通信站點能源運營平臺開發與應用探析

何照東

關鍵詞：通信站點；能源運行；碳達峰；碳中和；信息系統

0 前言

“碳達峰、碳中和”是我國的重要戰略目標。2022 年8月，工信部等七部委聯合發布的《信息通信行業綠色低碳發展行動計劃（2022—2025年）》，進一步闡明了“全面系統提高信息通信行業綠色低碳發展質量，助推經濟社會發展全面綠色轉型，助力實現碳達峰、碳中和”的目標。與此同時，當前通信站點能源運營面臨以下不足：

1） 通信站點耗電量及碳排放隨網絡規模增大而大幅提升，運營商節能降費壓力大。

2） 同一站點內源、荷和儲缺乏協同，各自為戰，難以兼顧運營安全與效益最大化，從而導致通信站點的能源運營效益未得到有效開發。

3） 通信行業的源荷儲與電力行業的電網及微網缺少統籌與協同，雙方優勢互補的潛力未得到有效挖掘。

為解決通信站點能源運營問題[1-2]，急需一套能源運營平臺，通過全面推廣應用，從而助力“碳達峰、碳中和”國家戰略目標[3]。

1 平臺需求分析

平臺需要實現網絡能源輕資產和數智化運營，在保障用戶感知和網絡質量前提下，實現對內最大節能降費，對外最優增值服務，主要需求包括：

1） 構建能源運營平臺，實現站點數智化管控[4]，為能源運營模式轉型與效能提升提供核心支撐。

2） 推進分布式直流光伏系統在通信站點場景的技術升級與規模化應用，提升綠電用能占比，促進節能降費，優化“雙碳”指標。

3） 建設分布式虛擬電廠集群，發揮自有資源優勢參與電網需求響應，從單向供給向雙向協同轉變，打造通信運營商、合同能源管理服務商和電力公司三贏局面。

2 平臺架構和功能

平臺建立與源網荷儲基礎設施的接口互聯互通，實現各類源荷儲運行預測服務、荷荷聯動服務、源荷儲統籌調度服務、電池儲備一體計算模型服務和光儲調度電壓控制服務，以及虛擬電表和電量稽核模型等后臺核心服務，對上層應用提供共享訪問能力。

平臺主要包括能源統籌管理、虛擬電廠及合同能源管理等三大上層應用。能源統籌管理主要包括對光伏、儲能、基站、傳輸、空調節能管理、荷荷聯動管理、源荷儲統籌調度管理、源荷儲節能評估以及能源駕駛艙。虛擬電廠包括需求響應管理、響應運行監控、交易管理、響應效果評估等功能，以及源荷儲資源聚合、需求響應雙保調度等支撐功能。合同能源管理主要包括合同管理、電價管理、考核管理、驗收管理功能，以及電表管理、稽核管理等支撐功能。能源運營平臺主要包括后臺核心服務，以及站點能源管理、虛擬電廠及合同能源管理三大應用。

2.1 核心服務

平臺建立與源網荷儲基礎設施的接口互聯互通，并實現以下11類服務：

1） 光伏發電預測服務。基于歷史大數據及天氣預報，預測光伏發電走勢。

2） 儲能系統備電時長預測服務。基于5類智能計算技術，實現SOH、SOC 和備電時長等關鍵參數預測。

3） 基站負荷預測服務。基于基站歷史大數據進行負荷特征辨識和預測。

4） 傳輸負荷預測服務。基于傳輸歷史大數據進行負荷特征辨識和預測。

5） 空調溫控區間預測服務。基于空調歷史大數據及天氣預報進行溫控區間趨勢變化分析與預測。

6） 荷荷聯動服務。統籌基站負荷、傳輸負荷和空調負荷，形成統一的站點負荷；以負荷之間流量承載及關聯關系構建計算模型，得到最佳負荷節能策略。

7） 源荷儲統籌調度服務。統籌站點光伏、負荷、儲能，基于光伏發電時長、站點負荷變化，結合峰谷電價調整儲能充放電策略，實現能源效益最大化調度。

8） 電池儲備一體計算模型服務。實現安全與效益兼顧的最優放電深度平衡點計算。

9） 光儲調度電壓控制服務。基于開關電源實現儲能充放電、光伏發電、開關電源供電的動態切換。

10） 虛擬電表服務。基于多維度大數據實現數字仿真電量計量，打造7類虛擬電表，支撐合同能源管理電量稽核。

11） 電量稽核模型服務。構建5類稽核模型，對光伏、儲能、基站節能等合同能源管理計量分成場景提供數據校核服務，并支持內部審計。

2.2 站點能源管理

站點能源管理實現對通信站點源荷儲資源的統籌管理、調度、運行監視與效果評估，在保證通信質量、備電安全與供冷安全的基礎上，通過數智化手段，促進能源基礎設施運營效益的最大化。主要包括：

