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5G基站综合能源服务系统解决方案,看这里

作者:殷仁鹏 来源:国网综能服务集团综能事业部 时间:2020-06-29 浏览:

      为响应国家电网号召,全力推进新型数字基础设施建设,综合能源事业部技术支持中心根据事业部业务和工作经验针对5G基站应用场景提出综合能源服务系统解决方案。

1. 概述

2018年12月,中央经济工作会议在北京举行,会议重新定义了基础设施建设,把5G、人工智能工业互联网、物联网定义为“新型基础设施建设”。2019年是5G规模部署的元年, “加强新一代信息基础设施建设”被列为2019年政府工作报告。2020年3月,中共中央政治局常务委员会召开会议提出,加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度。总体而言,中国5G商用提速,建设周期有望压缩,预计2020年5G将全面覆盖所有地级市城区,2020年新增建设的5G基站规模约为68万站。

5G信息传输的效率大幅的提升,同时,传输的距离缩短,不同于4G基站,5G组网所需要的基站密度更高,在城市建设中,普遍存在选址难、布线难等问题,城市组网项目的周期更长,投资也更高。能耗方面,相比于4G基站,5G基站的能耗更高,密度更大,维护成本更高,其所面临的难点和痛点均与供电供能息息相关:

(1) 转供电方面:基站转供电一直是困扰运营商和铁塔公司的难题,也是电费高企的重要原因,仅靠运用上和铁塔公司进行转改直供电难度较大。

(2) 计量方面:基站运营无法精准计算各分路、分户用电量及实时线损,电费失真,盗窃电、跑冒滴漏。

(3) 电费分摊:三大运营商不认可基站分摊电费,电费核对结算工作繁杂,管理成本增加。

(4) 电能管理:缺乏更专业的供能设备、遥信遥测遥控技术、蓄电池管理以及施工、运维、抢修等先进的电能管理技术和机制。

显然,这些难点和痛点为电力企业参与5G建设,实现互利共赢提供了契机,技术层面体现了能源与信息的深度融合。

2. 5G+能源互联网

能源互联网信息采集和数据传输需要5G网络高速的数据传输速率和低时延,以保证电网信息流的双向传输;多元化的数据融合与信息展示平台是数据汇聚点和能源互联网信息加工后的展示,需要大数据技术对数据进行挖掘和分析,对数据处理结果有针对性地输出和应用;能源互联网的高级应用是对网上的各个单元提供服务和应用平台,需要5G网络提供相应的用户体验质量保障和安全保障。

5G通讯技术在无线技术和网络技术方面的创新促进了5G与能源互联网的深层次融合,解决了诸多工业领域中的快速信息转换问题,利用5G的高速通讯解决综合能源系统的高效组网问题,提升综合能源服务的质量和效率,探索“5G+综合能源”的应用场景,将是拓展5G应用的重要方面。

3.  5G基站综合能源服务系统解决方案

3.1  5G基站共享

作为5G建设的核心难点:投入成本太高、建设周期长、信号覆盖距离有限等问题,导致5G基站的建设将更为密集。根据工信部统计,与4G同规模的5G组网基站数将至少是4G基站的两倍,巨大的投资成为运营商发展5G的巨大障碍,采用共享租赁基站的模式可有效解决5G基站发展建设的难点,并且可有效节约土地资源,符合国家发展利益。

整合电力系统现有变电站、供电所、开关站、配电室、铁塔及中低压线路电杆、电缆沟等基础设施资源,盘活电网企业现有的闲置资源,实现运营商携带主设,基站一天安装开通,助力5G基站建设提速。

基站共享的技术模式主要针对的是拉远基站和小微基站。利用现有变电站、供电所、杆塔等资源建设拉远基站,利用分支箱、充电桩等建设小微基站。

技术方案示例如下:

