，此設(shè)備的重量達(dá)到了40kg左右，而4G基站中的AUU設(shè)備，其重量?jī)H僅為15kg[1]。此外，5G基站中的CU/DU設(shè)備，其重量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了4G基站同種設(shè)備的重量。正是因?yàn)榛局懈鞣N設(shè)備的體積龐大、重量偏重，使得在基站設(shè)計(jì)運(yùn)營(yíng)時(shí)應(yīng)注重能耗管理。

2.2 5G基站其基站建設(shè)的耗能更高

5G基站建設(shè)和運(yùn)營(yíng)中的能耗偏高，根據(jù)當(dāng)下我國(guó)5G基站的建設(shè)現(xiàn)狀，以不同設(shè)備提供廠商所提供的A、B、C三種CU/DU合設(shè)以及AUU設(shè)備來(lái)分析，CU/DU合設(shè)的典型功耗一般保持在315～900W范圍內(nèi)，而4G基站的CU/DU合設(shè)典型功能保持在145W左右，因此，CU/DU合設(shè)的能耗中，5G基站的能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于4G基站能耗[2]。同樣，AUU設(shè)備中，5G基站的設(shè)備能耗也同樣較高，保持在700～1000W之間，整個(gè)的運(yùn)行過(guò)程中。因此，我國(guó)5G基站建設(shè)中，設(shè)備能耗是4G基站能耗的幾倍甚至數(shù)十倍。

2.3 5G基站建設(shè)的費(fèi)用提升

5G技術(shù)的先進(jìn)性較強(qiáng)，正是因?yàn)槿绱?，?G基站的建設(shè)過(guò)程中，為滿足其服務(wù)需求，往往需加大在技術(shù)、設(shè)備等方面的投入，也就同步增加了5G基站的建設(shè)費(fèi)用。比如，在部分5G基站建設(shè)時(shí)，為提升基站功能，一般會(huì)通過(guò)增加纖芯來(lái)提高傳輸?shù)男?，還需同步配備高性能的鐵塔，做好對(duì)外電和其他配套設(shè)備設(shè)施的改造，5G基站建設(shè)方面的資金投入總量較多。

 

3 通信基站耗電量來(lái)源分析

結(jié)合工信部相應(yīng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，在2019年全過(guò)程通信業(yè)務(wù)總量的增長(zhǎng)速度明顯，在5G基站建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)覆蓋方面取得了成就，部分地區(qū)已然開始了5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用。數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，在2019年年末，我國(guó)5G基站的建設(shè)總數(shù)已經(jīng)超過(guò)了13萬(wàn)，國(guó)內(nèi)5G手機(jī)的銷售總量、業(yè)務(wù)也都逐年增加。通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，基站是其中的重要構(gòu)成，整個(gè)基站運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中，電能消耗量是非常大的，比如，以某地區(qū)鐵塔來(lái)看，通信基站電費(fèi)支出占據(jù)了總營(yíng)業(yè)收入的20%，甚至有時(shí)該電費(fèi)支出高于公司利潤(rùn)。

5G基站內(nèi)包含的設(shè)備設(shè)施數(shù)量較多，根據(jù)耗電量調(diào)查，傳輸設(shè)備、基站主設(shè)備、動(dòng)力配套設(shè)備、環(huán)境溫度控制設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、照明設(shè)備等的耗電量都相對(duì)較高，其中基站主設(shè)備、環(huán)境溫度控制設(shè)備的電能消耗量大。

根據(jù)當(dāng)下5G基站的設(shè)備配備情況，SDH、PTN、PDH等均是主要的傳輸設(shè)備，這些設(shè)備的配備和使用主要是為了在基站運(yùn)行的過(guò)程中保障數(shù)據(jù)的傳輸。結(jié)合這些設(shè)備運(yùn)行中的使用情況來(lái)看，這些傳輸設(shè)備的功率比較小，一般在250W以內(nèi)，耗電量偏低；基站主設(shè)備同樣是基站設(shè)備中的重要構(gòu)成，以BBU、AAU為主，這些設(shè)備的存在是為了在基站運(yùn)行的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶數(shù)據(jù)的調(diào)制和收發(fā)，結(jié)合這些設(shè)備的運(yùn)行和使用情況，AAU的電能消耗高。

