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中移动设计院马雁序:面向5G网络的站点电源发展与演进

作者:中国储能网澳门最大的赌场叫什么 来源:中国储能网 发布时间:2020-10-13 浏览:次
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中国储能网讯:9月24—26日,由中国化学与物理电源行业协会联合200余家机构共同支持的第十届中国国际储能大会在深圳鹏瑞莱佛士酒店召开。此次大会主题是“共建储能生态链,开启应用新时代”。 来自行业主管机构、国内外驻华机构、科研单位、电网企业、发电企业、系统集成商、金融机构等不同领域的1621人参加了本届大会。本次大会由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会、中国科学院电工研究所储能技术组和中国储能网联合承办。  

在24日下午的“储能电站规划与设计”专场,中国移动通信集团设计院有限公司信息能源所所长马雁序分享了主题报告《面向5G网络的站点电源发展与演进》。会务组对发言人的演讲速记做了梳理,方便大家会后交流、学习,以下是速记全文:

马雁序:大家好,我是中国移动通信集团设计院有限公司信息能源所所长马雁序。

我想从四方面跟各位专家做一个汇报,一是通信基站的发展与演进,二是讲讲基站供电方面的变化和挑战,另外讲讲基站电源的创新和基站一体化能源柜产品解决方案。

大家都知道5G从2019年启动到现在,中国移动在全国建了大约50万个基站。但5G基站的供电是4G的2-3倍,这点大家都知道。为什么会这样?首先我们从无线通信的发展看,这张图展示了2G、3G、4G、5G,供电设备演进情况。2G是一个一体化机柜,大约3-6个,这里面装的是主设备(无线通信设备),3G也一样,无线设备变为BBU+RRU结构,4G更加强化了BBU+RRU概念。2G、3G、4G机柜里装的都是主设备,而通信电源还是老三样,电池、组合开关电源和交流配电系统,它们是分别独立建设的。在我们基站中,现在大量基站是共用站,一个基站里有2G设备、3G设备、4G设备,未来还要建5G设备。每一个G的通信设备电源都是独立的一套。到5G,无线设备已经变成了CU+DU+AAU模式,有很多无线设备上天线了,这时候耗电变大了。但从单位通信容量说,总耗电是降低的,5G时传统速率是20倍,单位耗电是下降的。但现在三大运营商都在说电费太大了,负担太重了,主要是耗电总量高了,而我们主要的业务还没有上来。一旦整个5G全面应用上来,这个耗电并不是特别大的问题,单位能耗是降下来的,但从绝对值说肯定上去了,因为通信量大了,接入的设备多了。

从站的形态说,现在站分四种:宏站,比较大的,覆盖面积200米以上。第二种是杆站,比较小的,在马路边的杆子上,但并不一定建在电杆上。第三种是微站覆盖层,补充小局部信号的缺失。第四种是室内分布。无线信号传过室内很难,所以室内有专门的室内覆盖系统。

宏站的作用,光域连接,主要是广范围的覆盖。杆站是解决局部落落,室分就是要覆盖室内。

这张图给大家介绍一下从5G的业务方面,它也叠加了很多功能。图的右边提到5G+AICDE,创新融合。5G+AICDE是中国移动董事长杨杰在2019年在中国移动合作伙伴大会主题演讲里提到的。什么叫5G+AICDE?5G是我们的通信网络,上面要叠加人工智能、物联网、大数据、云计算、边缘计算等等各种业务。作为5G网络,它不是一个简单的通信网,要叠加各种业务和应用,而5G更多的会用到专业行业,前一段时间提5G专网。5G主要给各个行业应用,像智能制造、无人驾驶、远程医疗等等。对于普通老百姓认识到我看视频快了或者不卡了,应该主要不是这样的,主要为工业服务。

业界有一个说法,4G改变生活,5G改变社会。这个话我在去年大会演讲时提到了,这次我重申一下,4G给我们的生活带来了巨大变化,微信、移动支付、短视频都上来了,但5G还是这些应用,那5G就太浪费了。5G未来是智能制造、码头、煤矿、电场,可能各个储能系统未来用5G传输一些控制信号或者直接可以对系统性控制的应该更好。

