通信基站节能设计的实现方案分析

通信基站节能设计的实现方案分析

发表时间：2019-07-01T16:14:09.550Z 来源：《基层建设》2019年第10期作者：王福海

[导读] 摘要：针对通信基站节能减排的需求，给出一款基站绿色节能系统的设计思路，并给出其控制系统的设计与实现。

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摘要：针对通信基站节能减排的需求，给出一款基站绿色节能系统的设计思路，并给出其控制系统的设计与实现。该基站绿色节能系统主要由换热器室内机、换热器室外机、制冷空调机和变频控制系统组成。本文就通信基站机房节能，从机房配套环境的更新改造和新能源应用从而降低通信基站的能源消耗达到节能目的。

关键词：通信基站机房；节能材料；新能源

随着现代通信技术的发展，通信网络覆盖范围扩大和网络容量增大，通信站点和设备越来越多，消耗的电能也越来越多。其中通信基站能耗占了整个通信网络能耗的70%，因此通信基站节能降耗是重点。以下从基站机房配套设施的节能材料新应用和新能源供电系统应用的探索阐述节能思路。

1、基站站点的节能改造

在福建地区年日照时间长的情况下，要对机房站点围护结构做节能改造设计以达到减少阳光对基站机房的传导热量。

采用保温，隔热性能较好的满足建筑节能设计标准的墙体材料做外墙；屋面增加隔热层，可以阻挡阳光直射带来的辐射热，从而减少基站围护结构的外界传导的热量。在基站屋面坡度结构设计减少传热系数或种植绿色植缓解热岛效应，减轻阳光的传导热量。

新节能材料的应用，多功能隔热保温涂料可以使活动板房的基站围护结构增大反射面积和反射强度，反射阻隔太阳热量的传导，从而达到显著的隔热降温作用。减少热量由室外向室内传递，减轻空调的运行负载，从而实现节电。当室外温度比室内温度低时，同样通过基站外表面温度的降低可加速室内热量向室外传递，同样减轻空调的运行负载，达到节能的目的。

2、通信基站的能源消耗中电能消耗占了绝对比重，节能势在必行

基站的节能需开源节流并举。节流是节能降耗，提高能源设备的利用效率。开源是需求常规的能源的替代能源。

1）随着新能源发电机技术的逐渐成熟和应用，风能，太阳能新能源供电系统在通信基站也得到广泛应用。福建沿海地区可以充分利用风能，太阳能取之不尽的可再生资源。可将风能等新能源发电机技术应用到通信基站中。特别是福建福州沿海地区如平潭，福清，长乐风力资源充分，风力发电非常适合通信基站中的新能源供电系统应用也是完全可行的。

2）新能源供电系统在基站中的应用可以分为三类；无市电接入独立供电系统；不稳定市电接入的备用供电系统；稳定市电接入的补充供电系统。不同应用的直接目标和侧重点不同。

无市电接入的独立供电系统。基站供电完全靠新能源供电系统。新能源的额定容量一般远大于负载容量，当新能源以较大功率输出时，因负载无法完全消耗，要么通过足够容量的蓄电池储存电能，要么卸负载消耗多余的电能。但实际基站各方面因素无法配置大容量的蓄电池，新能源发电系统中相当部分的电能无法利用。单位负荷的用电成本高，因此独立供电系统成本也高。

不稳定市电接入的备用供电系统。基站供电主要是市电，需要新能源作为备用电源以减少油机等常规备用电源的消耗。这样新能源的额定容量和蓄电池的容量低于独立供电系统，但新能源的利用还是不充分，单位负荷的用电成本还是较高。

稳定市电接入的补充供电系统。基站供电由市电保证，新能源作为补充以减少市电的消耗。补充供电系统的目的就是达到节能，同时提高基站的供电可靠性。新能源的额定容量可根据节能目标灵活确定，可配置小容量的蓄电池，新能源能够充分利用，成本也较低，真正达到节能效果；

3）新能源供电系统接入基站的方式有一种是交流接入方式，另一种是直流接入方式。交流接入方式，新能源供电系统增加了风力发电机，控制器，新能源蓄电池，逆变器。风力发电机经控制器给蓄电池组充电，通过逆变器将直流电转换成交流电。逆变器具有市电切换功能，当蓄电池组电压低于设定的电压时，逆变器转旁路市电侧，基站由市电供电。当蓄电池组电压高于设定的电压时，逆变器转逆变器侧，基站由新能源供电。交流接入方式不需要对基站的供电系统改造，基站负载都能够由新能源供电。但增加了除风力发电机，控制器外增加了蓄电池，逆变器。同时能源转换的次数也频繁，降低了新能源实际利用率和可靠性。

风力柴油发电互补的供电系统适合在市电不稳定的偏远地区以及山地适用，减少柴油发电机的使用频率，弥补柴油输送的困难，减少维护人员的维护工作量，降低柴油使用量。在国内西北部省份基站均有使用，福州平潭等沿海地区借助风力新能源供电系统改善基站供电达到节能降耗的目的。

3、基站节能是个综合技术

3.1 TD-LTE基站智能节电

随着TD-LTE网络的大规模建设，LTE智能节电技术得到快速发展。目前较为成熟的TD-LTE节能技术包括以下几种。

（1）符号关断，是eNodeB根据业务量的变化，适时启动符号级别的功放关闭功能，在没有业务的符号时段内关闭功放，降低基站能耗。根据实验室理论测试，在较低业务负荷（30%以下）时，采用该技术可节约能耗3-5%左右。

（2）MIMO通道关断，是指eNodeB根据业务量的变化，当用户数及无线资源利用率下降至设定的条件时，关断部分射频通道，在业务负荷上升时适时开启通道。对8通道设备而言，关闭4路通道，可节约能耗35-40%左右。

（3）小基站关断/开启，是指在宏基站覆盖范围内部的小基站场景下，当区域内的业务量降低到一定阈值时，宏基站可以承载全部业务量，此时关闭小基站；当区域内的业务量上升到一定阈值时，则适时打开小基站。打开此功能可降低小基站功耗30%左右。

3.2 TD-SCDMA基站智能节电

TD-SCDMA基站设备智能节电技术主要包括BBU基带板卡关断和RRU基于时隙的PA关断。

（1）BBU基带板卡关断，该功能是在业务负荷较低时，通过集中分配或实时迁移零散的业务至一块或少数几块基带板卡的处理资源上，在话务负荷低于一定的安全门限下，关断或休眠空闲的处理板卡。当业务量上升时，在正常工作的处理板卡仍存在部分处理资源空闲时，提前打开之前被关断的处理板卡，以避免处理资源不够导致的话务拥塞。

（2）RRU基于时隙的PA关断，该功能是利用TDD系统的时隙转换开关，在检测到某个下行时隙空闲时，实时关闭下行工作时隙，实现节省发射功率，节约功耗。此外为进一步提升节电效果，可以通过时隙优先策略集中分配或迁移零散时隙业务至一个或少数几个时隙