基于能耗PUE标杆进行通信基站能耗管控的思路和办法

薛善斌，马 波，姜 峰

（中国电信股份有限公司山东分公司，山东 济南250101）

1 概 述

随着4G通信网络的建设，通信单基站的能耗在通信网络能耗中所占的比例越来越大，对其能耗的管理也越来越重要。但是，由于通信局站分布广、引电条件复杂、基站建筑形式复杂，这些实际状况给管理带来很大的难度，如何对基站进行能耗的精确管理是一个亟待解决的问题。

本文从分析影响通信基站能耗PUE值的因素出发，根据PUE值进行能耗管理，来实现通信基站的能耗精确管理。

2 影响通信局站PUE值的因素分析

2.1 PUE介绍

PUE是Power Usage Effectiveness的简写，是评价数据中心能源效率的指标，是数据中心消耗的所有能源与IT负载使用的能源之比。

本文引入PUE的概念对通信基站的能耗进行分析，其基本定义类同数据中心的定义，具体为：

通信基站PUE值＝基站总能耗／基站主设备总能耗

不难看出：PUE值越小，表明在同一个基站的主设备功耗条件下，基站总耗电量越小。

目前通信基站的耗电设备主要有如下几类：基站主设备（含无线、传输、数据等）、电源设备、空调设备、通风设备、照明设备，其中基站主设备虽然随着业务量有所变化但其基本不可控，电源设备效率和损耗与其自身工况有关，空调设备耗电随着设备自身工况和外部环境工况变化而变化，照明设备由于无人值守基本忽略不计。

2.2 影响通信基站PUE值的主要因素

2.2.1 房屋结构类型

按照房屋结构类型和太阳直射方式，可以将基站分成三类，砖房（含独立砖房和租用业主顶层房屋）、建筑底层房屋、板房。试验证明建筑底层房屋保温系统最高、砖房次之，板房最差。

2.2.2 空调因素

基站空调对PUE值的影响主要体现在两个方面：空调运行质量和制冷温度设定。

空调运行质量与维护质量和使用年限关系较大，通过对不同年限的空调挂表测试，使用5年以上的空调，其压缩机制冷效率降低20%以上，耗电量上升20%。

空调制冷温度的设置是否合理也是影响PUE值的重要因素，通过挂表测试，基站空调设定温度反向偏离1℃，其能耗变化可达4%。

2.2.3 机房内气流组织

试验证明机房内设备摆放位置和空调出风口安装位置有很大关系，合理的气流组织通道能提高空调的制冷效率8～12%。

2.2.4 开关电源效率

目前在网使用的普通高频开关电源整流模块的效率一般在85%～88%，新型高效整流模块的效率达到96%以上。

2.2.5 基站直流负荷

通过挂表测试，基站直流负荷低于40 A的站点，冬季不需要开启空调，外部环境温度基本能抵消自身的散热量；40～60 A站点，则需开启一台空调进行制冷；60 A以上的站点需开启2台空调。负荷在夏季也能体现出类似的规律。

3 PUE值标杆的模型分析

综合以上因素，2012年山东电信选取15个典型站点进行挂表测试，空调设定冬季制冷30℃，其它季节制冷26℃，每月定时抄表，根据直流功率，计算出的各局站的PUE值如表1所示。

从测试结果来看，不同局房类型、不同负荷基站PUE值虽然存在细微差别，按照时间进度存在一定的规律，PUE值大致可分为表2所示的几个区间。

表2 PUE值与月份的大致关系

同时通过实验证明，合理控制影响PUE的因素，都可以有效地降低PUE值。

4 基于PUE标杆值的能耗管控思路和办法

在实际的能耗管控中，如何确定不同类型（设备型号、建筑类型、话务或业务量）等基站的能耗的合理性，如何根据影响能耗的因素定量确定某一类型基站的能耗，是在日常能耗管理中需要解决的问题。

表1 山东电信15个典型站点的PUE值

因此基于基站主设备，利用PUE标杆管理是解决上述问题的一个很好的思路和办法。PUE值标杆管控主要是针对基站动力环境监控系统可以监控到基站直流功耗，可以作为客观考核的出发点和依据，这种能耗标杆的管控方式，将作为网络能耗的手段，有效地指导细化能耗管理的颗粒度，成为能耗管控水平高低的量化工具，在能耗管理中发挥着重要的评价和考核导向作用。

4.1 基于PUE构成的能耗标杆分析

基站用电标杆（kWh）＝直流耗电量＊PUE

其中：

设备耗电量＝基站直流负荷电流（A）×53.5 V×24小时／1000

PUE＝基础系数＋空调系数＋房型系数＋房顶系数＋电缆系数

各个参数的参考值如下：

基础系数：全网基站均为1；

空调系数：根据直流电流选取范围在0.1～1.0之间，不同季节空调系数进行必要的调整；

房型系数：建筑底层房宿选0，砖混基站选0～0.1，板房基站选0.1～0.15；

房顶系数：基站房顶暴露室外的基站选0.1；其余选0；

电缆系数：基站电度表距基站电缆长度超过100米以上选0.05，其余选0。

表3是三个基站的例子。

4.2 基于统计值的PUE值标杆

通过4.1定义的PUE值在能耗管控的初期能取得较好的效果，但是其静态的设计模型可能不适应更为精细的能耗管控，因此在日常的能耗管控中，以4.1的标杆为基础，更多地依靠实际发生的能耗构成进行评估，我们引入了平均PUE值的概念，定义一个时间段（年或月）内一定数量的基站实际发生的能耗构成确定出的PUE，对一个本地网、维护区域的基站的能耗水平进行评估和考核。

表3 基于PUE的能耗管控实例

式中，PUEn是某一局房的PUE；Qn是对应PUEn局房的设备的单位时间总电量；Pn是某一局房的电费单价；Qn是对应PUEn局房的年总电量。

地市公司也可以结合本单位的平均PUE值对单个局站进行评估和分析，例如：可以用“TOP 10”的方法定期对PUE最高的10个站进行分析，找出原因制定解决的办法。

4.3 基于PUE标杆的能耗管控办法

山东电信自2011年开始利用PUE值标杆指导地市开展能耗的管理工作。

主要工作内容有：

（1）依据能耗标杆指导地市制定年度的能耗预算；

（2）依据地市平均PUE值进行总体的评估和考核，地市进行单站划小的PUE值分析；

（3）对高PUE值基站制定统一的解决办法。

5 管控成效

山东电信自12年下半年起，启用了划小能耗管理系统，每月对地市上报的PUE值偏离TOP50的站点进行单站分析，深入查找原因。全年共计查出业主偷电186处；电工不按时段抄表、随意估数320次，空调温度设置不合理导致能耗增加279站次；施工单位违规加电265次；通过加强过程管控全年节约能耗近500万元。

6 结 语

本文讨论了对基站能耗PUE值标杆的管控思路和办法，并运用于山东电信日常的维护和管理工作中取得了较好的效果。