智能用電監測管理平臺的研究及應用

［蔡建開 藍郁峰］

1 引言

眾所周知，現階段通信網絡的能耗成本（主要是電費），占運營商網絡維護成本（OPEX）的比例，大約是20%以上。中國電信能耗管控存在各種原因，導致管理難度較大，具體如下：

（1）通信網絡節能減排是一項國家高度重視的工作。作為通信大國，我國每年通信行業消耗的能源非常巨大。特別是近幾年中國通信事業的飛速發展，使通信行業能耗成本不斷增加。因此，響應國家關于建設節約型社會的號召，在通信網絡運營生產工作中大力加強節能降耗，是當前通信運營商的一項重要工作。

（2）能耗報賬系統不能及時、準確反映出各類用戶能耗實時情況。目前，由于能耗數據眾多繁雜，能耗報帳系統的數據錄入不規范，電費抄表時間無法統一，能耗費用錄入憑證來源多樣，統計數據滯后，現有能耗系統的數據不能及時反映各單位實時能耗情況，給能耗管理帶來一定困難。

（3）在通信行業節能減排體系中，能效測試及節能評估是一個比較重要的環節，另外運營階段中機房環境管理及節能分級與評估也是整個體系中的重要內容。節能項目的效果評估，需要一套能耗實時監測系統。

因此有必要建立一套能耗管理系統，對節能減排工作做到精細化管理，實現站點能耗核對、能效分級、能耗推算、節能新技術驗證推廣等要求。

2 功能需求

總體而言，結合了分公司的具體情況，對該系統提出了如下需求：

（1）ABC 類機樓（母局）：按照監測的需求，對機房、辦公、營業、外單位等用電負荷加裝智能電表，統一收集數據。物聯網智能電表主要應用于計量低壓網絡三相有功電能，具有RS485 通訊、NB 通訊等通訊功能，方便用戶進行用電監測、集抄和管理。利用原有的25 套智能電表，通過3G 網絡上傳能耗數據。

（2）D 類機房（綜合接入點）：提取90 個接入機房現有的用電監測數據，對另外200 間接入機房加裝智能電表，分別對通信電源、機房空調、外單位以及其他雜項用電進行監測，通過物聯網卡進行數據上傳，由能耗實時監測管理系統集中分析管理。

（3）IDC 機房：對UPS 設備、空調設備的能耗分別進行監測、統計，實現能耗同比、環比和PUE 值的分析。

（4）其他：為節約系統建設成本，對FTTB 機柜、機箱等數量多、用電量較小的站點，以營服中心為單位，結合站點實際情況，參照歷史信息將電量數據打包錄入系統，預計此部分能耗占分公司總能耗的20%以下。

3 項目研制思路

如圖1 所示，系統建設按照整體化設計、分階段實施的思路對系統進行建設。

圖1 項目研制思路圖

項目建設的主要階段如下：

（1）基礎支撐平臺的建設

通過基礎平臺的建設，實現動力系統管理的信息化。建設過程中，以自動化數據采集為重點，在此基礎上，再逐步將基礎信息建設擴大到整個動力管理領域，為后續的各種應用的建設提供有力的保障。

通過建立完善的動力信息化系統，摸清楚企業用電情況。解決由于企業管理上的漏洞，而帶來不必要的用電費用支出。

（2）量化管理平臺建設

在基礎信息完備的基礎上，通過建立科學、合理、完備的數學模型，對用電情況進行量化，達到能耗使用可預見的目的。同時，通過變更跟蹤管理，及時發現運維過程中可能存在的問題。

（3）能效分析平臺以及知識庫建設

在歷史數據的基礎上，通過引入業務數據以及各種分析模型和方法，做好面向綜合樓、機房、基站、辦公、主設備、空調等主題的能效分析。及時發現能效過低的地方并且提煉出有價值的信息以形成知識而用以指導基站的設計和運維。

在能效分析基礎上，通過專題分析梳理能效比較低的一些設備、基站等等，發現導致能效過低的原因并進行改造。

（4）標準化過程管理建設

管理是節能工作的重要內容。從粗放型的能源管理走向精細化管理，是節能最為經濟有效的辦法。普遍的經驗是實施管理節能能夠節約10%以上。其關鍵是管理節能的現代化工具—能效量化管理平臺和能耗績效考核制度。

