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中移動設(shè)計院馬雁序:面向5G網(wǎng)絡(luò)的站點電源發(fā)展與演進

作者:中國儲能網(wǎng)新聞中心 來源:數(shù)字儲能網(wǎng) 發(fā)布時間:2020-10-13 瀏覽:

中國儲能網(wǎng)訊:9月24—26日,由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會聯(lián)合200余家機構(gòu)共同支持的第十屆中國國際儲能大會在深圳鵬瑞萊佛士酒店召開。此次大會主題是“共建儲能生態(tài)鏈,開啟應(yīng)用新時代”。 來自行業(yè)主管機構(gòu)、國內(nèi)外駐華機構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機構(gòu)等不同領(lǐng)域的1621人參加了本屆大會。本次大會由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會、中國科學(xué)院電工研究所儲能技術(shù)組和中國儲能網(wǎng)聯(lián)合承辦。  

在24日下午的“儲能電站規(guī)劃與設(shè)計”專場,中國移動通信集團設(shè)計院有限公司信息能源所所長馬雁序分享了主題報告《面向5G網(wǎng)絡(luò)的站點電源發(fā)展與演進》。會務(wù)組對發(fā)言人的演講速記做了梳理,方便大家會后交流、學(xué)習(xí),以下是速記全文:

馬雁序:大家好,我是中國移動通信集團設(shè)計院有限公司信息能源所所長馬雁序。

我想從四方面跟各位專家做一個匯報,一是通信基站的發(fā)展與演進,二是講講基站供電方面的變化和挑戰(zhàn),另外講講基站電源的創(chuàng)新和基站一體化能源柜產(chǎn)品解決方案。

大家都知道5G從2019年啟動到現(xiàn)在,中國移動在全國建了大約50萬個基站。但5G基站的供電是4G的2-3倍,這點大家都知道。為什么會這樣?首先我們從無線通信的發(fā)展看,這張圖展示了2G、3G、4G、5G,供電設(shè)備演進情況。2G是一個一體化機柜,大約3-6個,這里面裝的是主設(shè)備(無線通信設(shè)備),3G也一樣,無線設(shè)備變?yōu)锽BU+RRU結(jié)構(gòu),4G更加強化了BBU+RRU概念。2G、3G、4G機柜里裝的都是主設(shè)備,而通信電源還是老三樣,電池、組合開關(guān)電源和交流配電系統(tǒng),它們是分別獨立建設(shè)的。在我們基站中,現(xiàn)在大量基站是共用站,一個基站里有2G設(shè)備、3G設(shè)備、4G設(shè)備,未來還要建5G設(shè)備。每一個G的通信設(shè)備電源都是獨立的一套。到5G,無線設(shè)備已經(jīng)變成了CU+DU+AAU模式,有很多無線設(shè)備上天線了,這時候耗電變大了。但從單位通信容量說,總耗電是降低的,5G時傳統(tǒng)速率是20倍,單位耗電是下降的。但現(xiàn)在三大運營商都在說電費太大了,負擔(dān)太重了,主要是耗電總量高了,而我們主要的業(yè)務(wù)還沒有上來。一旦整個5G全面應(yīng)用上來,這個耗電并不是特別大的問題,單位能耗是降下來的,但從絕對值說肯定上去了,因為通信量大了,接入的設(shè)備多了。

從站的形態(tài)說,現(xiàn)在站分四種:宏站,比較大的,覆蓋面積200米以上。第二種是桿站,比較小的,在馬路邊的桿子上,但并不一定建在電桿上。第三種是微站覆蓋層,補充小局部信號的缺失。第四種是室內(nèi)分布。無線信號傳過室內(nèi)很難,所以室內(nèi)有專門的室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)。

