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      移動(dòng)通信基站能耗問(wèn)題與綜合節(jié)能方案

      2022-03-12 15:23:37
      通信電源技術(shù) 2022年22期
      關(guān)鍵詞:機(jī)房基站能耗

      韓 軍

      (中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司,江蘇 南京 210019)

      0 引 言

      移動(dòng)通信質(zhì)量關(guān)系著我國(guó)通信行業(yè)的發(fā)展,隨著網(wǎng)絡(luò)需求量增加,移動(dòng)通信基站建設(shè)規(guī)模也在擴(kuò)大,這一過(guò)程中伴隨著嚴(yán)重的能耗問(wèn)題。在快速發(fā)展信息技術(shù)的過(guò)程中,通信產(chǎn)業(yè)逐漸成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的主要產(chǎn)業(yè)。當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大,而通信設(shè)備需要實(shí)現(xiàn)全天候運(yùn)行,這一過(guò)程中的能耗較高。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì),我國(guó)的通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模已處于全球領(lǐng)先地位,各大通信運(yùn)營(yíng)商紛紛探索機(jī)房和基站降低能耗的策略,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電信業(yè)務(wù)的良好發(fā)展。當(dāng)前移動(dòng)通信基站主要由傳輸設(shè)備、無(wú)線設(shè)備以及空調(diào)設(shè)備組成,而空調(diào)系統(tǒng)在整個(gè)系統(tǒng)中的能耗較大,需要制定綜合節(jié)能方案。

      1 移動(dòng)通信基站的能耗基本情況

      基站的能耗組成中主要包括2類設(shè)備,分別是交流供電設(shè)備和直流供電設(shè)備。交流配電箱、直流開(kāi)關(guān)電源柜、新風(fēng)設(shè)備、空調(diào)、電池恒溫柜以及照明設(shè)備是主要的交流供電設(shè)備,主設(shè)備、傳輸設(shè)備、基帶處理單元以及蓄電池組則是主要的直流供電設(shè)備,相關(guān)能耗情況如下。

      1.1 基站無(wú)線設(shè)備能耗

      基站無(wú)線設(shè)備是移動(dòng)通信基站的重要組成,數(shù)量多且載頻資源利用效率低,設(shè)備功率損耗量偏大。對(duì)于移動(dòng)通信基站來(lái)說(shuō),無(wú)線設(shè)備射頻能耗接近65%。通信網(wǎng)絡(luò)的交換設(shè)備、傳輸系統(tǒng)以及服務(wù)器均會(huì)導(dǎo)致能耗加大,以交換設(shè)備為例,當(dāng)前的機(jī)房規(guī)模逐漸擴(kuò)大,交換設(shè)備數(shù)量較多,相比普通機(jī)房對(duì)運(yùn)行環(huán)境的要求更高,運(yùn)行能耗更大。程序控制交換設(shè)備主要采取直流供電的方法,根據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)特征,程序控制交換器同步通信網(wǎng)絡(luò)與通信的過(guò)程中不切斷供電電源,其安裝或操作應(yīng)盡量穩(wěn)定電源構(gòu)架[1]。

      1.2 電源系統(tǒng)能耗

      隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的飛速發(fā)展,電源系統(tǒng)整體應(yīng)用水平逐漸無(wú)法匹配先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備,主要是通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)部供電方式不合理,還存在集中控制能力不足等問(wèn)題。不間斷電源(Uninterruptible Power Supply,UPS)設(shè)備和開(kāi)關(guān)電源帶有一定諧波,在供電過(guò)程中對(duì)供電質(zhì)量帶來(lái)不利影響,導(dǎo)致供電損耗加大。大量的諧波會(huì)影響系統(tǒng)正常供電,導(dǎo)致UPS系統(tǒng)切換無(wú)效或系統(tǒng)保護(hù)裝置失效等問(wèn)題,部分設(shè)備難以正常啟動(dòng)[2]。

