5G时代，站点能源变革势在必行
2024-08-02 09:08:09
从2G到4G，我们每一次走进机房，都能看到熟悉的电源柜、铅酸电池组等设备，它们是通信网络的基石——通信电源系统。 过去几十年来，移动通信技术以“十年一G”的升级换代速度不断驱动着社会进步。随着通信技术的快速发展，通信设备变得越来越集成化、小型化，占用机房的空间越来越小。 然而，作为通信设备供电保障的基石，电源系统20多年来未发生本质变化——依然采用传统的开关电源加蓄电池的分立式架构部署，机房占地空间大，多套系统独立运行，供电效率不高，智能化水平低，维护成本高。 “5G时代，能源变革势在必行。”2020年10月30日，在2020共赢未来全球线上峰会（Better World Summit2020）数字化转型之下的能源目标网专场上，中国移动通信集团设计院信息能源所副所长刘宝昌在演讲中呼吁，并分享了5G时代站点能源变革发展的现状与趋势。 对于5G宏站建设，主要在原有站点上共站建设，2/3/4/5G叠加后带来了市电不足、直流配电不足、电池备电不足、温控容量不足等问题，导致90%以上的存量电源需扩容改造，随之带来了改造工程量大、成本高、周期长等挑战，同时，新增机柜和电池受限于机房空间、承重，还存在改造难的问题。 5G时代以抱杆、壁挂等安装为主的小微站点将爆炸式增长，将部署于街边、写字楼、城中村、地铁、隧道等复杂的场景，这些场景下的供电质量难以保障，往往会受到雷击、线路切换、打压波动、冲击性负载等影响而发生供电中断。 同时，随着从“通信站”走向“社会站”，大量小微站点将与广泛的社会资源融为一体，这要求小微站点的电源系统既能支持多种供电输入，又能一体化支持多电压输出，为基站设备、摄像头、传感设备等不同设备提供差异化供电。 为了向各行各业提供丰富多彩的应用，5G时代的网络将与云、边缘计算、大数据等技术融合，形成云管边融合的网络架构。云端的算力和应用以及核心网的用户面功能等将下沉到站点、接入、汇聚和核心机房等位置，IT和CT设备共存将导致站点能源设施需求倍增，IT和CT设备的供电需求不同还会导致多套供电系统林立，从而又带来了升级改造难、机房空间受限等挑战。 同时，面向垂直行业应用，如自动驾驶和工业互联网，要求提供始终如一的确定性SLA保障，这对5G时代供电的可靠性提出了非常高的要求。 刘宝昌表示，5G时代的站点业务越来越多，站点密度越来越高，站点承载越来越强，使得站点能源基础设施的需求放大、叠加、倍增，若采用传统电源方案，5G建设将面临机房空间不足、供电容量不足、运维能力不足等问题，带来5G建设周期长、建设成本高、运营成本高等痛点，因此，5G时代能源变革势在必行，需从通信能源向信息能源变革，以助力5G网络建设与运营。 刘宝昌指出，信息能源指将信息通信技术（比特）与供电技术（瓦特）进行深度融合，实现能源转换、存储与控制的数字化、集成化、智能化，以灵活满足通信网络从核心网（数据中心）、汇聚层、到站点等全场景的能源供给需求，并构建可靠、高效、智能的能源网络。 具体的讲，首先是基于信息能源技术实现能源设备数字化，不断推动能源产品更新换代，灵活匹配网络演进。 为了灵活满足各类场景的供电需求，能源数字化可实现电源功能可软件定义，实现软件可定义的多输入、输出电源产品。同时，产品结构形态方面，建议从部件到功能模块，再到系统全模块化，根据网络需求，灵活动态配置系统；在能源系统组成设计方面，建议从传统方案各子系统独立设计转变为面向整站系统的一体化设计，从聚焦部件性能转变为聚焦整站性能，运用更多的智能技术加速绿色能源的规模应用。 其次，从“几何叠加式的传统电源系统”向“逻辑集成式一体化电源系统”变革，实现系统集成化。 传统能源基础设施建设以被动响应为主，采用几何叠加式部署，存在单部件机械组合、输入输出单一化、多系统独立运行、系统智能化不高等缺点。 单部件机械组合，即简单地将一套电源和几组电池安装在一个机柜内，并未实现真正的系统集成；输入输出单一化，即一套供电系统对应一种供电类型的ICT设备，这导致多系统分立部署，多系统独立运行，从而造成了配置浪费，能源利用率低等问题；此外，在现有的整个通信网络中，只有电源系统是非数字化、非智能化的，主要依靠人工上站运维，这会导致运维成本持续增加。 而逻辑集成式一体化电源系统基于比特与瓦特深度融合的信息能源技术，可实现同类部件整合共享、软件定义按需调度、多种能源输入复用、多电压输出自适应。 当前，站点能源设施监控主要依靠传统动环系统，实际上是“只监不控”，80%的站点运维依靠人工上站巡检、定位问题和处理故障，导致运维效率低，运维成本高；同时由于缺乏对能源高效管控和精准配置，还造成了资源浪费。进入5G时代，站点数量翻番，若继续依靠传统方式，总的运营成本将大幅上升。因此，5G时代必须通过智能化的手段，实现对站点的智慧运营，以降低运营成本。 运维智能化，就是结合人工智能、物联网和云计算等新一代信息技术，建设从平台到系统、系统到设备的智慧化供电运营体系，实现对能源设施数字化管控、能源与业务智能协同、智能巡检运维，同时让站点能源设施拥有自学习、自诊断、自维护、自更新的特性，推动站点能源的应用步入智慧化时代。 未来已来，变革已至。针对5G时代基站供电和建设痛点，中国移动设计院采用数字化传感、控制、处理等技术，对通信电源进行了全新定义，自主研发推出了一体化能源柜产品，实现了能源多输入、多输出智能应用，可解决机房空间、供电容量不足等问题。 该产品的核心技术是智能MIMO（多输入多输出）电源，采用碳化硅、氮化镓等小体积器件，仿生自然散热技术以及数字精密电路工程技术，实现了数字能源技术，可智能调度多能源输入/输出、智能混用新旧电池、智能接入存量电源余量、智能升压匹配供电距离，以及与业务协同实现智能关断等。 刘宝昌介绍，该产品能量密度提升1.7倍，整流效率高达97%，实现了高密、高效；一台一体化能源柜可收容2G/4G/5G通信设备、电源设备和电池设备，实现从多机柜分立布置到单机柜集成布置的改变，机房空间需求降低约60%，大大降低了选址难度和建设成本。 目前，该一体化能源柜已在中国移动5G网络建设中实现了规模应用，实现了5G时代基站能源改造“三免”，即免市电改造、免电源改造、免电池更换，从而让5G建设更省时、省成本、省电费。以一个典型的C-RAN机房改造为例，采用一体化能源柜可将原来的11个机柜整合为3个机柜，一套智能MIMO电源可替代三套传统开关电源，还能同时满足各种通信设备、传感设备、服务器设备的供电需求。 展望未来，刘宝昌在演讲最后表示，将继续与业界主流设备商共同探索、共同研究、共同创新，联合定义支持网络发展演进的能源产品。目标是以站点能源为基础，构筑智慧能源网，通过信息技术手段，能源互联网的思维提升电信运营商能源专业的竞争力，推动绿色能源应用，构筑可持续发展，实现能源设施全面智能化，以筑基新基建，服务社会经济数字化转型。