宏站的作用,光域連接,主要是廣范圍的覆蓋。桿站是解決局部落落,室分就是要覆蓋室內(nèi)。

這張圖給大家介紹一下從5G的業(yè)務(wù)方面,它也疊加了很多功能。圖的右邊提到5G+AICDE,創(chuàng)新融合。5G+AICDE是中國移動董事長楊杰在2019年在中國移動合作伙伴大會主題演講里提到的。什么叫5G+AICDE?5G是我們的通信網(wǎng)絡(luò),上面要疊加人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、邊緣計算等等各種業(yè)務(wù)。作為5G網(wǎng)絡(luò),它不是一個簡單的通信網(wǎng),要疊加各種業(yè)務(wù)和應(yīng)用,而5G更多的會用到專業(yè)行業(yè),前一段時間提5G專網(wǎng)。5G主要給各個行業(yè)應(yīng)用,像智能制造、無人駕駛、遠程醫(yī)療等等。對于普通老百姓認(rèn)識到我看視頻快了或者不卡了,應(yīng)該主要不是這樣的,主要為工業(yè)服務(wù)。

業(yè)界有一個說法,4G改變生活,5G改變社會。這個話我在去年大會演講時提到了,這次我重申一下,4G給我們的生活帶來了巨大變化,微信、移動支付、短視頻都上來了,但5G還是這些應(yīng)用,那5G就太浪費了。5G未來是智能制造、碼頭、煤礦、電場,可能各個儲能系統(tǒng)未來用5G傳輸一些控制信號或者直接可以對系統(tǒng)性控制的應(yīng)該更好。

這是簡單的介紹,前面我只是簡單介紹了一下5G的一些基本特性。

下面重點介紹一下5G站點的供點需求與挑戰(zhàn)。剛才提到5G的耗電是4G的3-4倍。但5G的基站建設(shè)主要有三的痛點:一是功耗成倍增加,二是由于功耗增加給我們建設(shè)的擴容造成了很大的壓力。我們基站應(yīng)該都是使用外市電,市電的容量有限,再上5G,這么大的用電負荷,對于外市電改造不容易。一個基站做這么大的變化,很難,成本很大。三是選址困難,因為5G頻率高,信號覆蓋小了,占的密度增加了。站址內(nèi)的空間不夠了,原來每一個G建一個系統(tǒng),一個房子里很多系統(tǒng)在放著,沒有地方了。

這些都是5G建設(shè)帶來的困難。

這一張是給大家演示一下供電系統(tǒng)的變化。2G是獨立的24V/48V還有+24V--48V轉(zhuǎn)換電源。這塊真正的痛點是電源制式多。一個站內(nèi)2G、3G、4G、5G不同的系統(tǒng),2G、3G那時候我國不主導(dǎo),主要是外國設(shè)備,一個國家設(shè)備一個樣,供電很復(fù)雜,可能一個站里那時候有諾基亞的、摩托羅拉的,不同廠家供電不一樣?;镜目臻g沒有了,無法增加新的設(shè)備,機房承重不夠。有很多站因為基站都是去租房子,不是用自己的房子。在一個城市里到處建站沒有那么多房子,很多地方是租民用建筑。早期有很多在居民區(qū)塔樓頂上建站,普通來說建站條件不太好,電源配置的空間、直流分路等等。多套電源獨立運行帶來了建設(shè)的電源隔基很復(fù)雜,有些時間長了,既有設(shè)備電怎么拉的走的哪根線也忘了。一個站的運行維護人員技術(shù)也不行,原來站的負荷都不知道了,有時候一拉閘不知道哪個設(shè)備斷電了。

下面匯報一下我們機遇這些難點的思考和創(chuàng)新。主要的目的是提升供電能力匹配多業(yè)務(wù)發(fā)展的需求。前面這張圖2、3、4G我提到,5G左邊是輸入,市電、新能源多種能源的輸入,右邊輸出要做到智能匹配。這里面有幾大特點,整合存量電源余量,提升資產(chǎn)利用率。每個供電系統(tǒng)在設(shè)計過程中一要有剩余度,但擱著用不到,現(xiàn)在要把富余容量整合進來。智能調(diào)度各類能源輸入,現(xiàn)在提到的新能源、風(fēng)、光等等,要智能的接入。現(xiàn)在接入有風(fēng)、光、市電、直流、存量電池,要按需輸出。

