江蘇安科瑞電器制造有限公司   江蘇無(wú)錫   214405

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策，對提高5G基站的運營(yíng)水平具有重要的指導意義。

 

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

 

　　5G網(wǎng)絡(luò )的傳輸效率、安全性都更高，這是傳統的2G、3G和4G網(wǎng)絡(luò )技術(shù)所難以達到的，在信息時(shí)代到來(lái)以后，人們對網(wǎng)絡(luò )傳輸量、傳輸速率等都提出了越來(lái)越高的要求和標準，正是因為這種網(wǎng)絡(luò )技術(shù)需求，刺激了我國5G技術(shù)的發(fā)展。近年來(lái)，我國的5G技術(shù)發(fā)展迅猛，為推進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò )的全覆蓋，5G基站的建設數量急劇增加，但因為5G基站的建設特殊性，導致基站運行時(shí)，很多設備設施都伴隨著(zhù)耗電量大的特點(diǎn)，難以實(shí)現基站節能目標。因此，5G基站中的耗電量控制尤為重要。

　　伴隨著(zhù)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)，完善了我國的通信網(wǎng)絡(luò )結構。與傳統的信息通信網(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。

　　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，尤其是在當下智慧城市建設時(shí)，5G技術(shù)是*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，突破了傳統的技術(shù)限制。

　　1.2 5G網(wǎng)絡(luò )技術(shù)具有優(yōu)勢性

　　傳統的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)存在著(zhù)較大的技術(shù)局限性，而5G技術(shù)的數據傳輸總量大、速度高，在數據傳輸的過(guò)程中產(chǎn)生的能源消耗非常小，正是因為如此，在生產(chǎn)生活中的5G技術(shù)應用，可以給人們提供更為良好的網(wǎng)絡(luò )體驗，不僅提高了網(wǎng)絡(luò )體系的應用價(jià)值，更是節約了網(wǎng)絡(luò )資源。

　　1.3 5G網(wǎng)絡(luò )技術(shù)具有優(yōu)勢性

　　隨著(zhù)人們生產(chǎn)生活中對網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的依賴(lài)性有所增強，網(wǎng)絡(luò )的覆蓋面逐步擴大，網(wǎng)絡(luò )信息技術(shù)已然成為了*的技術(shù)。5G技術(shù)具有泛在網(wǎng)特性，相關(guān)領(lǐng)域在5G網(wǎng)絡(luò )技術(shù)應用時(shí)，可以逐步在此基礎上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)和覆蓋范圍的擴展，也就可以滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò )服務(wù)需求。

 

　　2.1 5G基站相關(guān)設備重量大

　　當下我國的5G網(wǎng)絡(luò )并未*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(mǎn)足網(wǎng)絡(luò )覆蓋需求，在基站內配備的是更大規模、功能更強的設備。根據當下我國5G基站的建設情況，AUU設備是其中的重要構成，此設備的重量達到了40kg左右，而4G基站中的AUU設備，其重量?jì)H僅為15kg[1]。此外，5G基站中的CU/DU設備，其重量也遠遠超出了4G基站同種設備的重量。正是因為基站中各種設備的體積龐大、重量偏重，使得在基站設計運營(yíng)時(shí)應注重能耗管理。

　　2.2 5G基站其基站建設的耗能更高

　　5G基站建設和運營(yíng)中的能耗偏高，根據當下我國5G基站的建設現狀，以不同設備提供廠(chǎng)商所提供的A、B、C三種CU/DU合設以及AUU設備來(lái)分析，CU/DU合設的典型功耗一般保持在315～900W范圍內，而4G基站的CU/DU合設典型功能保持在145W左右，因此，CU/DU合設的能耗中，5G基站的能耗遠遠高于4G基站能耗[2]。同樣，AUU設備中，5G基站的設備能耗也同樣較高，保持在700～1000W之間，整個(gè)的運行過(guò)程中。因此，我國5G基站建設中，設備能耗是4G基站能耗的幾倍甚至數十倍。