这是简单的介绍,前面我只是简单介绍了一下5G的一些基本特性。

下面重点介绍一下5G站点的供点需求与挑战。刚才提到5G的耗电是4G的3-4倍。但5G的基站建设主要有三的痛点:一是功耗成倍增加,二是由于功耗增加给我们建设的扩容造成了很大的压力。我们基站应该都是使用外市电,市电的容量有限,再上5G,这么大的用电负荷,对于外市电改造不容易。一个基站做这么大的变化,很难,成本很大。三是选址困难,因为5G频率高,信号覆盖小了,占的密度增加了。站址内的空间不够了,原来每一个G建一个系统,一个房子里很多系统在放着,没有地方了。

这些都是5G建设带来的困难。

这一张是给大家演示一下供电系统的变化。2G是独立的24V/48V还有+24V--48V转换电源。这块真正的痛点是电源制式多。一个站内2G、3G、4G、5G不同的系统,2G、3G那时候我国不主导,主要是外国设备,一个国家设备一个样,供电很复杂,可能一个站里那时候有诺基亚的、摩托罗拉的,不同厂家供电不一样。基站的空间没有了,无法增加新的设备,机房承重不够。有很多站因为基站都是去租房子,不是用自己的房子。在一个城市里到处建站没有那么多房子,很多地方是租民用建筑。早期有很多在居民区塔楼顶上建站,普通来说建站条件不太好,电源配置的空间、直流分路等等。多套电源独立运行带来了建设的电源隔基很复杂,有些时间长了,既有设备电怎么拉的走的哪根线也忘了。一个站的运行维护人员技术也不行,原来站的负荷都不知道了,有时候一拉闸不知道哪个设备断电了。

下面汇报一下我们机遇这些难点的思考和创新。主要的目的是提升供电能力匹配多业务发展的需求。前面这张图2、3、4G我提到,5G左边是输入,市电、新能源多种能源的输入,右边输出要做到智能匹配。这里面有几大特点,整合存量电源余量,提升资产利用率。每个供电系统在设计过程中一要有剩余度,但搁着用不到,现在要把富余容量整合进来。智能调度各类能源输入,现在提到的新能源、风、光等等,要智能的接入。现在接入有风、光、市电、直流、存量电池,要按需输出。

前面提到MIMO概念,我们这就是完全创新了提出的能源MIMO概念,MIMO是无线通信的概念,多种输出和多种输出互相结合。我们把这个概念用到能源上,也是多输入多输出,输入各种供电方式都可以,输出根据负载的特性提供多种输出,有24V、46V、60V都有。

在网络层面要做到协同,不仅仅电源,要从业务层面进行协同。第一个层面,功率协同,我们输入变电、配电和二次电源这个层面的横向协同。第二是站点协同,5G基站比较密,不同站要做到电源协同。网络协同,通信业务层面的协同。业务层面协同,有些地方用什么业务,另外一些地方用什么业务,直接调度。中心的概念是用我们的业务侧来控制我们的供电。我们提出几个概念,叫用比特控制瓦特。

这提到的是多种输入和输出,是对刚才更详细的解释。输入部分有智能的输入配电,有智能的整流,那边是智能输出配电,我们提出一个智能电池概念。

我在其他大会上也做过演讲,对于削峰的概念,大家现在提到储能用在削峰填谷上,其实是用在电网的峰谷电价差上。但在我们这儿不是用在削峰填谷电价差上,是对负载侧的削峰。外市电供给能量是固定的,业务侧高负载时,把备用电池用起来,把外市电和油机结合起来,可以解决外市电不足的状态。

综合概念,基站电源有这几个发展的代。第一代是线性电源,工业三极管等等模拟控制。第二代引入了相控电源。第三代是1990年-2008年,开关电源时代。第四代是2009年左右提出数字化电源的概念,现在提出第五代叫软件定义电源概念。