1） 實現對站點各類能源節能減費運行的管理，包括基站節能管理、傳輸節能管理、光伏節能管理、儲能節能管理和空調節能管理功能，支持對相關資源的信息查詢、調度方案下發執行、運行參數查詢統計和節能效果統計。

2） 實現荷荷聯動管理，建立基站、傳輸和空調等三類負荷的關聯性管理，實現統一站點負荷計算與管理和三類負荷聯動調度策略管理。

3） 實現源荷儲統籌調度管理，建立站點光伏、負荷和儲能的數據分析模型，管理統籌調度策略審批和下發和執行情況。

4） 基于能源運行大數據分析，實現源荷儲節能效果評估，以圖表曲線結合光伏發電曲線、儲能充放電曲線、峰谷電價曲線、收益曲線和各地市/設備同比環比等，分析評估統籌節能效果。

5） 基于可視化技術，實現能源駕駛艙，便于直觀和清晰查看浙江移動源荷儲資源分布情況和運行情況和收益情況。

2.3 虛擬電廠

虛擬電廠主要實現通信側源荷儲資源聚合[5]，參與電網側需求響應。主要功能包括6部分：

1） 需求響應管理，對接國網數科電網互動平臺，獲取需求邀約，組織資源聚合，上報響應能力，跟蹤需求響應執行過程，評估最終結果，從而對需求響應前、響應中和響應后3個階段實現全程閉環管控。

2） 響應運行監控，以圖表界面對每個參與需求響應的站點運行狀態，包括功率、電量以及光伏、儲能、空調和油機運行狀態進行監控。

3） 交易管理，基于需求響應運行結果，對接獲取收益數據，并與合同能源管理功能打通，進行合作伙伴分成管理。

4） 響應效果評估，基于響應負荷實際監測結果及站點通信質量、備電安全、溫度等數據，對風險資源站點退出響應損失、響應負荷動態上浮收益進行統計分析，對各站點參與響應的效果和效益進行分析。

5） 源荷儲資源聚合，實現站點內光伏、儲能、空調和油機資源聚合管理；實現地市內站點資源的進一步聚合，形成分布式虛擬電廠集群。當需求響應邀約到來，根據邀約時段分析評估站點基線負荷特征，預測站點能力，并優選目標站點參與需求響應。

6） 需求響應雙保調度，在需求響應期間，采用梯次優選調度策略進行負荷壓降。持續監測站點運行，采用雙保調度策略，對高風險站點啟動退出響應策略，對低風險站點啟動負荷上浮優選策略，兼顧安全可保障及效益最大化。

2.4 合同能源管理

合同能源管理主要包括電價管理、合同管理、考核管理和驗收管理功能，以及電表管理和稽核管理等支撐功能等，具體包括：

1） 電價管理，同步直供電代理電價、轉供電價、兜底電價和電力市場化交易電價，建立專屬能源電價庫。

2） 合同管理，實現合同數據臺賬管理，自動關聯能源合同分成比例，節電效益自動生成，分成與結算信息線上審批。

3） 考核管理，實現能源服務質量線上評分及雙向確認。

4） 驗收管理，實現驗收流程線上閉環管理，驗收后對接財務報賬系統啟動分成結算工作。

5） 電表管理，實現電表信息基礎管理，實體電表計量數據、虛擬電表計量數據的集中存儲訪問與統計報表。

6） 稽核管理，實現電量計量數據稽核，呈現自動稽核結果并提供統計報表。

3 業務流程

3.1 基于設備智能升級與站點負荷統籌節能策略，實現“荷-荷”聯動的數智化節能

基于對通信站點負荷統籌管理的需要，首先對站點現場的基站主設備、傳輸設備、空調設備、FSU四類設備進行總計9大項的智能升級并將其與能源運營平臺相連接，以使各類設備相關數據實現互聯互通和節能控制，滿足通信站點負荷節能運營的數字化、智能化和系統化管理需求。在此基礎上，站點負荷統籌節能首先以話務量預測為導向，進行基站主設備節能；隨后以基站無線流量為基準，傳輸設備負載率波動數據為補充，調整傳輸帶寬和設備響應；最后以基站和傳輸設備的負荷為主導，空調制冷量與機房熱負荷相匹配為目標，控制空調溫度和運行狀態，最終在對基站設備、傳輸設備、空調三者負荷智慧控制聯動的基礎上，形成了“荷- 荷”聯動的最優節能策略，并通過統籌編排與下發動環指令實現了“荷-荷”聯動下的最優數智化節能。