根據分公司的整體需求和建設思路，計劃項目分二期建設：第一期完成能耗實時監測系統的搭建，完成32個ABC 類機樓總負載和重要負載的實時監測，同時對東區目標局、火炬區目標局、西區IDC 機房的UPS 電源、空調實現監測；利用服務器原始數據，開發微信APP，下掛到XX 市電信微信公眾號，實現隨時隨地對能耗數據的查詢；第二期完成300 間D 類接入機房能耗實時監測建設。

4 系統介紹

4.1 組網

系統組網拓撲圖詳見圖2 所示。

圖2 智能用電監測平臺組網拓撲圖

4.2 技術標準

（1）GA/T75-94《安全防范工程程序與要求》

（2）YD 5039-2009《通信工程建設環境保護技術暫行規定》

（3）YD T 1363.1-2005《通信局（站）電源、空調及環境集中監控管理系統第1 部分：系統技術要求》

（4）GBT22239—2008 信息系統安全等級保護基本要求

4.3 主要功能

（1）基礎數據支撐：由數據自動采集服務器及其配套軟件、網絡、部署在機房的智能電表等組成，服務器通過無線或有線網絡定時或定制自動采集能耗數據，并儲存在服務器數據庫中。

（2）能效分析：由數據庫及分析軟件組成，在歷史數據的基礎上，通過引入業務數據以及各種分析模型和方法，實現面向綜合樓、機房、基站、辦公、主設備、空調等主題的能效分析。及時發現能效過低的地方并且提煉出有價值的信息以形成知識而用以指導機站的設計和運維。

（3）PC 端能耗門戶：基于支撐平臺和分析平臺，具備能耗實時監測、統計、分析、報表、預警、告警、提示和人工錄入能耗數值等功能。

（4）微信端能耗門戶：利用數據庫，增加微信端的能耗查詢、展示、預警、告警等功能。

5 解決關鍵技術的具體措施和技術方案

5.1 能耗計量

能耗計量的關鍵在于自動化。能耗計量按照計量手段可分為以下三種。

5.1.1 直接計量（精采集）

（1）按監測的最小顆粒度直接掛表計量。

（2）關鍵點：電表的計量認證；遠程通信接口。

（3）優點：準確度、精確度最高，缺點：投資大、造價高。

（4）適用范圍：通信機房、IDC 機房、辦公大樓等。

5.1.2 拆分計量（粗采集）

（1）通過一定拆分原則對直接計量的總電量進行拆分。

（2）關鍵點：拆分原則的確定（電流/面積/業務；動態/固定）。

（3）優點：投資較省，準確度較高；缺點：拆分誤差，難以監測異常。

（4）適用范圍：以業務維度為統計口徑的計量值。

5.1.3 抽樣計量（粗采集）

（1）抽取一定數量典型樣本，通過對樣本的直接計量推算全局能耗。

（2）關鍵點：模型的建立，樣本的抽選。

（3）優點：投資省，見效快；缺點：難以兼顧到千差萬別的特殊情況。

（4）適用范圍：適用于相對標準化程度較高的基站、室外機柜等。

抽樣原則：

（1）機房類型：彩鋼房、磚混結構（屋頂暴露）、磚混結構（屋頂不暴露即在中間樓層）

（2）機房面積：大（＞24 m2）、中（15-24 m2）、小（＜15 m2）

（3）設備用電量：大（＞25 A）、中（10-25 A）、小（＜10 A）

（4）其他因素：兼顧站型（載扇配置）、業務量等。

監測顆粒度：

（1）基站總用電量；

（2）開關電源、空調、照明和插座等交流負載用電量；

（3）基站設備、傳輸設備以及共建共享他方設備等直流負載用電量。

如表1 所示，根據上述原則對不同局站類型的能耗計量提出了以下指導建議：

表1 不同局站能耗計量建議

5.2 能耗統計

能耗精確化統計的目標如下：

（1）準確性是最基本要求，數據必須具備的唯一性；

（2）科學性指能耗分類、細化顆粒度、拆分合并或轉換的科學合理；

（3）共享性指統計數據能夠為各類相關分析所用。

5.3 能耗分析

能耗分析是在統計基礎上的提升應用，其結果應能滿足以下要求：

（1）能掌握能耗發生和發展的規律，為決策層提供科學、準確的決策依據。有利于客觀公正的評價考核體系的執行，促進節能減排工作理性、良性、持續性開展；

（2）有利于提升節能減排精確化管理水平;