在我國(guó)的設(shè)備市場(chǎng)上，AAU設(shè)備廠家非常多，不同廠家所生產(chǎn)的AAU設(shè)備在運(yùn)行時(shí)的能耗也有所區(qū)別，當(dāng)前市場(chǎng)上的AAU設(shè)備生產(chǎn)廠家主要為華為、摩托羅拉、愛(ài)立信等，其中，華為的設(shè)備市場(chǎng)占有率是高的，結(jié)合設(shè)備運(yùn)行時(shí)的功耗分析，3臺(tái)AAU設(shè)備的能耗基本上保持在2.5k W左右。從5G基站的總體運(yùn)行來(lái)看，AAU主設(shè)備的耗電量占據(jù)了總耗電量的30%～40%之間，是主要的耗電量來(lái)源。5G通信基站中同樣存在動(dòng)力配套設(shè)備如開關(guān)電源、蓄電池的配備，這些設(shè)備的使用可以在基站運(yùn)行的過(guò)程中，將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，為基站主設(shè)備、傳輸系統(tǒng)、其他設(shè)備等提供了足夠的電能資源，在基站出現(xiàn)了異常斷電情況時(shí)，蓄電池可以作為備用電源使用，保持基站的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在動(dòng)力配套系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，電能消耗來(lái)自于交流電向直流電轉(zhuǎn)換時(shí)的能耗。結(jié)合運(yùn)行情況，一些性能比較好的動(dòng)力配套系統(tǒng)在交流電向直流電轉(zhuǎn)換時(shí)的效率可以高達(dá)85%甚至90%以上，電能損耗相對(duì)較低。蓄電池在充電和放電時(shí)才會(huì)存在一定的能耗，且此能耗偏低，幾乎可以忽略不計(jì)。

4 安科瑞5G基站電氣監(jiān)控云平臺(tái)概述

基站智慧用電云平臺(tái)通過(guò)對(duì)5G宏站和室分站點(diǎn)加裝交/直流智能監(jiān)控設(shè)備、無(wú)線采集設(shè)備以及系統(tǒng)管理平臺(tái)，完成夜間無(wú)業(yè)務(wù)時(shí)段的下電操作，減少電能消耗，降低運(yùn)營(yíng)成本支出，以及提升通信設(shè)備供電線路狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)保護(hù)功能；系統(tǒng)后臺(tái)對(duì)存儲(chǔ)的供電線路歷史電氣性能數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理、匯總、分析，找出故障原因，給出解決建議對(duì)策，減少后續(xù)同類故障的發(fā)生率，提升供電線路運(yùn)維管控能力。

 

5 5G基站電氣監(jiān)控云平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

平臺(tái)架構(gòu)圖

6 5G基站電氣監(jiān)控云平臺(tái)功能

Acrel Cloud-6000 5G基站電氣監(jiān)控云平臺(tái)軟件人機(jī)界面友好，擁有數(shù)據(jù)匯總、系統(tǒng)體檢、分析報(bào)告、能耗統(tǒng)計(jì)、能耗報(bào)表等功能。

顯示基站的設(shè)備詳情和設(shè)備在線失聯(lián)狀態(tài)；

顯示具體設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和歷史曲線供查詢；

提供分合閘功能供用戶對(duì)儀表進(jìn)行操作；

提供參數(shù)設(shè)置功能，用戶能對(duì)儀表內(nèi)置的報(bào)警值和保護(hù)開關(guān)等進(jìn)行操作。

對(duì)不同的基站設(shè)置不同的分合閘策略，下發(fā)周期可以按照年~月~周~日來(lái)進(jìn)行選擇，提供下發(fā)命令的日志供用戶進(jìn)行查詢。

對(duì)設(shè)備可以設(shè)置對(duì)應(yīng)的進(jìn)線和出線關(guān)系，來(lái)對(duì)每一個(gè)基站的使用功率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以分析基站的使用負(fù)載。從而可以分析不同區(qū)域的基站使用情況。

對(duì)各個(gè)基站的溫度進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)溫度高于范圍內(nèi)，會(huì)開啟空調(diào)，其實(shí)時(shí)間會(huì)關(guān)閉空調(diào)。

 

7 產(chǎn)品選型及典型配置方案

7.1 設(shè)備概述

DTSD1352 - xSyD系列導(dǎo)軌式多回路電力儀表主要用于多個(gè)三相回路的全電參量測(cè)量可同時(shí)接入x個(gè)三相回路、y個(gè)單相回路的電流輸入?？芍苯踊蜷g接測(cè)量電壓電流、功率、功率因數(shù)、相角、不平衡度、諧波等參數(shù)。

