能量信息化與新型5G供電技術(shù)

摘要：本文的主要研究?jī)?nèi)容是以信息化設(shè)備為研究背景，探討能量信息化和5G供電技術(shù)，首先闡述了5G技術(shù)，探究了基于能量信息化的數(shù)字化能源供電技術(shù)，基于用戶側(cè)能源互聯(lián)網(wǎng)的5G能量運(yùn)營(yíng)模式，并且提出了電源數(shù)字化以及軟件可定義的核心理念，并且在研究的過(guò)程中結(jié)合了能源互聯(lián)網(wǎng)和人工智能管控應(yīng)用，以此來(lái)提升供電能力。

關(guān)鍵詞：5G供電技術(shù);能量信息化;數(shù)字化供電

首先5G技術(shù)本身就是目前最受歡迎、最為矚目的跨時(shí)代技術(shù)，它不僅可以為很多行業(yè)提供非常豐富的容量以及運(yùn)行體驗(yàn)，5G技術(shù)的出現(xiàn)還意味著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的來(lái)臨。以5G技術(shù)為主形成的5G網(wǎng)絡(luò)本身成為了一個(gè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，也就是說(shuō)誰(shuí)掌握了5G技術(shù)，誰(shuí)就掌握了經(jīng)濟(jì)財(cái)富，這是因?yàn)?G技術(shù)對(duì)于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、行業(yè)發(fā)展都有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，其次也是我國(guó)技術(shù)能力的重要體現(xiàn)。

1 5G技術(shù)

5G技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)上的主要體現(xiàn)可以從多個(gè)角度來(lái)進(jìn)行分析，首先就是核心網(wǎng)云化技術(shù)，該技術(shù)本身可以支持5G技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)上垂直切片業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)，采用的方法就是使用軟件來(lái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)以及網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)功能進(jìn)行一個(gè)定義，在定義完成之后可以為用戶提供更加優(yōu)質(zhì)、更快的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)[1]。據(jù)我國(guó)目前的研究情況來(lái)看，5G技術(shù)技術(shù)與3G、4G技術(shù)有所不同，5G技術(shù)主要使用的就是3GHz及以上的毫米波，但是這種毫米波本身在傳播的過(guò)程中會(huì)消耗大量的信號(hào)，自然也就無(wú)法覆蓋很大的范圍，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中存在著很大的限制，基于此在應(yīng)用5G技術(shù)的過(guò)程中通過(guò)接入無(wú)線接入網(wǎng)的方式來(lái)形成組網(wǎng)，以此來(lái)建設(shè)對(duì)應(yīng)的微基站，在微基站中采用一種密集部署的方式來(lái)解決覆蓋范圍較小的問題，這樣不僅可以將空間覆蓋的范圍變得更大，還可以提升空間容量。

5G技術(shù)與現(xiàn)如今我國(guó)使用的4G技術(shù)和之前的3G、2G技術(shù)之間最大的不同就是，5G技術(shù)使用網(wǎng)云結(jié)合技術(shù)，正是因?yàn)檫@種技術(shù)的出現(xiàn)，5G技術(shù)可以將4G技術(shù)中的BBU結(jié)構(gòu)以及RRU結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的集合，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)三級(jí)結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)5G技術(shù)技術(shù)可以適用于多種部署形態(tài)的轉(zhuǎn)變以及場(chǎng)景的使用，進(jìn)而推動(dòng)5G技術(shù)的應(yīng)用范圍，具體的技術(shù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