（3）有利于客觀評估節能減排效果，為各種節能措施的實際節能效果的測試、評估提供準確數據；

（4）有利于有針對性地選擇節能措施、制訂方案與制度、配置資源；

（5）有利于及時發現能耗管理中的漏洞，并采取措施，為企業挽回損失（如漏水、偷電等）。

5.4 與其他相關系統互聯

（1）與現有財務報賬系統的互聯：財務系統以報賬事件為能耗發生的判斷依據，能耗統計監測系統以實際能耗發生為判斷依據。兩套系統之間的數據可互相比對，促進精確化管理。

（2）與資源管理系統的互聯：資源管理系統中耗能單元的變化情況應及時反映到本系統中，尤其針對抽樣計量的部分，節點的變化將影響全局數據的準確性。

5.5 關鍵問題與改進

問題一：通過3G 方式上傳數據的電表無法將數據傳輸至內網。

解決方法：打通內外網數據傳輸

問題二：平臺報表響應較慢。

解決方法：更新控件，并替換新式報表解決。

問題三：平臺上個別電表數據異常，

解決方法：核對后發現低端電表實際安裝信息與安裝表不符合，核準實際信息后，電表數據無誤。

問題四：電表掉線后再上線會導致數據顯示有部分特別突出問題

解決方法：設置后臺運行調度工具每10 分鐘進行一次電量核準計算，使數據更準確。

問題五：告警提示過于頻繁。

解決方法：對于那些只出現一小段時間的告警，采用延時告警的方式解決。

6 系統應用

經測試合格后，從2018 年12 月起，本系統在該分公司A、B、C 類局站/機房正式投入使用。

6.1 具體應用范圍

（1）能耗監測實時判斷：監測電表故障、傳輸網絡故障的實施推送，及時提醒供電缺相或電流異常等故障。

（2）直購電交易電量預測評估：直購電交易中要求比較準確預估電量。平臺的月度能耗預算值準確性較高，結合交易站點的電量升降趨勢，作為次月直購電交易電量上報值。

（3）電費合理性核對：依據收集的電量數據，與供電局提供的電費數據進行比對，分析電費的合理性；同時根據發電機發的電量，結合燃油補給數據，計算發電機油耗。

（4）能耗精細化管理示范：利用平臺實現32 個機樓能耗精細化管理，定期自動導出機樓能耗分析報表，及時掌握機樓能耗動態變化情況，針對異常用電情況，建立核查閉環處理機制。

（5）能耗劃小數據支撐：平臺可根據歷史電量數據，計算出機樓年度和月能耗預算值，作為能耗劃小數據重要參考依據。基于平臺數據，實現縣分、營服、機樓的能耗劃小。

6.2 對分公司發展的意義

能耗綜合管理系統的主要作用不只是為了節能減排服務，做為一個管理軟件，它是為企業管理提供科學的決策依據和數據支持。管理系統通過實時的數據收集、統計、分析、預測等科學手段對能源使用的各環節和能耗設備的狀況進行有效的控制和管理，指導和提升企業管理人員的能源管理水平。

能耗綜合管理系統建設增強了生產管理水平，加強了能耗設備的運行狀況監測，提高了設備利用率和生命周期，可以有效地降低單位生產能耗，提高企業利潤水平。在近兩年的節能改造項目中，本系統起到明顯的效果測試作用，在退網、清查電費、機房氣流組織改造等方面，累計為企業節省了電量319.5 萬度，節省電費約201.3 萬元。

7 結語

新開發的智能用電監測管理平臺為用戶提供了較為完善的用電監測管理解決方案，可以實現對ABC 類局站/機房用電的管理。通過現代化通信技術和計算機技術，實現了對用電數據的各項分析和管理功能，提高了用電數據的管理效率，幫助用戶實現節能降耗的目標，從而為用戶創造更多的價值。該系統在智能建筑、醫療等行業將有廣闊的發展前景。

下一步計劃和設想，將系統覆蓋范圍擴大到D 類局站/機房，讓系統掌握本地網80%以上的用電數據。系統功能拓展方面，主要實現定向推送功能，及時向指定用戶推送電量預警、系統故障等關鍵信息。

條件成熟時可以向其他分公司推薦，為企業發揮更大的效能。