      1.3 基站空調(diào)系統(tǒng)能耗

      移動(dòng)通信基站空調(diào)系統(tǒng)的能耗集中于空氣流通系統(tǒng)、空調(diào)制冷系統(tǒng)。當(dāng)前空調(diào)系統(tǒng)的能耗量在移動(dòng)通信基站大約占45%,其中制冷系統(tǒng)能耗量接近33%,空氣流通系統(tǒng)能耗量接近12%。移動(dòng)通信基站運(yùn)行過(guò)程中,空調(diào)系統(tǒng)中壓縮機(jī)的頻繁啟動(dòng)會(huì)加速壓縮機(jī)自然老化,對(duì)壓縮機(jī)運(yùn)行效率造成不利影響,加大了壓縮機(jī)的能量損耗。為了讓通信設(shè)備處于安全運(yùn)行狀態(tài),需要安裝空調(diào)控制基站內(nèi)部的溫度和濕度。隨著設(shè)備數(shù)量的增加,設(shè)備的發(fā)熱量與功率也在提升,空調(diào)的能耗也會(huì)加大,嚴(yán)重影響了移動(dòng)通信基站節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。整體來(lái)看,通信機(jī)房的空調(diào)能耗和外部環(huán)境、內(nèi)部環(huán)境有關(guān),其中熱源的增加會(huì)影響空調(diào)運(yùn)行時(shí)間,加大能耗。在制冷溫度一定的情況下,空調(diào)系統(tǒng)的能耗主要受到外部環(huán)境溫度的影響,針對(duì)機(jī)房環(huán)境溫度建立采集機(jī)制,進(jìn)一步分析找出對(duì)空調(diào)系統(tǒng)能耗造成影響的因素。通信機(jī)房中環(huán)境溫度主要指空氣溫度、內(nèi)部和外部的墻面溫度,需要根據(jù)通信機(jī)房的類型對(duì)環(huán)境溫度參數(shù)適當(dāng)調(diào)整[3]。

      1.4 基站供電系統(tǒng)能耗

      當(dāng)前供電系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分包括交流引入、蓄電池以及開(kāi)關(guān)電源,其中運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的部分為開(kāi)關(guān)電源、蓄電池組,導(dǎo)致電網(wǎng)受到污染并出現(xiàn)波形失真,造成供電系統(tǒng)運(yùn)行能耗量加大,影響運(yùn)行效率。此外,在供電系統(tǒng)中開(kāi)關(guān)電源使用閉合裝置導(dǎo)致蓄電池充電時(shí)間偏短,其運(yùn)行處于低負(fù)載狀態(tài),并且能源消耗嚴(yán)重[4]。

      2 制定移動(dòng)通信基站綜合節(jié)能方案

      2.1 基站設(shè)備節(jié)能方案

      對(duì)于移動(dòng)通信基站設(shè)備來(lái)講,節(jié)能主要考慮以下內(nèi)容。首先,對(duì)移動(dòng)通信基站無(wú)線網(wǎng)絡(luò)科學(xué)規(guī)劃,減少基站數(shù)量,選擇容量大、能耗低的設(shè)備,降低擴(kuò)容成本;其次,充分發(fā)揮功放技術(shù)的價(jià)值,提升移動(dòng)通信基站的功放效率;最后,選擇分布式建設(shè)模式,通過(guò)該處理可以減少設(shè)備饋線的損耗[5]。

      移動(dòng)通信基站設(shè)備系統(tǒng)主要應(yīng)用2種節(jié)能技術(shù),分別是高效功放技術(shù)和分布式基站技術(shù)。高效功放技術(shù)又分為包絡(luò)跟蹤技術(shù)、包絡(luò)消除技術(shù)、Doherty技術(shù),其中在設(shè)備節(jié)能中應(yīng)用最為廣泛的是Doherty技術(shù)。Doherty技術(shù)可以讓均值放大器和峰值放大器維持飽和狀態(tài),提升移動(dòng)通信基站的整體功放效率。Doherty技術(shù)相較于傳統(tǒng)的功放技術(shù),能夠顯著提高功放效率,具有良好的應(yīng)用價(jià)值。分布式基站技術(shù)包括基帶單元和射頻單元,能夠顯著降低射頻饋線損耗量,運(yùn)行成本偏低。將基站附近的電源系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)以及傳輸系統(tǒng)設(shè)置于同一個(gè)機(jī)房,促使移動(dòng)通信基站能夠集中供電,大大降低了后續(xù)維護(hù)難度[6]。

