移动通信基站能耗问题与综合节能方案

2022-03-12韩军

通信电源技术 2022年22期

韩军

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏南京 210019）

0 引言

移动通信质量关系着我国通信行业的发展，随着网络需求量增加，移动通信基站建设规模也在扩大，这一过程中伴随着严重的能耗问题。在快速发展信息技术的过程中，通信产业逐渐成为国民经济中的主要产业。当前通信网络建设规模逐渐扩大，而通信设备需要实现全天候运行，这一过程中的能耗较高。根据相关统计，我国的通信网络规模已处于全球领先地位，各大通信运营商纷纷探索机房和基站降低能耗的策略，进而实现电信业务的良好发展。当前移动通信基站主要由传输设备、无线设备以及空调设备组成，而空调系统在整个系统中的能耗较大，需要制定综合节能方案。

1 移动通信基站的能耗基本情况

基站的能耗组成中主要包括2类设备，分别是交流供电设备和直流供电设备。交流配电箱、直流开关电源柜、新风设备、空调、电池恒温柜以及照明设备是主要的交流供电设备，主设备、传输设备、基带处理单元以及蓄电池组则是主要的直流供电设备，相关能耗情况如下。

1.1 基站无线设备能耗

基站无线设备是移动通信基站的重要组成，数量多且载频资源利用效率低，设备功率损耗量偏大。对于移动通信基站来说，无线设备射频能耗接近65%。通信网络的交换设备、传输系统以及服务器均会导致能耗加大，以交换设备为例，当前的机房规模逐渐扩大，交换设备数量较多，相比普通机房对运行环境的要求更高，运行能耗更大。程序控制交换设备主要采取直流供电的方法，根据交换网络特征，程序控制交换器同步通信网络与通信的过程中不切断供电电源，其安装或操作应尽量稳定电源构架[1]。

1.2 电源系统能耗

随着网络通信技术的飞速发展，电源系统整体应用水平逐渐无法匹配先进的技术设备，主要是通信网络系统内部供电方式不合理，还存在集中控制能力不足等问题。不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）设备和开关电源带有一定谐波，在供电过程中对供电质量带来不利影响，导致供电损耗加大。大量的谐波会影响系统正常供电，导致UPS系统切换无效或系统保护装置失效等问题，部分设备难以正常启动[2]。

1.3 基站空调系统能耗

移动通信基站空调系统的能耗集中于空气流通系统、空调制冷系统。当前空调系统的能耗量在移动通信基站大约占45%，其中制冷系统能耗量接近33%，空气流通系统能耗量接近12%。移动通信基站运行过程中，空调系统中压缩机的频繁启动会加速压缩机自然老化，对压缩机运行效率造成不利影响，加大了压缩机的能量损耗。为了让通信设备处于安全运行状态，需要安装空调控制基站内部的温度和湿度。随着设备数量的增加，设备的发热量与功率也在提升，空调的能耗也会加大，严重影响了移动通信基站节能减排目标的实现。整体来看，通信机房的空调能耗和外部环境、内部环境有关，其中热源的增加会影响空调运行时间，加大能耗。在制冷温度一定的情况下，空调系统的能耗主要受到外部环境温度的影响，针对机房环境温度建立采集机制，进一步分析找出对空调系统能耗造成影响的因素。通信机房中环境温度主要指空气温度、内部和外部的墙面温度，需要根据通信机房的类型对环境温度参数适当调整[3]。

1.4 基站供电系统能耗

当前供电系统的主要构成部分包括交流引入、蓄电池以及开关电源，其中运行时间较长的部分为开关电源、蓄电池组，导致电网受到污染并出现波形失真，造成供电系统运行能耗量加大，影响运行效率。此外，在供电系统中开关电源使用闭合装置导致蓄电池充电时间偏短，其运行处于低负载状态，并且能源消耗严重[4]。

2 制定移动通信基站综合节能方案

2.1 基站设备节能方案

对于移动通信基站设备来讲，节能主要考虑以下内容。首先，对移动通信基站无线网络科学规划，减少基站数量，选择容量大、能耗低的设备，降低扩容成本；其次，充分发挥功放技术的价值，提升移动通信基站的功放效率；最后，选择分布式建设模式，通过该处理可以减少设备馈线的损耗[5]。

移动通信基站设备系统主要应用2种节能技术，分别是高效功放技术和分布式基站技术。高效功放技术又分为包络跟踪技术、包络消除技术、Doherty技术，其中在设备节能中应用最为广泛的是Doherty技术。Doherty技术可以让均值放大器和峰值放大器维持饱和状态，提升移动通信基站的整体功放效率。Doherty技术相较于传统的功放技术，能够显著提高功放效率，具有良好的应用价值。分布式基站技术包括基带单元和射频单元，能够显著降低射频馈线损耗量，运行成本偏低。将基站附近的电源系统、监控系统以及传输系统设置于同一个机房，促使移动通信基站能够集中供电，大大降低了后续维护难度[6]。

2.2 电源系统节能方案

在电源系统节能改造过程中，可以通过分散供电的方法实现节能降耗。应用分散供电方式时，部分动力机房需要确保交流供电具有可靠性，相较于集中供电方式能耗会大大下降。此外，在通信电源系统中应用谐波治理技术可以避免谐波失真，改善了电网的负载特性，有效避免谐波干扰其他网络设备，节约电源设备的额定容量，提升设备使用效率[7]。

2.3 基站空调系统节能方案

在移动通信基站空调系统中，制冷系统和送风系统影响着能耗量，可以采用上回风地板、下送风气流的控制方案。此外，变频改造技术、新风节能技术等方式都能显著降低移动通信基站空调系统的能耗。

变频改造技术的应用范围广，通过调节变频器压缩机的方法使得开启频率降低，能够保证温度得到正常调节，降低电机运行的能耗量。

新风节能技术主要是将室外空气当作冷源，通过空气交换的方法将移动通信基站中的热量排放到外界环境，达到降低室内环境温度的作用，缓解空调系统的运行压力。自然通风系统和热交换新风系统的运行原理存在差异，适用环境有所不同。其中自然通风系统应用环境条件较为严格，需要确保室内外温差较大和空气质量较好[8]。

2.4 基站供电系统节能措施

供电系统可以为移动通信基站中的用电设备供电，为了降低基站能量损耗，可以应用电源智能休眠技术，减少带载损耗和空载损耗，在根本上达到节能降耗效果。此外，可以选择风能或太阳能代替原有能源[9]。当前移动通信基站系统主要应用的节能技术为开关电源休眠技术，可以结合供电系统电流负荷调整整流模块运行。例如，借助软开关技术可以自动调整整流模块数量，由此减少空载损耗，使得供电系统达到节能目标。选择节能方案过程中主要是考虑其安全性，将机房温度维持在10～35 ℃，要求空气质量达到B级。应用节能技术需要确保多样性和可行性，结合基站建设具体情况选择节能技术，由此发挥出其应有的价值。此外，在制定节能措施的过程中也需要考虑经济性问题，同时充分考虑网络发展水平与经济情况，由此保证项目建设的经济效益[10]。