5G技術(shù)的應(yīng)用需要得到網(wǎng)絡(luò)中心數(shù)據(jù)中心、邊緣數(shù)據(jù)中心以及霧計(jì)算節(jié)點(diǎn)、海量微基站的幫助，而且需要很多這種中心和基站，才能保證5G技術(shù)的應(yīng)用和實(shí)施。除了基站方面，5G技術(shù)形成的5G網(wǎng)絡(luò)還需要采用疊加建設(shè)的方法創(chuàng)設(shè)共享站址，在共享站址上，因?yàn)?G技術(shù)本身具備著BBU產(chǎn)品方案，所以在建設(shè)站點(diǎn)的情況下可以實(shí)現(xiàn)最簡(jiǎn)化，這種改變是與4G技術(shù)、3G技術(shù)、2G技術(shù)都有所不同的。SG技術(shù)的功能實(shí)現(xiàn)較多，自然也就需要更多的數(shù)據(jù)容量，除了數(shù)據(jù)、基站方面的需求，5G技術(shù)還需要得到電力的支持，根據(jù)5G技術(shù)的研究發(fā)展來(lái)看，5G技術(shù)站點(diǎn)運(yùn)營(yíng)的成本會(huì)更高，因?yàn)?G技術(shù)對(duì)于用電量的需求是要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于4G技術(shù)的。雖然5G技術(shù)實(shí)施起來(lái)遇到的問題各種各樣，但是5G技術(shù)的推廣和應(yīng)用勢(shì)在必行，在電力使用方面，5G技術(shù)需要申請(qǐng)更多的容量以及市電的擴(kuò)容批準(zhǔn)。

5G技術(shù)建設(shè)過(guò)程中的電源配套問題急需解決，在解決的過(guò)程中，擔(dān)負(fù)此項(xiàng)電費(fèi)開支的是移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商，在5G技術(shù)出現(xiàn)之前，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商一般使用的都是混合基站，4G技術(shù)的能源消耗都來(lái)自于混合基站，當(dāng)然還有一些使用宏基站以及微宏基站等等。但是5G技術(shù)的計(jì)算負(fù)載以及儲(chǔ)存都讓普通的基站無(wú)法承擔(dān)，單是高頻信號(hào)發(fā)射這一工作就給基站的正常使用帶來(lái)了一定的困擾。為此，我國(guó)的科研人員提出了“能量換帶寬”這一設(shè)計(jì)理念，這一設(shè)計(jì)理念可以很好的解決5G技術(shù)配電容量不足的問題以及能源消耗的問題。5G技術(shù)在未來(lái)社會(huì)的發(fā)展過(guò)程中具有廣泛的應(yīng)用，無(wú)論是智能化供電網(wǎng)絡(luò)還是智能微電網(wǎng)都需要得到5G技術(shù)的支持，這也就需要5G技術(shù)微基站供電系統(tǒng)具備定義以及數(shù)字化的能力，要求5G供電系統(tǒng)本身可以實(shí)現(xiàn)能量供給和動(dòng)態(tài)負(fù)載，并讓二者之間可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)匹配的效果。有關(guān)5G技術(shù)的相關(guān)需求請(qǐng)見圖2。

2 基于能源信息化的數(shù)字化能源供電技術(shù)

5G技術(shù)的主要特點(diǎn)就是高效，這種高效性從信息化的角度來(lái)考慮可以從兩個(gè)方向來(lái)實(shí)現(xiàn)，第一點(diǎn)就是通過(guò)計(jì)算來(lái)獲得通信負(fù)載、資源分配方面的最佳匹配方案，然后通過(guò)這種方案的實(shí)現(xiàn)來(lái)產(chǎn)生一種特殊的信號(hào)發(fā)射頻率，這種信號(hào)發(fā)射頻率具有較低的功率消耗，對(duì)于5G技術(shù)來(lái)講具有很大的幫助作用[2]。第二點(diǎn)就是需要采用目前我國(guó)比較先進(jìn)的能量虛擬化技術(shù)來(lái)聯(lián)合管控供電基礎(chǔ)設(shè)施，該設(shè)施的主要工作目的就是降低5G技術(shù)在使用期間所產(chǎn)生的能源消耗。由此可見幫助5G技術(shù)更好的在現(xiàn)實(shí)生活中進(jìn)行運(yùn)用，不用過(guò)于擔(dān)心5G技術(shù)的能源消耗問題，在建設(shè)的過(guò)程中還需要注意供電設(shè)施和信息基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)系，要注意使用系統(tǒng)集成的計(jì)算、通信以及控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)二者之間的一體化。在一體化形成之后可以有效的通過(guò)設(shè)施完成實(shí)時(shí)檢測(cè)工作、協(xié)同配合工作以及智能化管控工作，這些工作內(nèi)容都可以減少5G技術(shù)應(yīng)用期間的基礎(chǔ)設(shè)施能源消耗。傳統(tǒng)的供電系統(tǒng)缺少?gòu)哪M系統(tǒng)到數(shù)字系統(tǒng)上的轉(zhuǎn)變，無(wú)論是在能量離散化還是數(shù)字化上具有一定的局限性，無(wú)法適用于5G技術(shù)的推廣和使用，所以在5G技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中，將能量轉(zhuǎn)化成為計(jì)算資源、寬帶資源以及儲(chǔ)存資源是非常有必要的，因?yàn)檫@些資源本身可以進(jìn)行計(jì)量和計(jì)算，更加方便通過(guò)信息互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)對(duì)其進(jìn)行一個(gè)靈活的管理，以及一個(gè)更加多變的網(wǎng)絡(luò)化控制以及網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)。