1)5G基站与变电站:南京联通联合南京供电公司在小营变电站内成功开通5G基站,是国内首次在变电站内建设5G基站,共享电力基础设施部署5G基站,缩短了建设周期。

2)5G基站与输电杆塔:南京供电公司联合南京铁塔公司利用输电杆塔挂载5G基站。完成国内首次利用输电杆塔挂载5G基站,在同一座单管塔上同时挂设移动4G、5G及电力无线专网天线;东莞实现110千伏铁塔通信基站安装,塔下建设通信机房,实现“共享铁塔”。

3.2  5G基站用能托管

5G基站用能托管模式全面针对运营商在5G基站建设过程中的痛点和难点,为运营商提供基站电源建设配套、老基站转改直工程改造、基站运维服务、基站储能增值服务。提供更专业的供能设备、遥信遥测遥控技术、蓄电池管理以及施工、运维、抢修等先进的电能管理技术和机制。

1)基站电源建设配套:基于5G基站共享,承接运营商基站电源建设和配套,主要包括双回路直供市电、光纤铺设引入、智能交直流配电柜安装、直流分路计量表计安装和调试、完备的空调/动环/防雷以及5G基站的UPS安装调试。同时,基于基站电源建设配套,开展分布式微网供能工程,引入太阳能光伏、分散式风电、储能的综合电源建设。

图1 基站电源建设流程图

2)转改直工程改造:转供电改直供电是降低运营商用电成本的关键环节。通过技术团队开发专业的收费计费平台和一体化智能箱体,形成技术软硬件支撑,协调供电公司和铁塔集团,建立电费托管合同,电费按约定统一结算。工程改造主要包括收费计费平台服务、计费表计安装及维护等。

图2 转改直工程改造流程图

3)基站运维托管:依托“能源智云”云平台,支撑基站代维托管服务,提供分户计量,为运营商提供电费结算收费管家式服务:

A-监测与计量

基站综合监控以基站内供能设备和用能设备监控为主体,增加室内监控,更新基站监控中心监控软件,全面监控基站内供能与用能信息,实现基站内电气主接线,网络监控、异常事件上报,运行参数显示与设置,统计报表等供能。

基站异常事件主动上报能够监测基站配电系统的电压异常、电流异常、负荷超载、缺相、三相不平衡、温度异常、烟感异常、视频异常等遥测信号告警信息。

电费管理是以基站内供、用能设备分路实时监测与精准计量为前提,对基站电费进行全面管理,具有电价管理、营销算费、收费管理、缴费查询等供能。

窃电分析能够依托云平台基站电量大数据分析,发现用电异常,及时对疑似窃电基站进行预警,及时安排巡检,避免电费损失。

B-离网供电方案

用于边远地区基站,需要可靠性较高但成本又合理的独立供电系统,但柴油发电机运输成本高,燃料的使用和柴油发电机的技术支持等维护费用较高,对环境的污染和破坏明显,基于此,具有高可靠性的低成本风光柴蓄混合能源系统是实现偏远地区基站正常使用的重要途径。

C-节能优化

对基站机房的本体进行节能,如严格的气密性、墙体屋顶节能、门窗节能;对精密空调进行节能调控,如加湿节能、除湿节能、运行节能调控;对机房环境节能,如环境温度精准测量、环境温度精准控制;气流组织节能,如冷通道封闭、机柜布局、机柜布线、送回风系统等。

对机房开展降耗改造,采用热管背板等技术开展精密空调节能改造,比传统的制冷系统节能35%-40%。综合能耗分析以基站监测与计量数据为基础,通过大数据横向、纵向分析基站能耗信息,为基站节能方案与优化方式提供数据基础,同时为基站电能扩容和新能源接入规划提供支撑。

4)基站储能增值服务:通过基站智能锂电错峰,也可以实现节省用电支出。对于直供电站点,采用锂电池储能,让站点错峰运行。对于老基站的铅酸电池根据情况提供改造服务。同时,依托“能源智云”平台,建造储能云平台,与电网互动实现需求响应。