　　2.3 5G基站建設的費用提升

　　5G技術(shù)的先進(jìn)性較強，正是因為如此，在5G基站的建設過(guò)程中，為滿(mǎn)足其服務(wù)需求，往往需加大在技術(shù)、設備等方面的投入，也就同步增加了5G基站的建設費用。比如，在部分5G基站建設時(shí)，為提升基站功能，一般會(huì )通過(guò)增加纖芯來(lái)提高傳輸的效率，還需同步配備高性能的鐵塔，做好對外電和其他配套設備設施的改造，5G基站建設方面的資金投入總量較多。

 

　　結合工信部相應的數據統計指標，在2019年全過(guò)程通信業(yè)務(wù)總量的增長(cháng)速度明顯，在5G基站建設和網(wǎng)絡(luò )覆蓋方面取得了成就，部分地區已然開(kāi)始了5G網(wǎng)絡(luò )技術(shù)應用。數據調查顯示，在2019年年末，我國5G基站的建設總數已經(jīng)超過(guò)了13萬(wàn)，國內5G手機的銷(xiāo)售總量、業(yè)務(wù)也都逐年增加。通信網(wǎng)絡(luò )系統中，基站是其中的重要構成，整個(gè)基站運營(yíng)的過(guò)程中，電能消耗量是非常大的，比如，以某地區鐵塔來(lái)看，通信基站電費支出占據了總營(yíng)業(yè)收入的20%，甚至有時(shí)該電費支出高于公司利潤。

　　5G基站內包含的設備設施數量較多，根據耗電量調查，傳輸設備、基站主設備、動(dòng)力配套設備、環(huán)境溫度控制設備、監控設備、照明設備等的耗電量都相對較高，其中基站主設備、環(huán)境溫度控制設備的電能消耗量大。

　　根據當下5G基站的設備配備情況，SDH、PTN、PDH等均是主要的傳輸設備，這些設備的配備和使用主要是為了在基站運行的過(guò)程中保障數據的傳輸。結合這些設備運行中的使用情況來(lái)看，這些傳輸設備的功率比較小，一般在250W以?xún)?，耗電量偏低；基站主設備同樣是基站設備中的重要構成，以BBU、AAU為主，這些設備的存在是為了在基站運行的過(guò)程中實(shí)現對用戶(hù)數據的調制和收發(fā)，結合這些設備的運行和使用情況，AAU的電能消耗高。

　　在我國的設備市場(chǎng)上，AAU設備廠(chǎng)家非常多，不同廠(chǎng)家所生產(chǎn)的AAU設備在運行時(shí)的能耗也有所區別，當前市場(chǎng)上的AAU設備生產(chǎn)廠(chǎng)家主要為華為、摩托羅拉、愛(ài)立信等，結合設備運行時(shí)的功耗分析，3臺AAU設備的能耗基本上保持在2.5k W左右。從5G基站的總體運行來(lái)看，AAU主設備的耗電量占據了總耗電量的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)力配套設備如開(kāi)關(guān)電源、蓄電池的配備，這些設備的使用可以在基站運行的過(guò)程中，將交流電轉變?yōu)橹绷麟?，為基站主設備、傳輸系統、其他設備等提供了足夠的電能資源，在基站出現了異常斷電情況時(shí)，蓄電池可以作為備用電源使用，保持基站的正常運轉。在動(dòng)力配套系統的運行過(guò)程中，電能消耗來(lái)自于交流電向直流電轉換時(shí)的能耗。結合運行情況，一些性能比較好的動(dòng)力配套系統在交流電向直流電轉換時(shí)的效率可以高達85%甚至90%以上，電能損耗相對較低。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。

　　

　　基站智慧用電云平臺通過(guò)對5G宏站和室分站點(diǎn)加裝交/直流智能監控設備、無(wú)線(xiàn)采集設備以及系統管理平臺，完成夜間無(wú)業(yè)務(wù)時(shí)段的下電操作，減少電能消耗，降低運營(yíng)成本支出，以及提升通信設備供電線(xiàn)路狀態(tài)的實(shí)時(shí)監測保護功能；系統后臺對存儲的供電線(xiàn)路歷史電氣性能數據進(jìn)行梳理、匯總、分析，找出故障原因，給出解決建議對策，減少后續同類(lèi)故障的發(fā)生率，提升供電線(xiàn)路運維管控能力。

