基于能耗PUE標桿進行通信基站能耗管控的思路和辦法

薛善斌，馬 波，姜 峰

（中國電信股份有限公司山東分公司，山東 濟南250101）

1 概 述

隨著4G通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，通信單基站的能耗在通信網(wǎng)絡(luò)能耗中所占的比例越來越大，對其能耗的管理也越來越重要。但是，由于通信局站分布廣、引電條件復(fù)雜、基站建筑形式復(fù)雜，這些實際狀況給管理帶來很大的難度，如何對基站進行能耗的精確管理是一個亟待解決的問題。

本文從分析影響通信基站能耗PUE值的因素出發(fā)，根據(jù)PUE值進行能耗管理，來實現(xiàn)通信基站的能耗精確管理。

2 影響通信局站PUE值的因素分析

2.1 PUE介紹

PUE是Power Usage Effectiveness的簡寫，是評價數(shù)據(jù)中心能源效率的指標，是數(shù)據(jù)中心消耗的所有能源與IT負載使用的能源之比。

本文引入PUE的概念對通信基站的能耗進行分析，其基本定義類同數(shù)據(jù)中心的定義，具體為：

通信基站PUE值＝基站總能耗／基站主設(shè)備總能耗

不難看出：PUE值越小，表明在同一個基站的主設(shè)備功耗條件下，基站總耗電量越小。

目前通信基站的耗電設(shè)備主要有如下幾類：基站主設(shè)備（含無線、傳輸、數(shù)據(jù)等）、電源設(shè)備、空調(diào)設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備、照明設(shè)備，其中基站主設(shè)備雖然隨著業(yè)務(wù)量有所變化但其基本不可控，電源設(shè)備效率和損耗與其自身工況有關(guān)，空調(diào)設(shè)備耗電隨著設(shè)備自身工況和外部環(huán)境工況變化而變化，照明設(shè)備由于無人值守基本忽略不計。

2.2 影響通信基站PUE值的主要因素

2.2.1 房屋結(jié)構(gòu)類型

按照房屋結(jié)構(gòu)類型和太陽直射方式，可以將基站分成三類，磚房（含獨立磚房和租用業(yè)主頂層房屋）、建筑底層房屋、板房。試驗證明建筑底層房屋保溫系統(tǒng)最高、磚房次之，板房最差。

2.2.2 空調(diào)因素

基站空調(diào)對PUE值的影響主要體現(xiàn)在兩個方面：空調(diào)運行質(zhì)量和制冷溫度設(shè)定。

空調(diào)運行質(zhì)量與維護質(zhì)量和使用年限關(guān)系較大，通過對不同年限的空調(diào)掛表測試，使用5年以上的空調(diào)，其壓縮機制冷效率降低20%以上，耗電量上升20%。

空調(diào)制冷溫度的設(shè)置是否合理也是影響PUE值的重要因素，通過掛表測試，基站空調(diào)設(shè)定溫度反向偏離1℃，其能耗變化可達4%。

2.2.3 機房內(nèi)氣流組織

試驗證明機房內(nèi)設(shè)備擺放位置和空調(diào)出風(fēng)口安裝位置有很大關(guān)系，合理的氣流組織通道能提高空調(diào)的制冷效率8～12%。

2.2.4 開關(guān)電源效率

目前在網(wǎng)使用的普通高頻開關(guān)電源整流模塊的效率一般在85%～88%，新型高效整流模塊的效率達到96%以上。

2.2.5 基站直流負荷

通過掛表測試，基站直流負荷低于40 A的站點，冬季不需要開啟空調(diào)，外部環(huán)境溫度基本能抵消自身的散熱量；40～60 A站點，則需開啟一臺空調(diào)進行制冷；60 A以上的站點需開啟2臺空調(diào)。負荷在夏季也能體現(xiàn)出類似的規(guī)律。

3 PUE值標桿的模型分析

綜合以上因素，2012年山東電信選取15個典型站點進行掛表測試，空調(diào)設(shè)定冬季制冷30℃，其它季節(jié)制冷26℃，每月定時抄表，根據(jù)直流功率，計算出的各局站的PUE值如表1所示。

從測試結(jié)果來看，不同局房類型、不同負荷基站PUE值雖然存在細微差別，按照時間進度存在一定的規(guī)律，PUE值大致可分為表2所示的幾個區(qū)間。

