熊 鈞, 徐永凱

(珠海派諾科技股份有限公司, 廣東 珠海 519000)

0 引 言

隨著我國通信業(yè)的高速發(fā)展,通信基站和設(shè)備數(shù)量在不斷增加,基站所消耗的電能總量也在不斷增長[1-2]。在碳達峰、碳中和目標驅(qū)動下,國家陸續(xù)出臺了《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動計劃(2021—2023年)》《推動數(shù)據(jù)中心和5G等新型基礎(chǔ)設(shè)施綠色高質(zhì)量發(fā)展實施方案》等政策文件,積極引導數(shù)據(jù)中心和5G基站節(jié)能降碳。基站耗能占據(jù)通信行業(yè)整體耗能的73%,其中基站空調(diào)耗電占據(jù)40%?；究照{(diào)是通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)重要的配套設(shè)備,基站中的冷卻主要是由基站空調(diào)負責,降低基站空調(diào)的耗電量可以有效地降低基站的PUE值[3-4]。

基站空調(diào)體量大且分布零散,以往依靠人工管理,效率低成本高,用能管理難度較大,本文介紹的基于物聯(lián)網(wǎng)的分體空調(diào)控制系統(tǒng)將傳統(tǒng)方式難以管控的分體空調(diào)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行聯(lián)網(wǎng)集成實現(xiàn)分體式空調(diào)集中管理,采用硬件、軟件和云平臺結(jié)合,適用于分體空調(diào)多種應用場景,集運行監(jiān)控、能耗分析、維修管理、資產(chǎn)管理等功能為一體。

1 基站分體空調(diào)智能控制系統(tǒng)

系統(tǒng)整體設(shè)計思路是基于物聯(lián)網(wǎng)和云計算技術(shù),采用“端”+“云”的架構(gòu),硬件、軟件和云平臺結(jié)合,即空調(diào)智能控制器將終端檢測的各項參數(shù)(環(huán)境參數(shù)、用戶行為參數(shù)、電參數(shù)等)上傳云平臺,云平臺根據(jù)終端運行參數(shù)實現(xiàn)空調(diào)的狀態(tài)監(jiān)控、用電計量、故障診斷、健康度評估等,并結(jié)合室外氣象條件、建筑結(jié)構(gòu)保溫性能、基站等級等,通過自學習算法對空調(diào)進行優(yōu)化控制,控制策略下發(fā)到空調(diào)智能控制器對空調(diào)進行調(diào)節(jié)。

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)示意圖如圖1所示,該系統(tǒng)包括智能硬件和空調(diào)智慧云兩大組成部分。空調(diào)智能控制器與空調(diào)智慧云之間通過EtherNet/GPRS/5G進行通信,采用數(shù)據(jù)加密的方式確保通信和數(shù)據(jù)的安全。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

1.2 硬件組成

(1) 空調(diào)智能控制器。智能控制器與基站空調(diào)一一對應,通過紅外信號控制空調(diào),兼容多種廠家的空調(diào)紅外控制碼庫,適用于各種品牌型號的空調(diào)?？照{(diào)智能控制器原理設(shè)計圖如圖2所示,由圖可知,控制器內(nèi)置紅外信號傳感器、光感傳感器、電力計量芯片、溫度傳感器,各項參數(shù)上傳云平臺,并根據(jù)云平臺下發(fā)的控制策略優(yōu)化調(diào)節(jié)基站空調(diào)運行。平臺操作界面如圖3所示,用戶也可以通過圖3所示的平臺操作界面調(diào)節(jié)基站空調(diào)運行。

圖2 空調(diào)智能控制器原理設(shè)計圖

圖3 平臺操作界面

(2) 無線溫/濕度傳感器。與空調(diào)智能控制器通過2.4G信號通信,解決由于氣流組織問題或空調(diào)自身位置造成的問題,實現(xiàn)對測溫點的精準溫控。

(3) 有線溫/濕度傳感器。與空調(diào)智能控制器通過RS-485通信,實現(xiàn)對測溫點的精準溫控。

系統(tǒng)硬件集成裝置圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)硬件集成裝置圖

1.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)搭建了基于TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)空調(diào)智慧云平臺,可實現(xiàn)對基站分體式空調(diào)的集中管理,功能示意圖如圖5所示,其功能可分為:① 運行監(jiān)控:包括運行狀態(tài)監(jiān)控、遠程控制、節(jié)能優(yōu)化控制等;② 能耗分析:包括用電統(tǒng)計、同比分析、PUE分析等;③ 維修管理:包括故障診斷報警、維修工單管理、維修結(jié)果確認等;④ 資產(chǎn)管理:包括減少設(shè)備折舊、設(shè)備殘值分析、整機更換管理等。

圖5 功能示意圖

管理系統(tǒng)通過如下3種方式實現(xiàn)空調(diào)的節(jié)能控制:

(1) 用戶行為自動管控。通過監(jiān)控空調(diào)的溫/濕度設(shè)置及測溫點、測濕點的實際數(shù)值,給予上站人員合理時間范圍的調(diào)整窗口,在上站人員離開后自動恢復空調(diào)的合理溫/濕度設(shè)定,避免無謂的能耗浪費。

(2) 建立空調(diào)能效模型和基站建筑物模型,結(jié)合室內(nèi)外實時溫/濕度、歷史氣象數(shù)據(jù)、空調(diào)各項運行參數(shù),利用AI算法進行實時負荷預測,優(yōu)化調(diào)節(jié)空調(diào)運行工況,降低空調(diào)的能耗。

(3) 根據(jù)模型預測的實時負荷,結(jié)合故障診斷結(jié)果,利用空調(diào)健康度和實際能效評估,用AI算法動態(tài)選擇最優(yōu)的空調(diào)組合進行運行,實現(xiàn)空調(diào)的智能群控,在降低空調(diào)能耗的同時,確保空調(diào)系統(tǒng)整體的運行可靠性。

2 實現(xiàn)效果

該系統(tǒng)已在全國基站廣泛投入使用,并在阿里云平臺部署空調(diào)智慧云系統(tǒng),對基站內(nèi)的分體空調(diào)集中管理,實現(xiàn)了分體空調(diào)智能化控制。為了驗證智能控制達到的節(jié)能效果,開啟循環(huán)節(jié)能認證工作,即:空調(diào)按照x天為周期,循環(huán)開啟和關(guān)閉節(jié)能控制。持續(xù)對比一段時間后對比“節(jié)能開”(即采用節(jié)能措施)和“節(jié)能關(guān)”(未采用節(jié)能措施)的累計用電量,通過兩者比較得到節(jié)能率。某市電信基站逐日用電量對比如圖6所示。該電信基站循環(huán)對比238天的效果,結(jié)果顯示,“節(jié)能關(guān)”總用電量2 036 kWh,“節(jié)能開”總用電量1 526.7 kWh,綜合節(jié)能率達到25%。

圖6 某市電信基站逐日用電量對比

3 結(jié) 語

依托物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云服務(wù)等技術(shù),空調(diào)智慧云系統(tǒng)實現(xiàn)基站分體空調(diào)的智能監(jiān)控和管理。本文對基站場景開發(fā)的空調(diào)節(jié)能優(yōu)化控制及故障診斷服務(wù)開展研究,與系統(tǒng)投運前相比,項目單位的用能管理、運維決策、用電安全得到顯著提升。