具體功能如下：

●x路三相和y路單相回路全電參量測(cè)量，電流互感器外置；

●監(jiān)測(cè)各相電壓/電流、零序電流、頻率；

●監(jiān)測(cè)各相功率、總功率（有功、無(wú)功、視在）；

●監(jiān)測(cè)各相功率因數(shù)、總功率因數(shù)；

●監(jiān)測(cè)電壓/電流相角、電壓/電流不平衡度；

●監(jiān)測(cè)電壓、電流總諧波及2-31分次諧波；

●當(dāng)月和上月的電壓、電流、功率極值記錄；

●電流、功率需量和實(shí)時(shí)電流、實(shí)時(shí)功率需量；

●200條事件記錄，記錄DIDO的動(dòng)作情況；

●支持過(guò)壓、過(guò)流、斷相、DI聯(lián)動(dòng)等報(bào)警輸出；

●4時(shí)區(qū)14時(shí)段的費(fèi)率設(shè)置；

●四象限電能，12個(gè)月復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)；

●31天四象限和復(fù)費(fèi)率電能凍結(jié)，正反向電能計(jì)量；

●兩路無(wú)源開關(guān)量輸入、兩路開關(guān)量輸出、RS485通訊；兩路有源開關(guān)量輸入，用于識(shí)別油機(jī)和市電接入。

7.2 交流配置方案

7.3 安裝實(shí)例

7.4 產(chǎn)品選型

7.5 設(shè)備概述

AMC16-DETT 基站直流電能計(jì)量模塊主要是針對(duì)有共享需求，且開關(guān)電源無(wú)分用戶電量計(jì)量功能的基站而

設(shè)計(jì)的。儀表可進(jìn)行六個(gè)回路的直流電的計(jì)量，自帶電源給霍爾傳感器供電，同時(shí)可通過(guò)上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)零漂校準(zhǔn)，具有遙測(cè)、遙信、遙調(diào)、實(shí)時(shí)電量計(jì)量、供電質(zhì)量異常告警、信息存儲(chǔ)及處理、信息交互等功能。直流電能計(jì)量模塊可計(jì)量三家運(yùn)營(yíng)商的直流用電量，提供基站節(jié)能詳細(xì)的數(shù)據(jù)依據(jù)，為直流配電設(shè)備提供可靠的分項(xiàng)計(jì)量解決方案。

模塊具有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的RS485通訊接口,采用 YD/T1363.3-2014協(xié)議，符合中國(guó)鐵塔有限公司 Q/ZTT2205-2017《基站直流電能計(jì)量模塊技術(shù)要求》相關(guān)技術(shù)要求。

7.6 具體功能

●監(jiān)測(cè)設(shè)備系統(tǒng)時(shí)間、總電壓、輸出總電流、總功率、總電能、各分路電壓、各分路電流、各分路功率、各分路電能；LED指示燈顯示；RS485通訊

●計(jì)量：起動(dòng)電流：額定電壓下，計(jì)量模塊的負(fù)載電流值在不超過(guò)電流1%時(shí)，模塊啟動(dòng)潛動(dòng)電流：當(dāng)計(jì)量模塊的電流線路中無(wú)電流，加于電壓線路上的電壓為額定值的85%～125%時(shí)，模塊計(jì)算器不應(yīng)有1個(gè)以上的數(shù)字變化；

●報(bào)警：直流電壓輸出過(guò)低告警、直流電壓輸出過(guò)高告警、一次下電告警、模塊失壓告警、計(jì)量支路錯(cuò)誤告警、內(nèi)部程序錯(cuò)誤告警、時(shí)鐘錯(cuò)誤告警、存儲(chǔ)器故障告警、交流輸入停電告警；

●校時(shí)：支持廣播校時(shí)，可通過(guò)RS485通信接口對(duì)計(jì)量模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程校時(shí)；

●存儲(chǔ)：有歷史電能數(shù)據(jù)和歷史告警信息的存儲(chǔ)功能，內(nèi)存為2MB。

7.7 直流配置方案

 

8 結(jié)束語(yǔ)

安科瑞5G基站配電解決方案，通過(guò)上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)零漂校準(zhǔn)，具有遙測(cè)、遙信、遙調(diào)、實(shí)時(shí)電量計(jì)量、供電質(zhì)量異常告警、信息存儲(chǔ)及處理、信息交互等功能。為基站節(jié)能提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)依據(jù)，為直流、交流配電設(shè)備提供分項(xiàng)計(jì)量解決方案。

 

參考文獻(xiàn)

[1] 焦安群,陳超,高宏亮,宋立臣.5G時(shí)代基站耗電量大的應(yīng)對(duì)策略.

[2]王鑫.中國(guó)鐵塔5G宏基站解決方案[J].信息通信,2020,214(10):239-241

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06版

 

作者簡(jiǎn)介：

張娟，現(xiàn)任職于江蘇安科瑞電器制造有限公司，主要從事新建5G基站配電的研發(fā)與應(yīng)用。