3 基于用戶側(cè)能源互聯(lián)網(wǎng)的5G能量運(yùn)營(yíng)模式

5G技術(shù)的供電模式本身就存在著很多種運(yùn)營(yíng)模式，同時(shí)在能源虛擬化思想的構(gòu)建下，供電模式的研究和思考得到了更多方面的印證和支持，比如信息通信和能源產(chǎn)業(yè)之間的交叉融合、軟件定義等等。其中軟件定義智能化本身可以為SG技術(shù)提供數(shù)字化的供電系統(tǒng)支持，在當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下，供電系統(tǒng)已經(jīng)衍生出了虛擬電廠運(yùn)營(yíng)模式，通過(guò)對(duì)這種模式的分析和運(yùn)營(yíng)可以有效的提高對(duì)5G技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中的檢查和管控，保證供電系統(tǒng)以及5G技術(shù)可以更加高效、高質(zhì)量的運(yùn)營(yíng)。

3.1 提高可再生能源在ICT領(lǐng)域的滲透率

5G技術(shù)已經(jīng)成為我國(guó)社會(huì)發(fā)展乃至全世界發(fā)展的必然趨勢(shì)，5G技術(shù)勢(shì)必會(huì)覆蓋到全世界的每一個(gè)角落，為一些偏遠(yuǎn)地區(qū)提供網(wǎng)絡(luò)支持，提高我國(guó)科技的普及程度。5G技術(shù)本身還和我國(guó)的綠色能源節(jié)能減排理念相吻合，因?yàn)?G技術(shù)的能源大部分都是可再生能源，比如風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等等，這些資源屬于可再生資源，具有可持續(xù)利用的效果。5G技術(shù)在使用的過(guò)程中一定會(huì)面臨著ICT所產(chǎn)生的巨大能量消耗問題，通過(guò)使用綠色可再生能源可以很大程度上減少能源消耗問題，進(jìn)而降低5G技術(shù)節(jié)能供電所需要的電網(wǎng)容量，更進(jìn)一步的減少了經(jīng)濟(jì)支持、運(yùn)營(yíng)支出，為我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)出了很大的力量。

3.2 打造高效全直流供電體系

5G技術(shù)在供電方面的需求一般都是直流電，交流電這種供電模式本身的可靠性較差，不適用于5G技術(shù)的推廣和應(yīng)用。直流電可以讓配電模式變得更加的簡(jiǎn)單和高效，還可以為我國(guó)的電力系統(tǒng)提供更加高效率、高質(zhì)量的電能質(zhì)量，這也就意味電網(wǎng)彈性問題得到了很好的解決。無(wú)論從哪一個(gè)角度分析來(lái)看，直流供電這種供電模式相對(duì)于交流電來(lái)說(shuō)更加具有優(yōu)勢(shì)。其中比較明顯的優(yōu)勢(shì)就是從源到荷的能量轉(zhuǎn)換次數(shù)，直流電可以很好的減少轉(zhuǎn)換次數(shù)，這一能量轉(zhuǎn)換上的質(zhì)變給5G技術(shù)的應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的支持，并且給新能源的使用提供了幫助，提高了新能源的滲透率。也正是因?yàn)樵摷夹g(shù)的存在，直流智能微網(wǎng)系統(tǒng)得到了很好的建設(shè)，在直流智能微網(wǎng)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)中心園區(qū)直流微網(wǎng)以及數(shù)據(jù)中心內(nèi)部直流配電都得到了很好的發(fā)展。

