移动通信基站耗电量估算模型的研究.doc

移动通信基站耗电量估算模型的研究1 引言当前国内经济增速下降，经济结构面临调整而能源消耗持续增长，国内节能减排形势严峻。国资委将通信运营商在节能减排考核中由“一般类”企业调整为“关注类”企业，使得通信运营商的节能减排的任务艰巨。通信运营商能源消耗构成中电力消耗超过占80%，而基站电费占整个电力消耗中的比重超过60%。所以基站电费估算模型的研究对于通信运营商提高电费管理水平有着非常重要的意义。2 基站耗电量构成2.1. 基站基站是基站子系统（BSS，Base Station Subsystem）的简称，是指在一定的无线电覆盖区域中，通过移动通信交换中心，与移动电话终端之间进行信息传递的无线电收发信电台，本文所指的基站特指移动通信用基站（以下均称为基站）。本文研究的基站耗电量，即定义为以安装基站设备为主的小型机房的耗电量，对于以传输设备为主且安装有基站设备的综合业务机房不在研究范围。2.2. 基站耗电量构成基站耗电量构成主要有四部分：主设备耗电、空调耗电、电源设备耗电、其他。2.2.1. 主设备耗电现有基站安装的主设备主要为无线设备和传输设备。无线耗电设备对于GSM基站主要为BTS和BSC。基站中安装的传输耗电设备主要为PTN(分组传送网)设备和SDH(同步数字系列)设备。主设备耗电尤其是无线设备耗电是基站耗电的主要部分，考虑到SDH设备的逐步减少，主设备耗电数据分析中仅考虑PTN设备耗电。2.2.2. 空调耗电为了给基站通信设备提供良好的运行环境，基站机房通常设置空调，且空调耗电是基站总耗电的重要组成部分；现有基站机房安装的空调主要为3P和5P的舒适性空调，通常每个基站安装12台舒适性空调。每台3P空调的耗电功率约为2.9kW，每台5P空调的耗电功率约为4.8kW。2.2.3. 电源设备耗电基站机房为达到良好运行，通常安装有电源设备，用于将380V/220V的交流市电转换为-48V的直流电，电源设备耗电主要为电源设备在整流过程中引起的电能损失和模块休眠功耗。现有电源设备厂家均宣称单个整流模块休眠时所产生的功耗在5W以内，所以电源设备耗电主要为整流模块在整流过程中所损失的电能。现有电源设备厂家整流模块的工作效率均在90%以上，高效整流模块的工作效率通常在95%以上，故电源设备的耗电可按实际用电的10%进行估算。2.2.4. 其他耗电量其他耗电量主要有线损和其他设备、照明等耗电量。线损指电能在传输过程中因为电阻和电导所消耗的功率损耗。电抗所产生的无功功率所引起的电能损耗不计入线损。基站机房的线损主要为交流电缆上的损耗和直流电缆上的损耗。机房内的交流电缆的损耗和直流电缆的损耗较小，约占机房总耗电的1%2%，可以忽略不计。供电局所要求的引入电缆的线损根据各地的要求，不在考虑范围之内。其他设备主要有监控设备等，因耗电量较小可不予考虑，照明系统由于机房为无人值守，仅在维护人员检查、维护时使用，可以忽略不计。3 基站耗电量估算模型3.1. 基站耗电量影响因素基站电费影响因素有主观因素和客观因素，主观因素主要有管理因素、供电局的要求以及工程建设进度等等，由于主观因素无法客观量化，加之各地不统一，所以不加考虑。本论文仅研究基站由于客观因素所产生的耗电量。影响基站耗电量的客观因素主要有设备配置、厂家、空调配置、基站位置、气候、节假日等因素。3.1. 基站耗电量估算模型的提出耗电量估算先采用模块法，将耗电量分解为主设备耗电、空调耗电、电源设备耗电以及线损等模块，逐一分析各个模块，然后根据各个模块的耗电量和得出总的基站耗电量。基站耗电量估算模型如下。基站总耗电量=（主设备耗电量+空调耗电量+电源设备耗电量+其他及照明耗电量）耗电量波动系数。耗电量波动系数可根据实际情况取1.11.2。3.2. 估算模型中各部分的详细论述3.2.1. 主设备耗电量分析主设备耗电量采取回归模型预测法进行预测，对于多因素共同作用的耗电量估算，将针对多个因素，从不同维度逐一分析，综合考虑各因素之间的关系进行估算；对于单独的影响因素根据计算数据采取系数法的办法进行修正。主设备耗电量为一个与设备配置、厂家、位置、节日等因素有关的一个函数，即主设备耗电量=。