图3 基站储能增值服务流程图

3.3  5G基站节能技术方案

3.3.1  5G宏基站综合节能技术方案

5G宏基站节能整体解决方案以末端节能技术为基础,利用自动控制技术、物联网技术、网络技术和远程管理软件技术,为客户(用能单位)搭建“节能综合管理与控制系统”,实现节约客户原有的冷源(空调)耗电的目的,并且可以提高能耗管理水平。

方案的主要由软件平台、节能控制柜(含控制、传输、计量、存储、反馈5大模块)和末端替代冷源(智能新风机、基站热管空调等)组成,系统架构可用图3来表示:

图4 5G宏基站节能整体解决方案系统架构图

方案包含的技术原理主要由以下几部分构成:

(1)节能综合管理与控制系统(软件平台)

利用物联网技术、互联网、通信技术将所有末端节能控制节点连接起来,实现:

Ø 实时的能耗数据及环境采集计量

Ø 耗电数据和节能数据统计与分析

Ø 节能策略批量远程下发

Ø 节能状态实时监控与告警

(2)节能控制柜

节能控制柜是每一个节能控制节点的核心设备,它包含了控制模块、传输模块、计量模块和反馈模块,通过自动控制技术将本地的冷源设备(包括空调机、新风机、热管机等)进行联动,根据本地实时的温度、湿度等环境状态,自动控制相关冷源设备的开关状态。以新风机、热管空调机组等设备作为替代冷源,减少原有冷源(空调)的运行时间,从而达到节能目标。计量模块主要用于对节能控制节点的冷源设备能耗进行计量,而反馈模块主要用于对冷源设备的运行状态进行检测。传输模块(包括:有线和无线传输模式)是节能控制柜与中心服务器之间的通讯桥梁,它通过网络与远程的“节能综合管理与控制系统”相连,实时上传节能控制节点的能耗、环境、设备状态等数据,并接受来自于控制系统的节能策略或其它控制命令。

(3)末端节能技术

在末端节能节点,主要采用新风技术(智能新风机)、热管空调技术、板式换热技术、蓄电池恒温技术等,为空间提供低能耗的替代冷源,通过以上所述的“节能综合管理与控制系统”与“节能控制柜”进行智能控制,以减少原有高能耗冷源(空调)的开启时间,达到节能的目的。

3.3.2 5G拉远/微基站节能技术方案

区别于5G基站的“厂房”综合节能, 5G拉远/微基站节能主要依靠先进的5G基站技术,一方面通过提高5G基站的辐射范围,减少5G基站的建设数量,另一方面通过改进天线技术提升抗干扰能力、覆盖范围以及发射接收效率等,进一步降低能源消耗。技术模式或产品包括高效低耗射频滤波器技术和多功能5G基站天线技术。

(1)高效低耗射频滤波器技术

射频滤波器是5G基站的核心部件,经过设计改良的陶瓷介质滤波器相比于传统的金属腔滤波器,在5G应用上的优势十分明显,陶瓷介质滤波器具备高效低能耗特点,具有高介电常数、高Q值、低损耗、体积小、重量轻、成本低、抗温漂性能好等特点。

(2)多功能5G基站天线技术

由于单位空间内信息量的大幅增加,5G技术即使采用了大规模MIMO技术使单位比特的能源大幅下降,但是总的能源消耗依旧是较大幅增加。为了解决这个问题,目前,可采用先进立体天线技术应用到5G大规模MIMO天线中。

4. 小结

作为能源行业智能化升级的关键基础设施,5G技术将渗透到能源行业生产、消费、销售、服务等各个环节,推动研发、设计、营销、服务等进一步数字化、智能化、协同化,实现能源领域全生命周期、线上线下、消费、生产全价值链的智能化管理。目前对于5G基站场景的解决方案实际应用偏少,如何打造5G基站综合能源服务系统典型解决方案,落地成行业示范性项目,是接下来重点关注的方向点。

关键字:5G基站, 综合能源服务

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