3.3 支持即插即用定制化部署

現(xiàn)如今我國(guó)的5G技術(shù)還沒有得到完全的普及和應(yīng)用，我國(guó)以太網(wǎng)的即插即用模式依然很受歡迎，基于此5G技術(shù)也具有相應(yīng)的功能，5G技術(shù)所涉及到的供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)本身具有輕量化的特點(diǎn)，給即插即用功能提供了原則支持。根據(jù)我國(guó)目前的即插即用情況來(lái)看，即插即用的接口設(shè)計(jì)都具有一定的標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中直流母線設(shè)計(jì)和DC/DC轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)尤為重要。為了滿足當(dāng)前的要求和標(biāo)準(zhǔn)，5G技術(shù)也需要按照相同的通信協(xié)議來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，這一設(shè)計(jì)需要將數(shù)字電源的規(guī)格屬性進(jìn)行統(tǒng)一，并將數(shù)字電源組織成網(wǎng)絡(luò)，采取的形式類似于USB接口[3]。

3.4 支撐運(yùn)營(yíng)商在能源互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換

對(duì)于軟件定義來(lái)說(shuō)，數(shù)字電源內(nèi)部的通信協(xié)議尤為重要，5G技術(shù)也是基于此展開研究的，通信功能是5G技術(shù)中必不可少的功能之一。運(yùn)營(yíng)商可以根據(jù)這一情況建立5G虛擬電廠，在電廠運(yùn)行的過(guò)程中集成虛擬電廠碎片化資源協(xié)調(diào)以及設(shè)定對(duì)應(yīng)的管理策略，建立邊云協(xié)同的5G虛擬電廠的運(yùn)維管理。這種方式是集成整合碎片化的能源資源，這也就是說(shuō)在智能化運(yùn)營(yíng)管理過(guò)程中，數(shù)字化供電設(shè)備得到了智能化的支持，多個(gè)站點(diǎn)之間的聯(lián)合可以有效的優(yōu)化控制，支撐整個(gè)企業(yè)在發(fā)展過(guò)程中完成新舊功能的轉(zhuǎn)換，進(jìn)一步的推進(jìn)5G技術(shù)的推廣和使用。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的提高以及我國(guó)人民對(duì)于更高質(zhì)量生活的追求，5G技術(shù)的推廣和使用是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)，但是當(dāng)5G技術(shù)在給我國(guó)各行各業(yè)提供技術(shù)支持和轉(zhuǎn)化支持的過(guò)程中，供電電源在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過(guò)程中出現(xiàn)了問題。我國(guó)的科研人員需要對(duì)供電電源的數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)行深度的研究和整合，將虛擬化技術(shù)和智能化技術(shù)有效的整合起來(lái)，將虛擬的供電體系明確的體現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)5G技術(shù)應(yīng)用中來(lái)，并將能源互聯(lián)網(wǎng)和人工智能管控技術(shù)有效的結(jié)合起來(lái)，通過(guò)軟件定義的方式對(duì)5G技術(shù)進(jìn)行合理的運(yùn)營(yíng)和管理，從而實(shí)現(xiàn)5G技術(shù)的真正推廣和使用，提高我國(guó)的技術(shù)水平。

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作者簡(jiǎn)介

胡崇崇（1983一），浙江省寧海縣人。大學(xué)本科學(xué)歷，長(zhǎng)期從事無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計(jì)工作。研究方向?yàn)闊o(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。