 

平臺架構圖

　　Acrel Cloud-6000 5G基站電氣監控云平臺軟件人機界面友好，擁有數據匯總、系統體檢、分析報告、能耗統計、能耗報表等功能。

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

　　顯示具體設備的實(shí)時(shí)監測數據和歷史曲線(xiàn)供查詢(xún)；

　　提供分合閘功能供用戶(hù)對儀表進(jìn)行操作；

　　提供參數設置功能，用戶(hù)能對儀表內置的報警值和保護開(kāi)關(guān)等進(jìn)行操作。

　　對不同的基站設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(hù)進(jìn)行查詢(xún)。

　　對設備可以設置對應的進(jìn)線(xiàn)和出線(xiàn)關(guān)系，來(lái)對每一個(gè)基站的使用功率進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，可以分析基站的使用負載。從而可以分析不同區域的基站使用情況。

　　對各個(gè)基站的溫度進(jìn)行設置，當溫度高于范圍內，會(huì )開(kāi)啟空調，其實(shí)時(shí)間會(huì )關(guān)閉空調。

 

　　DTSD1352 - xSyD系列導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接測量電壓電流、功率、功率因數、相角、不平衡度、諧波等參數。

　　具體功能如下：

　　●x路三相和y路單相回路全電參量測量，電流互感器外置；

　　●監測各相電壓/電流、零序電流、頻率；

　　●監測各相功率、總功率（有功、無(wú)功、視在）；

　　●監測各相功率因數、總功率因數；

　　●監測電壓/電流相角、電壓/電流不平衡度；

　　●監測電壓、電流總諧波及2-31分次諧波；

　　●當月和上月的電壓、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)等報警輸出；

　　●4時(shí)區14時(shí)段的費率設置；

　　●四象限電能，12個(gè)月復費率電能統計；

　　●31天四象限和復費率電能凍結，正反向電能計量；

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

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

　　設計的。儀表可進(jìn)行六個(gè)回路的直流電的計量，自帶電源給霍爾傳感器供電，同時(shí)可通過(guò)上位機軟件實(shí)現零漂校準，具有遙測、遙信、遙調、實(shí)時(shí)電量計量、供電質(zhì)量異常告警、信息存儲及處理、信息交互等功能。直流電能計量模塊可計量三家運營(yíng)商的直流用電量，提供基站節能詳細的數據依據，為直流配電設備提供可靠的分項計量解決方案。

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

　　●監測設備系統時(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

　　●計量：起動(dòng)電流：額定電壓下，計量模塊的負載電流值在不超過(guò)電流1%時(shí)，模塊啟動(dòng)潛動(dòng)電流：當計量模塊的電流線(xiàn)路中無(wú)電流，加于電壓線(xiàn)路上的電壓為額定值的85%～125%時(shí)，模塊計算器不應有1個(gè)以上的數字變化；

　　●報警：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、計量支路錯誤告警、內部程序錯誤告警、時(shí)鐘錯誤告警、存儲器故障告警、交流輸入停電告警；

　　●校時(shí)：支持廣播校時(shí)，可通過(guò)RS485通信接口對計量模塊進(jìn)行遠程校時(shí)；

　　●存儲：有歷史電能數據和歷史告警信息的存儲功能，內存為2MB。

 

　　安科瑞5G基站配電解決方案，通過(guò)上位機軟件實(shí)現零漂校準，具有遙測、遙信、遙調、實(shí)時(shí)電量計量、供電質(zhì)量異常告警、信息存儲及處理、信息交互等功能。為基站節能提供詳細的數據依據，為直流、交流配電設備提供分項計量解決方案。

 

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

[2]王鑫.中國鐵塔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)設計與應用手冊.2020.06版

 

韓歡慶，女，現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)與應用。