本次数据分析采用的数据为陕西某运营商动环监控系统中采集的2012年1月到2012年6月的每日基站开关电源电流数据，每日电流数据分时间有四个采集值。主设备每日的耗电量根据每日电流的平均值与电压值（取53.5V）相乘再乘以小时数（24h）得出，主设备每月的耗电量为每日耗电量之和。数据样本中将基站开关电源电流小于20A和大于200A的基站数据排除，总体样本中同时排除新能源基站，最后得到有效样本。3.2.2. 设备配置基站里的设备配置直接决定着主设备的耗电量，现有的基站主要有2G基站、3G基站、2G和3G共站基站等，因2G和3G共站基站无分项计量数据，无法单独分析3G和2G基站的耗电量，故本次不研究2G和3G共站基站的耗电量，仅研究2G基站的耗电量，2G基站耗电量将根据载频配置进行分析，因设备载频配置与厂家等因素均具有一定的关系，所以将设备的载频作为主要因素结合以下因素进行分析。3.2.2.1. 厂家因素不同厂家的设备耗电量不同，下表为根据载频数对不同厂家的设备耗电量2012年16月平均值进行拟合得出的曲线。厂家1平均值厂家2厂家33.3-1 不同厂家耗电量拟合曲线由上图可以看出在载频数小于8时，各个厂家的设备耗电量比较接近；在载频数大于8时，厂家1的设备耗电量较高，厂家2和厂家3的设备耗电量较小；在载频大于20时，不同厂家的设备耗电量差异将可能超过20%，厂家的对设备耗电量的影响不可忽略。3.2.2.2. 基站位置根据不同的基站位置不同，将样本中的基站根据位置分为农村、乡镇、市郊、县城和市区，对不同位置的基站随载频变化的数据进行拟合得到以下曲线。下表为不同区域2012年16月平均值进行拟合得出的曲线。图3.3-2 不同位置基站耗电量拟合曲线由上图可看出乡镇和农村的耗电曲线比较接近，市郊和县城的耗电曲线比较接近，在基站电费标杆中可不作区分。在基站电费标杆研究中针对位置可区分市区、市郊、县城和农村，根据不同的拟合曲线进行预测即可。3.2.2.3. 节日因素节日因素对基站耗电量的影响主要反映在春节期间，下图为2012年16月的单基站平均耗电量。图3.3-3 单基站平均每月设备用电量由于2012年春节为1月23日，1月到2月的耗电量明显高于36月的耗电量，1月和2月的平均耗电量约为36月平均耗电量的1.111.16倍，而农村地区1月的耗电量约为36月耗电量的1.41.6倍，变化较大。3.3. 空调耗电量分析空调耗电量随季节和气候影响较大，陕西省11月3月份随地域不同基站空调基本处于不工作或少工作状态，耗电量较小；而6月9月随着室外温度的升高，空调耗电量明显增大，最高时几乎全天24小时运行。同时对于基站机房，空调数量、室内气流组织、是否有智能通风以及机房的围护结构等都对空调耗电量有着较大的影响，无法准确预测，所以空调全年耗电量可根据经验值取主设备耗电量的0.20.5倍计取。即空调年耗电量=主设备年耗电量（0.20.5），陕北可取0.20.3，陕南和关中可取0.40.5，对于单独月耗电量可根据空调是否工作以及工作时间取不同的系数进行估算。3.4. 电源及其他耗电量分析电源设备耗电量可根据电源设备的效率进行估算，通常按主设备耗电量的10%进行估算，即电源设备耗电量=主设备耗电量10%。线损和监控设备、照明耗电量可忽略，不予考虑，其他突发因素所引发的耗电量变动可直接调整波动系数即可。4 结论及结束语综上，移动通信基站耗电量模型的研究主要结论如下：(1) 主设备的配置直接决定基站耗电量的大小，不同厂家对主设备耗电影响较大，基站耗电量估算模型应分厂家研究取定，在基站电费标杆研究中针对位置可区分市区、县城和农村，根据不同的拟合曲线进行预测即可。春节对主设备耗电影响较大，春节所在月及相邻月的耗电量预测可根据非春节月耗电量平均值的1.111.16倍进行估算。(2) 电源设备耗电可根据主设备耗电量的10%进行估算，空调年耗电量可根据主设备耗电量的0.20.5倍进行估算，机房内的线损、监控设备、照明等耗电量可忽略。(3) 基站耗电量除受以上因素的影响外还受到如人口、话务量、突发性事件以及主观性等因素的影响，基站的耗电量存在一定的波动，基站耗电量估算时，需要根据实际情况选定波动系数。同时基站耗电量管理应通过电量预估、电量采集、电量分析和电量核查等四个环节构成，基站