3.2 通信站點光伏、負荷、儲能有序協同，實現源荷儲統籌節能

以通信站點“荷-荷”聯動為前提，基于業務及節能策略的主設備負荷變化趨勢預測技術、天氣預報與站點關聯度的光伏發電功率預測技術，來獲取“主設備負荷-光伏發電”的變化趨勢預測值，結合短期DoD 與收益和長期循環壽命的對抗博弈得到動態最優放電深度平衡點、電池備電時長預測值、尖峰谷和需求響應電價策略，來反饋修正結果，針對全時段光伏消納情況及無光場景形成完備的源荷儲統籌調度技術。隨后以開關電源為核心樞紐，實時跟蹤光伏、儲能、電源信息，不斷調整開關電源輸出電壓，實現光伏發電、儲能充放電、開關電源供電三者間的動態轉換，完成光儲調度電壓控制技術；以最優DoD、安全備電最小SoC、電池循環次數、長短期效益博弈，尋找最優放電深度平衡點，搭建電池儲備一體計算模型。最終以源荷儲統籌調度技術為核心，以光儲調度電壓控制技術、電池儲備一體計算模型為兩大基礎，兼顧經濟性與安全性，執行源荷儲一體化統籌調度。

3.3 攜手國網數科，實現通信側虛擬電廠參與電網側需求響應

能源運營平臺通過聚合通信運營商分布式直流光伏、油機、空調負荷和儲能系統資源打造虛擬電廠，并集成國網數科公司電網互動平臺建立與國網浙江公司需求響應平臺的連接，實現三階段全閉環需求響應管理。

1） 需求響應前

當國網浙江公司預測電力供應緊張，需要開展削峰需求響應，則經過能源局評審后在需求響應平臺發布日前邀約。該邀約通過國網數科互動平臺推送到浙江移動能源運營平臺虛擬電廠應用。能源運營平臺聚合各站點源荷儲資源，通過對各通信站點可調負荷的歷史運行大數據分析計算，得到站點基線負荷特征辨識結果，并結合光伏發電預測、站點負荷預測、溫度區間預測及儲能充放電能力預測，優選參與需求響應的站點。確定站點范圍后，系統將參與需求響應的基站戶號、響應時段、響應負荷、響應價格打包形成邀約能力上報，推送到電網互動平臺。電網互動平臺聚合邀約響應信息，并統一發送給國網省公司平臺。

2） 需求響應中

能源運營平臺在需求響應期間，采取梯次調度策略對光伏、儲能、空調負荷、油機進行優化調度，并實時監測站點電量數據及負荷數據，采取雙保調度策略，對安全風險高站點啟動資源退出機制，對風險低站點進行負荷上浮優選調度，從而一方面確保需求響應不對通信網絡質量、站點備電安全以及供冷安全帶來影響，另一方面確保需求響應任務收益的最大化。國網數科互動平臺對需求響應進行電網側負荷運行監控，如出現異常則及時報警。

3） 需求響應后

在需求響應結束后，電網互動平臺會將國網側需求響應的收益結算結果發送給能源運營平臺，同時在收益管理及響應看板中，實時分析和管理需求響應任務。能源運營平臺對響應期內負荷/電量數據進行計量，并對國網側提供結算數據進行稽核。稽核通過后，則按照與合同能源管理服務商約定的分成策略，共享需求響應收益。合同能源管理服務商應在需求響應期內做好光伏、儲能、空調等資源的運行保障，做好技術支撐。

4 網絡拓撲

網絡架構包括能源運營平臺、通信站點的源荷儲資源設備、無線網管系統、傳輸網管系統、動環網管系統和傳輸網絡等通信運營商側的網絡資源，以及電網互動平臺、國網省公司平臺、電網、微網等電力公司側的網絡資源，兩者之間交互融合，實現通信站點源網荷儲一體化能源運營。

5 結束語

平臺提供了通信站點能源運營體系的全方位解決方案，踐行國家節能減碳政策要求，有效緩解了運營商行業面臨的“雙碳”指標和運營成本的雙重壓力問題，為通信站點的碳達峰、碳中和奠定了基礎。實現從荷荷聯動到源荷儲統籌調度，再到虛擬電廠源網荷儲一體化調度，解決了站點源荷儲資源松散管理、難以挖潛的問題，并實現和電網的雙向互動與資源增值；通過數智化稽核體系建設，以虛擬電表技術彌補了實體電表存在的不足，為合同能源管理分成計量夯實基礎，為引流社會資源參與運營商節能運營保駕護航。

平臺具有很高的應用價值，自2021年3月已在浙江移動全省11個地市投入使用，現已應用部署包括37.7 萬個基站、2.2萬臺空調、5 740個儲能站點、712個光伏站點、20臺傳輸設備，以及1 000個站點參與電網需求響應；累計節電2.39億度，削峰電量2 067.72萬度。