基站分體空調(diào)智能控制系統(tǒng)及其節(jié)能應(yīng)用

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(dá)峰、碳中和目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下,國家陸續(xù)出臺(tái)了《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃(2021—2023年)》《推動(dòng)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(shí)施方案》等政策文件,積極引導(dǎo)數(shù)據(jù)中心和5G基站節(jié)能降碳?；竞哪苷紦?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%。基站空調(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(fù)責(zé),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(jìn)行聯(lián)網(wǎng)集成實(shí)現(xiàn)分體式空調(diào)集中管理,采用硬件、軟件和云平臺(tái)結(jié)合,適用于分體空調(diào)多種應(yīng)用場景,集運(yùn)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(jì)思路是基于物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù),采用“端”+“云”的架構(gòu),硬件、軟件和云平臺(tái)結(jié)合,即空調(diào)智能控制器將終端檢測的各項(xiàng)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(tái),云平臺(tái)根據(jù)終端運(yùn)行參數(shù)實(shí)現(xiàn)空調(diào)的狀態(tài)監(jiān)控、用電計(jì)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(xué)習(xí)算法對空調(diào)進(jìn)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(jìn)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?？照{(diào)智能控制器與空調(diào)智慧云之間通過EtherNet/GPRS/5G進(jìn)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(yīng),通過紅外信號(hào)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(hào)的空調(diào)?？照{(diào)智能控制器原理設(shè)計(jì)圖如圖2所示,由圖可知,控制器內(nèi)置紅外信號(hào)傳感器、光感傳感器、電力計(jì)量芯片、溫度傳感器,各項(xiàng)參數(shù)上傳云平臺(tái),并根據(jù)云平臺(tái)下發(fā)的控制策略優(yōu)化調(diào)節(jié)基站空調(diào)運(yùn)行。平臺(tái)操作界面如圖3所示,用戶也可以通過圖3所示的平臺(tái)操作界面調(diào)節(jié)基站空調(diào)運(yùn)行。

圖2 空調(diào)智能控制器原理設(shè)計(jì)圖

圖3 平臺(tái)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(hào)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(shí)現(xiàn)對測溫點(diǎn)的精準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)對測溫點(diǎn)的精準(zhǔn)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(jì)

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(tái),可實(shí)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(yùn)行監(jiān)控:包括運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制、節(jié)能優(yōu)化控制等;② 能耗分析:包括用電統(tǒng)計(jì)、同比分析、PUE分析等;③ 維修管理:包括故障診斷報(bào)警、維修工單管理、維修結(jié)果確認(rèn)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(jī)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(shí)現(xiàn)空調(diào)的節(jié)能控制:

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

(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(shí)時(shí)溫/濕度、歷史氣象數(shù)據(jù)、空調(diào)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù),利用AI算法進(jìn)行實(shí)時(shí)負(fù)荷預(yù)測,優(yōu)化調(diào)節(jié)空調(diào)運(yùn)行工況,降低空調(diào)的能耗。

(3) 根據(jù)模型預(yù)測的實(shí)時(shí)負(fù)荷,結(jié)合故障診斷結(jié)果,利用空調(diào)健康度和實(shí)際能效評估,用AI算法動(dòng)態(tài)選擇最優(yōu)的空調(diào)組合進(jìn)行運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)空調(diào)的智能群控,在降低空調(diào)能耗的同時(shí),確?？照{(diào)系統(tǒng)整體的運(yùn)行可靠性。

2 實(shí)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(tái)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(shí)現(xiàn)了分體空調(diào)智能化控制。為了驗(yàn)證智能控制達(dá)到的節(jié)能效果,開啟循環(huán)節(jié)能認(rèn)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(shí)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(jì)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(dá)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(shí)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(yùn)前相比,項(xiàng)目單位的用能管理、運(yùn)維決策、用電安全得到顯著提升。