前面提到MIMO概念,我們這就是完全創(chuàng)新了提出的能源MIMO概念,MIMO是無線通信的概念,多種輸出和多種輸出互相結(jié)合。我們把這個概念用到能源上,也是多輸入多輸出,輸入各種供電方式都可以,輸出根據(jù)負載的特性提供多種輸出,有24V、46V、60V都有。

在網(wǎng)絡(luò)層面要做到協(xié)同,不僅僅電源,要從業(yè)務(wù)層面進行協(xié)同。第一個層面,功率協(xié)同,我們輸入變電、配電和二次電源這個層面的橫向協(xié)同。第二是站點協(xié)同,5G基站比較密,不同站要做到電源協(xié)同。網(wǎng)絡(luò)協(xié)同,通信業(yè)務(wù)層面的協(xié)同。業(yè)務(wù)層面協(xié)同,有些地方用什么業(yè)務(wù),另外一些地方用什么業(yè)務(wù),直接調(diào)度。中心的概念是用我們的業(yè)務(wù)側(cè)來控制我們的供電。我們提出幾個概念,叫用比特控制瓦特。

這提到的是多種輸入和輸出,是對剛才更詳細的解釋。輸入部分有智能的輸入配電,有智能的整流,那邊是智能輸出配電,我們提出一個智能電池概念。

我在其他大會上也做過演講,對于削峰的概念,大家現(xiàn)在提到儲能用在削峰填谷上,其實是用在電網(wǎng)的峰谷電價差上。但在我們這兒不是用在削峰填谷電價差上,是對負載側(cè)的削峰。外市電供給能量是固定的,業(yè)務(wù)側(cè)高負載時,把備用電池用起來,把外市電和油機結(jié)合起來,可以解決外市電不足的狀態(tài)。

綜合概念,基站電源有這幾個發(fā)展的代。第一代是線性電源,工業(yè)三極管等等模擬控制。第二代引入了相控電源。第三代是1990年-2008年,開關(guān)電源時代。第四代是2009年左右提出數(shù)字化電源的概念,現(xiàn)在提出第五代叫軟件定義電源概念。

上面這張圖提到輸入側(cè)是多種電路,輸出側(cè)根據(jù)負債不同,電池也會參與到供電里,我們把這個中間系統(tǒng)用軟件定義起來,用軟件來智能控制輸入側(cè)和輸出側(cè)的配比,把外市電包括既有電池的富余容量都集成到系統(tǒng)里,我們把系統(tǒng)里全部的能量結(jié)合起來形成一個綜合的能源池,基于負載需求從能源池向負載進行供電。

這是我們提出的第五代軟件定義電源概念。

從一二三四代的電源都屬于模擬硬廣狀態(tài),而第五代應(yīng)該用程控概念,但現(xiàn)在不用這個詞的,所以叫軟件定義電源。

右邊這是供電系統(tǒng),中間是軟件定義的多種電源。這個軟件定義是基于負債側(cè)的需求向供給側(cè)提供要求。

另外一點是電池的智能化,電池也經(jīng)過演變過程,早期都是鉛酸電池,現(xiàn)在基站里還大量引入鉛酸電池,第二段引入鋰電池概念,這時候的還需要BMS進行管理,現(xiàn)在比較通行的是第二代鋰電池加BMS控制,像電池均衡等技術(shù)。第三代是智能鋰電概念。智能鋰電是根據(jù)電池的特性和狀態(tài)對充放電根據(jù)管理。這不是簡單的均衡概念,對于電池來說也是軟件定義,軟件定義不僅定義輸入和輸出,還要定義內(nèi)部電池。整體來說都是用軟件進行定義。