上面这张图提到输入侧是多种电路,输出侧根据负债不同,电池也会参与到供电里,我们把这个中间系统用软件定义起来,用软件来智能控制输入侧和输出侧的配比,把外市电包括既有电池的富余容量都集成到系统里,我们把系统里全部的能量结合起来形成一个综合的能源池,基于负载需求从能源池向负载进行供电。

这是我们提出的第五代软件定义电源概念。

从一二三四代的电源都属于模拟硬广状态,而第五代应该用程控概念,但现在不用这个词的,所以叫软件定义电源。

右边这是供电系统,中间是软件定义的多种电源。这个软件定义是基于负债侧的需求向供给侧提供要求。

另外一点是电池的智能化,电池也经过演变过程,早期都是铅酸电池,现在基站里还大量引入铅酸电池,第二段引入锂电池概念,这时候的还需要BMS进行管理,现在比较通行的是第二代锂电池加BMS控制,像电池均衡等技术。第三代是智能锂电概念。智能锂电是根据电池的特性和状态对充放电根据管理。这不是简单的均衡概念,对于电池来说也是软件定义,软件定义不仅定义输入和输出,还要定义内部电池。整体来说都是用软件进行定义。

前面提到对于基站供电的新概念,下面就这个概念提一个解决方案。

我给大家介绍的是我们中国移动设计院自主研发的一款产品,这个产品专门用在通信业基站上。通过这个产品的介绍大家能够深刻体会到我们对于基站电源供给的技术发展、技术引领和技术变化的概念。

这个电源的特点:一是高密集成。现在基站三大件:电池、开关电源和交流配电分布在各个系统里,由不同的厂家提供设备,再进行施工安装组成系统。我们现在这款产品,把这三大部分都集成到一个机柜里,上面是MIMO智能电源设备,主要是分路和整流智能电源,下面是智能锂电,中间给通信设备留出安装空间。这个柜子就是一个典型的基站,一柜一站。基于它可以有这么多优势,一是免市电供电,把现有的既有电源接进来,统一供电,电源改造工作大幅下降,也可以免一些部分的电池更换。原来的工程建设跟一体化机构的工程建设周期也大幅缩短。原来一个站建设各个厂家设备来了以后施工队在现场、安装接电路和电线,一个基站的供电设备安装大约在2-3天时间,现在一体化机柜两三个小时,柜子一放,地脚螺丝一拧,插模块,通用型的即插即拔的模块。一个站的建设,除去土建基础设施,光电源安装两三个小时。

这是我们设备的电型特点:一是市电扩容,我们有一个功能叫智能削峰;二是电池更换,开关电源,可以实现现网电源余量整合。智能电池也按需投资。我们这个电池,图片里是四个,是根据动态配的,根据通信设备需求随时可以增加。

这是我们这个设备的逻辑原理图,左边是多种输入,市电、发电、储能系统、新能源。在我的系统里接了不同的模块,右边是输出模块。我们全部的接入电源都在一个直流母线上,大家在一个上面统一使用,这个直流母线是靠软件定义的。

这张图是我们实物上面MIMO部分,中间是整个模块,这边有交流输入单元,那边有直流模块,还有高压直流,新能源接入有风、光。根据现场的需求配不同的模块。右边的输出也是根据我们的负载侧,根据通信侧设备智能配置的,也是根据需要配置的。

这是我们智能配电的简单图(见PPT)。

这是智能锂电的实体图,我们拍的照片(见PPT)。它的特点是恒压输出,电池用到一定程度不会电压有下降。

我们的设备建立了一套完全可视可管可控的平台,进行完全的自主控制。

现在的通信系统里对于电源只是监控系统,现在我们做到可视可管可控,未来的发展状况应该是电源能源网管概念。

这是我们基本的设备规格型号。刚才是室外柜,这是室内柜。

基本的典型应用场景都用在D-RAN、C-RAN等场景。这是我们接入的情况(见PPT)。

我们这个设备在中国移动2020-2021年一级集采中,唯一中标单位,中标了14000套,合同金额预计8亿元。接下来在中国移动是大规模推广,现在这个柜子最高上到珠峰顶。现在在南沙,我们的柜子站已经开通了。

谢谢各位!

关键字:储能 5G

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