基于通信负荷量的通信基站供电电压控制节能系统及方法与流程

本发明涉及通信基站控制系统领域，具体是一种基于通信负荷量的通信基站供电电压控制节能系统及方法。

背景技术：

1、随着4g/5g网络规模的不断发展，耗电量也不断增加。在整个移动通信网络中，基站耗电量占了大约70％。因此基站的节能节电措施，能有效促进电信运营商实现降本增效，同时也是电网助力我国实现双碳目标的重要一环。

2、各设备厂家也无线通信网络的节能技术和解决方案上也开展了许多研究，目前针对4g/5g基站节能的主要应对举措包括：硬件节能和软件节能。主要通过提升工艺、优化电路和优化机房配套设施等来实现硬件节能，通过在基站开关控制、基站实时负荷情况、合理休眠、关闭部分数据通道等方面来实现软件节能。

3、硬件节能技术主要包括两个方面：1、基站主设备硬件节能：通过采用更高级的芯片工艺、更高集成度的功能芯片、更高效率的电路优化室内基带处理单元(bbu)和有元天线单元(aau)硬件设备，极大地降低5g-nr基站功耗，简化硬件架构。此外，基站共建、机房共建也是降低功耗有效的措施。2、基站机房配套设备节能：目前基站配套节能产品种类繁多，厂商数量颇多，主要分为新能源、智能通风、节能空调、电池保温箱、一体化机房和dcs技术被动式节能七类基站配套节能技术。

4、软件节能技术主要包括两个方面：1、关断技术：基于基站的负载情况，动态休眠或者关闭部分子模块能够有效地减少基站功耗。对单基站来说，这种技术的效果并不明显，但对于庞大的基站总量以及长远的时间周期来说，关断技术节能减耗的效果非常明显。关断技术研究主要包括：基于用户量的整体休眠技术、基于应用场景的开关技术、基于业务类型的载波关断技术、通道和时隙休眠等技术。2、流程控制技术：在新技术应用方面，流程控制技术可以简化通信流程，减少数据传输，有效降低基站设备功耗。

5、上述的节能技术都是在接入市电的情况下来执行的，并没有考虑许多通信负荷在额定电压下的功率最小，耗能最小，同时也没有很好的利用储能来进一步降低成本。经过时间证明，这样的供电方式无法更好地满足低碳环境下的要求。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于通信负荷量的通信基站供电电压控制节能系统及方法，以解决现有技术4g/5g通信基站节能技术存在的无法满足节能低碳要求的问题。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

3、基于通信负荷量的通信基站供电电压控制节能系统，包括云平台、储能电池、线路切换单元、电压控制单元，市电电网通过电压控制单元分别与储能电池、通信基站中天线的电输入端连接，且储能电池电输出端通过电压控制单元与通信基站中天线的电输入端连接，由电压控制单元控制市电电网向储能电池、天线输出的电压，以及控制储能电池向天线输出的电压；所述线路切换单元用于控制市电电网与储能电池之间线路通断，以及市电电网与天线之间线路通断，以及储能电池与天线之间线路通断；所述云平台与通信基站中控制系统通信连接，通信基站中控制系统与所述线路切换单元、电压控制单元控制连接，所述云平台通过控制系统获取通信基站负荷数据、天线负荷典型功率数据，并由云平台基于负荷量数据生成控制指令并传输至通信基站的控制系统，所述通信基站的控制系统基于控制指令控制线路切换单元、电压控制单元工作。

4、进一步的，所述电压控制单元包括变流器，所述通信基站中的控制系统与变流器控制电连接，所述市电电网通过变流器分别与储能电池、通信基站中天线的电输入端连接，且储能电池电输出端通过变流器分别与通信基站中天线的电输入端连接；所述线路切换单元包括接入市电电网与储能电池之间线路的断路器、接入市电电网与天线之间线路的断路器、接入储能电池与天线之间线路的断路器，所述通信基站中的控制系统还分别与各个断路器控制电连接；由通信基站中的控制系统控制各个断路器通断以实现线路切换，并由通信基站中的控制系统控制变流器工作使相应线路中的电压变化。

5、一种上述通信基站供电电压控制节能系统的控制节能方法，包括以下步骤：

6、步骤1、所述云平台通过控制系统获取通信基站负荷数据、天线负荷典型功率数据，由云平台基于通信基站负荷数据得到设定时间周期内通信基站负荷平均利用率由高变低值并趋于稳定的第一低值时间拐点，以及通信基站负荷平均利用率由趋于稳定的低值变高的第二低值时间拐点，并由云平台基于天线负荷典型功率数据得到功率消耗最低时天线最优供电电压；

7、步骤2、所述云平台将步骤1得到的第一低值时间拐点、第二低值时间拐点和天线最优供电电压传输至通信基站的控制系统；

8、步骤3、所述通信基站控制系统在第一低值时间拐点之后直至第二低值时间拐点之间的时间段内，控制线路切换单元使市电电网与天线之间、市电电网与储能电池之间导通，并控制电压控制单元将市电电网的电压转换为储能电池的充电电压，由市电电网以储能电池的充电电压向天线供电，以及向储能电池充电；