前面提到對于基站供電的新概念,下面就這個概念提一個解決方案。

我給大家介紹的是我們中國移動設(shè)計院自主研發(fā)的一款產(chǎn)品,這個產(chǎn)品專門用在通信業(yè)基站上。通過這個產(chǎn)品的介紹大家能夠深刻體會到我們對于基站電源供給的技術(shù)發(fā)展、技術(shù)引領(lǐng)和技術(shù)變化的概念。

這個電源的特點:一是高密集成?,F(xiàn)在基站三大件:電池、開關(guān)電源和交流配電分布在各個系統(tǒng)里,由不同的廠家提供設(shè)備,再進行施工安裝組成系統(tǒng)。我們現(xiàn)在這款產(chǎn)品,把這三大部分都集成到一個機柜里,上面是MIMO智能電源設(shè)備,主要是分路和整流智能電源,下面是智能鋰電,中間給通信設(shè)備留出安裝空間。這個柜子就是一個典型的基站,一柜一站?;谒梢杂羞@么多優(yōu)勢,一是免市電供電,把現(xiàn)有的既有電源接進來,統(tǒng)一供電,電源改造工作大幅下降,也可以免一些部分的電池更換。原來的工程建設(shè)跟一體化機構(gòu)的工程建設(shè)周期也大幅縮短。原來一個站建設(shè)各個廠家設(shè)備來了以后施工隊在現(xiàn)場、安裝接電路和電線,一個基站的供電設(shè)備安裝大約在2-3天時間,現(xiàn)在一體化機柜兩三個小時,柜子一放,地腳螺絲一擰,插模塊,通用型的即插即拔的模塊。一個站的建設(shè),除去土建基礎(chǔ)設(shè)施,光電源安裝兩三個小時。

這是我們設(shè)備的電型特點:一是市電擴容,我們有一個功能叫智能削峰;二是電池更換,開關(guān)電源,可以實現(xiàn)現(xiàn)網(wǎng)電源余量整合。智能電池也按需投資。我們這個電池,圖片里是四個,是根據(jù)動態(tài)配的,根據(jù)通信設(shè)備需求隨時可以增加。

這是我們這個設(shè)備的邏輯原理圖,左邊是多種輸入,市電、發(fā)電、儲能系統(tǒng)、新能源。在我的系統(tǒng)里接了不同的模塊,右邊是輸出模塊。我們?nèi)康慕尤腚娫炊荚谝粋€直流母線上,大家在一個上面統(tǒng)一使用,這個直流母線是靠軟件定義的。

這張圖是我們實物上面MIMO部分,中間是整個模塊,這邊有交流輸入單元,那邊有直流模塊,還有高壓直流,新能源接入有風(fēng)、光。根據(jù)現(xiàn)場的需求配不同的模塊。右邊的輸出也是根據(jù)我們的負載側(cè),根據(jù)通信側(cè)設(shè)備智能配置的,也是根據(jù)需要配置的。

這是我們智能配電的簡單圖(見PPT)。

這是智能鋰電的實體圖,我們拍的照片(見PPT)。它的特點是恒壓輸出,電池用到一定程度不會電壓有下降。

我們的設(shè)備建立了一套完全可視可管可控的平臺,進行完全的自主控制。

現(xiàn)在的通信系統(tǒng)里對于電源只是監(jiān)控系統(tǒng),現(xiàn)在我們做到可視可管可控,未來的發(fā)展?fàn)顩r應(yīng)該是電源能源網(wǎng)管概念。

這是我們基本的設(shè)備規(guī)格型號。剛才是室外柜,這是室內(nèi)柜。

基本的典型應(yīng)用場景都用在D-RAN、C-RAN等場景。這是我們接入的情況(見PPT)。

我們這個設(shè)備在中國移動2020-2021年一級集采中,唯一中標(biāo)單位,中標(biāo)了14000套,合同金額預(yù)計8億元。接下來在中國移動是大規(guī)模推廣,現(xiàn)在這個柜子最高上到珠峰頂?,F(xiàn)在在南沙,我們的柜子站已經(jīng)開通了。

謝謝各位!

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