表2 PUE值與月份的大致關(guān)系

同時通過實驗證明，合理控制影響PUE的因素，都可以有效地降低PUE值。

4 基于PUE標桿值的能耗管控思路和辦法

在實際的能耗管控中，如何確定不同類型（設(shè)備型號、建筑類型、話務(wù)或業(yè)務(wù)量）等基站的能耗的合理性，如何根據(jù)影響能耗的因素定量確定某一類型基站的能耗，是在日常能耗管理中需要解決的問題。

表1 山東電信15個典型站點的PUE值

因此基于基站主設(shè)備，利用PUE標桿管理是解決上述問題的一個很好的思路和辦法。PUE值標桿管控主要是針對基站動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)可以監(jiān)控到基站直流功耗，可以作為客觀考核的出發(fā)點和依據(jù)，這種能耗標桿的管控方式，將作為網(wǎng)絡(luò)能耗的手段，有效地指導(dǎo)細化能耗管理的顆粒度，成為能耗管控水平高低的量化工具，在能耗管理中發(fā)揮著重要的評價和考核導(dǎo)向作用。

4.1 基于PUE構(gòu)成的能耗標桿分析

基站用電標桿（kWh）＝直流耗電量＊PUE

其中：

設(shè)備耗電量＝基站直流負荷電流（A）×53.5 V×24小時／1000

PUE＝基礎(chǔ)系數(shù)＋空調(diào)系數(shù)＋房型系數(shù)＋房頂系數(shù)＋電纜系數(shù)

各個參數(shù)的參考值如下：

基礎(chǔ)系數(shù)：全網(wǎng)基站均為1；

空調(diào)系數(shù)：根據(jù)直流電流選取范圍在0.1～1.0之間，不同季節(jié)空調(diào)系數(shù)進行必要的調(diào)整；

房型系數(shù)：建筑底層房宿選0，磚混基站選0～0.1，板房基站選0.1～0.15；

房頂系數(shù)：基站房頂暴露室外的基站選0.1；其余選0；

電纜系數(shù)：基站電度表距基站電纜長度超過100米以上選0.05，其余選0。

表3是三個基站的例子。

4.2 基于統(tǒng)計值的PUE值標桿

通過4.1定義的PUE值在能耗管控的初期能取得較好的效果，但是其靜態(tài)的設(shè)計模型可能不適應(yīng)更為精細的能耗管控，因此在日常的能耗管控中，以4.1的標桿為基礎(chǔ)，更多地依靠實際發(fā)生的能耗構(gòu)成進行評估，我們引入了平均PUE值的概念，定義一個時間段（年或月）內(nèi)一定數(shù)量的基站實際發(fā)生的能耗構(gòu)成確定出的PUE，對一個本地網(wǎng)、維護區(qū)域的基站的能耗水平進行評估和考核。

表3 基于PUE的能耗管控實例

式中，PUEn是某一局房的PUE；Qn是對應(yīng)PUEn局房的設(shè)備的單位時間總電量；Pn是某一局房的電費單價；Qn是對應(yīng)PUEn局房的年總電量。

地市公司也可以結(jié)合本單位的平均PUE值對單個局站進行評估和分析，例如：可以用“TOP 10”的方法定期對PUE最高的10個站進行分析，找出原因制定解決的辦法。

4.3 基于PUE標桿的能耗管控辦法

山東電信自2011年開始利用PUE值標桿指導(dǎo)地市開展能耗的管理工作。

主要工作內(nèi)容有：

（1）依據(jù)能耗標桿指導(dǎo)地市制定年度的能耗預(yù)算；

（2）依據(jù)地市平均PUE值進行總體的評估和考核，地市進行單站劃小的PUE值分析；

（3）對高PUE值基站制定統(tǒng)一的解決辦法。

5 管控成效

山東電信自12年下半年起，啟用了劃小能耗管理系統(tǒng)，每月對地市上報的PUE值偏離TOP50的站點進行單站分析，深入查找原因。全年共計查出業(yè)主偷電186處；電工不按時段抄表、隨意估數(shù)320次，空調(diào)溫度設(shè)置不合理導(dǎo)致能耗增加279站次；施工單位違規(guī)加電265次；通過加強過程管控全年節(jié)約能耗近500萬元。

6 結(jié) 語

本文討論了對基站能耗PUE值標桿的管控思路和辦法，并運用于山東電信日常的維護和管理工作中取得了較好的效果。