      2.2 電源系統(tǒng)節(jié)能方案

      在電源系統(tǒng)節(jié)能改造過(guò)程中,可以通過(guò)分散供電的方法實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。應(yīng)用分散供電方式時(shí),部分動(dòng)力機(jī)房需要確保交流供電具有可靠性,相較于集中供電方式能耗會(huì)大大下降。此外,在通信電源系統(tǒng)中應(yīng)用諧波治理技術(shù)可以避免諧波失真,改善了電網(wǎng)的負(fù)載特性,有效避免諧波干擾其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,節(jié)約電源設(shè)備的額定容量,提升設(shè)備使用效率[7]。

      2.3 基站空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方案

      在移動(dòng)通信基站空調(diào)系統(tǒng)中,制冷系統(tǒng)和送風(fēng)系統(tǒng)影響著能耗量,可以采用上回風(fēng)地板、下送風(fēng)氣流的控制方案。此外,變頻改造技術(shù)、新風(fēng)節(jié)能技術(shù)等方式都能顯著降低移動(dòng)通信基站空調(diào)系統(tǒng)的能耗。

      變頻改造技術(shù)的應(yīng)用范圍廣,通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器壓縮機(jī)的方法使得開(kāi)啟頻率降低,能夠保證溫度得到正常調(diào)節(jié),降低電機(jī)運(yùn)行的能耗量。

      新風(fēng)節(jié)能技術(shù)主要是將室外空氣當(dāng)作冷源,通過(guò)空氣交換的方法將移動(dòng)通信基站中的熱量排放到外界環(huán)境,達(dá)到降低室內(nèi)環(huán)境溫度的作用,緩解空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行壓力。自然通風(fēng)系統(tǒng)和熱交換新風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行原理存在差異,適用環(huán)境有所不同。其中自然通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境條件較為嚴(yán)格,需要確保室內(nèi)外溫差較大和空氣質(zhì)量較好[8]。

      2.4 基站供電系統(tǒng)節(jié)能措施

      供電系統(tǒng)可以為移動(dòng)通信基站中的用電設(shè)備供電,為了降低基站能量損耗,可以應(yīng)用電源智能休眠技術(shù),減少帶載損耗和空載損耗,在根本上達(dá)到節(jié)能降耗效果。此外,可以選擇風(fēng)能或太陽(yáng)能代替原有能源[9]。當(dāng)前移動(dòng)通信基站系統(tǒng)主要應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)為開(kāi)關(guān)電源休眠技術(shù),可以結(jié)合供電系統(tǒng)電流負(fù)荷調(diào)整整流模塊運(yùn)行。例如,借助軟開(kāi)關(guān)技術(shù)可以自動(dòng)調(diào)整整流模塊數(shù)量,由此減少空載損耗,使得供電系統(tǒng)達(dá)到節(jié)能目標(biāo)。選擇節(jié)能方案過(guò)程中主要是考慮其安全性,將機(jī)房溫度維持在10~35 ℃,要求空氣質(zhì)量達(dá)到B級(jí)。應(yīng)用節(jié)能技術(shù)需要確保多樣性和可行性,結(jié)合基站建設(shè)具體情況選擇節(jié)能技術(shù),由此發(fā)揮出其應(yīng)有的價(jià)值。此外,在制定節(jié)能措施的過(guò)程中也需要考慮經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題,同時(shí)充分考慮網(wǎng)絡(luò)發(fā)展水平與經(jīng)濟(jì)情況,由此保證項(xiàng)目建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益[10]。

      3 結(jié) 論

      為了提高移動(dòng)通信基站的運(yùn)行效率并降低能耗,需要在移動(dòng)通信基站建設(shè)過(guò)程中完善節(jié)能方案,通過(guò)采取合理的節(jié)能方案和節(jié)能技術(shù),確保其實(shí)現(xiàn)綠色高效穩(wěn)定運(yùn)行,最終推動(dòng)我國(guó)移動(dòng)通信事業(yè)的良好發(fā)展。

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