9、所述通信基站控制系统在第二低值时间拐点之后直至第一低值时间拐点之间的时间段内，控制线路切换单元使市电电网与天线之间断开、储能电池与天线之间导通，并控制电压控制单元将市电电网的电压转换为步骤1得到的天线最优供电电压，由储能电池以天线最优供电电压向天线供电。

10、进一步的步骤1中，云平台对获取的数据进行数据抽取得到样本数据，并从样本数据中定位缺失值和异常值，然后根据样本数据定位情况得到获取的整个数据的缺失值和异常值，并由云平台采用替换法对获取的数据中的缺失值和异常值进行数据清洗。

11、进一步的步骤1中，云平台基于天线负荷典型功率数据，采用分段功率采样拟合方法，建立不同供电电压范围时的天线功率特性模型，并根据建立的天线功率特性模型确定功率消耗最低时天线最优供电电压。

12、进一步的步骤1中，云平台基于通信基站负荷数据结合实验测量得到的无线利用率，建立通信基站功耗模型，然后基于通讯基站功耗模型得到设定时间周期内通信基站负荷平均利用率曲线，最后根据通信基站负荷平均利用率曲线确定第一低值时间拐点、第二低值时间拐点。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

14、本发明通过加入储能电池，并对供电电压进行控制，在负荷平均利用率低的时段将供电电压调至储能电池所需要的电压，由市电对储能电池和负载进行供电；在负荷平均利用率高的时段，将市电开关断开，储能电池的供电电压调至天线最优供电电压范围，并对4g/5g天线供电，以此实现通信基站的低碳节能运行，同时也降低了运营成本。

技术特征：

1.基于通信负荷量的通信基站供电电压控制节能系统，其特征在于，包括云平台、储能电池、线路切换单元、电压控制单元，市电电网通过电压控制单元分别与储能电池、通信基站中天线的电输入端连接，且储能电池电输出端通过电压控制单元与通信基站中天线的电输入端连接，由电压控制单元控制市电电网向储能电池、天线输出的电压，以及控制储能电池向天线输出的电压；所述线路切换单元用于控制市电电网与储能电池之间线路通断，以及市电电网与天线之间线路通断，以及储能电池与天线之间线路通断；所述云平台与通信基站中控制系统通信连接，通信基站中控制系统与所述线路切换单元、电压控制单元控制连接，所述云平台通过控制系统获取通信基站负荷数据、天线负荷典型功率数据，并由云平台基于负荷量数据生成控制指令并传输至通信基站的控制系统，所述通信基站的控制系统基于控制指令控制线路切换单元、电压控制单元工作。

2.根据权利要求1所述的基于通信负荷量的通信基站供电电压控制节能系统，其特征在于，所述电压控制单元包括变流器，所述通信基站中的控制系统与变流器控制电连接，所述市电电网通过变流器分别与储能电池、通信基站中天线的电输入端连接，且储能电池电输出端通过变流器分别与通信基站中天线的电输入端连接；所述线路切换单元包括接入市电电网与储能电池之间线路的断路器、接入市电电网与天线之间线路的断路器、接入储能电池与天线之间线路的断路器，所述通信基站中的控制系统还分别与各个断路器控制电连接；由通信基站中的控制系统控制各个断路器通断以实现线路切换，并由通信基站中的控制系统控制变流器工作使相应线路中的电压变化。

3.一种如权利要求1、2中任意一项所述通信基站供电电压控制节能系统的控制节能方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的控制节能方法，其特征在于，步骤1中，云平台对获取的数据进行数据抽取得到样本数据，并从样本数据中定位缺失值和异常值，然后根据样本数据定位情况得到获取的整个数据的缺失值和异常值，并由云平台采用替换法对获取的数据中的缺失值和异常值进行数据清洗。

5.根据权利要求3所述的控制节能方法，其特征在于，步骤1中，云平台基于天线负荷典型功率数据，采用分段功率采样拟合方法，建立不同供电电压范围时的天线功率特性模型，并根据建立的天线功率特性模型确定功率消耗最低时天线最优供电电压。

6.根据权利要求3所述的控制节能方法，其特征在于，步骤1中，云平台基于通信基站负荷数据结合实验测量得到的无线利用率，建立通信基站功耗模型，然后基于通讯基站功耗模型得到设定时间周期内通信基站负荷平均利用率曲线，最后根据通信基站负荷平均利用率曲线确定第一低值时间拐点、第二低值时间拐点。

技术总结
本发明公开了一种基于通信负荷量的通信基站供电电压控制节能系统及方法。系统包括云平台、储能电池、线路切换单元、电压控制单元，市电电网通过电压控制单元分别向储能电池、通信基站中天线供电，且储能电池电输出端通过电压控制单元向天线供电；线路切换单元用于控制线路通断；云平台与通信基站中控制系统通信连接，通信基站中控制系统与所述线路切换单元、电压控制单元控制连接。方法中云平台通过控制系统获取通信基站负荷数据、天线负荷典型功率数据，由云平台进行计算并将计算结果传输至控制系统，控制系统基于计算结果控制线路切换单元、电压控制单元工作。本发明可实现通信基站的低碳节能运行，同时也降低了运营成本。

技术研发人员：李一波,李亚辉,尹继伟,杨毅,葛艳秋,解大,吴洋
受保护的技术使用者：安徽智储新能源科技发展有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14