智能用電監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)的研究及應(yīng)用

［蔡建開 藍(lán)郁峰］

1 引言

眾所周知，現(xiàn)階段通信網(wǎng)絡(luò)的能耗成本（主要是電費(fèi)），占運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本（OPEX）的比例，大約是20%以上。中國(guó)電信能耗管控存在各種原因，導(dǎo)致管理難度較大，具體如下：

（1）通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)能減排是一項(xiàng)國(guó)家高度重視的工作。作為通信大國(guó)，我國(guó)每年通信行業(yè)消耗的能源非常巨大。特別是近幾年中國(guó)通信事業(yè)的飛速發(fā)展，使通信行業(yè)能耗成本不斷增加。因此，響應(yīng)國(guó)家關(guān)于建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的號(hào)召，在通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)工作中大力加強(qiáng)節(jié)能降耗，是當(dāng)前通信運(yùn)營(yíng)商的一項(xiàng)重要工作。

（2）能耗報(bào)賬系統(tǒng)不能及時(shí)、準(zhǔn)確反映出各類用戶能耗實(shí)時(shí)情況。目前，由于能耗數(shù)據(jù)眾多繁雜，能耗報(bào)帳系統(tǒng)的數(shù)據(jù)錄入不規(guī)范，電費(fèi)抄表時(shí)間無法統(tǒng)一，能耗費(fèi)用錄入憑證來源多樣，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)滯后，現(xiàn)有能耗系統(tǒng)的數(shù)據(jù)不能及時(shí)反映各單位實(shí)時(shí)能耗情況，給能耗管理帶來一定困難。

（3）在通信行業(yè)節(jié)能減排體系中，能效測(cè)試及節(jié)能評(píng)估是一個(gè)比較重要的環(huán)節(jié)，另外運(yùn)營(yíng)階段中機(jī)房環(huán)境管理及節(jié)能分級(jí)與評(píng)估也是整個(gè)體系中的重要內(nèi)容。節(jié)能項(xiàng)目的效果評(píng)估，需要一套能耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

因此有必要建立一套能耗管理系統(tǒng)，對(duì)節(jié)能減排工作做到精細(xì)化管理，實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)能耗核對(duì)、能效分級(jí)、能耗推算、節(jié)能新技術(shù)驗(yàn)證推廣等要求。

2 功能需求

總體而言，結(jié)合了分公司的具體情況，對(duì)該系統(tǒng)提出了如下需求：

（1）ABC 類機(jī)樓（母局）：按照監(jiān)測(cè)的需求，對(duì)機(jī)房、辦公、營(yíng)業(yè)、外單位等用電負(fù)荷加裝智能電表，統(tǒng)一收集數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)智能電表主要應(yīng)用于計(jì)量低壓網(wǎng)絡(luò)三相有功電能，具有RS485 通訊、NB 通訊等通訊功能，方便用戶進(jìn)行用電監(jiān)測(cè)、集抄和管理。利用原有的25 套智能電表，通過3G 網(wǎng)絡(luò)上傳能耗數(shù)據(jù)。

（2）D 類機(jī)房（綜合接入點(diǎn)）：提取90 個(gè)接入機(jī)房現(xiàn)有的用電監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)另外200 間接入機(jī)房加裝智能電表，分別對(duì)通信電源、機(jī)房空調(diào)、外單位以及其他雜項(xiàng)用電進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過物聯(lián)網(wǎng)卡進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳，由能耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)集中分析管理。

（3）IDC 機(jī)房：對(duì)UPS 設(shè)備、空調(diào)設(shè)備的能耗分別進(jìn)行監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)能耗同比、環(huán)比和PUE 值的分析。

（4）其他：為節(jié)約系統(tǒng)建設(shè)成本，對(duì)FTTB 機(jī)柜、機(jī)箱等數(shù)量多、用電量較小的站點(diǎn)，以營(yíng)服中心為單位，結(jié)合站點(diǎn)實(shí)際情況，參照歷史信息將電量數(shù)據(jù)打包錄入系統(tǒng)，預(yù)計(jì)此部分能耗占分公司總能耗的20%以下。

3 項(xiàng)目研制思路

如圖1 所示，系統(tǒng)建設(shè)按照整體化設(shè)計(jì)、分階段實(shí)施的思路對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建設(shè)。

圖1 項(xiàng)目研制思路圖

項(xiàng)目建設(shè)的主要階段如下：

（1）基礎(chǔ)支撐平臺(tái)的建設(shè)

通過基礎(chǔ)平臺(tái)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力系統(tǒng)管理的信息化。建設(shè)過程中，以自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集為重點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，再逐步將基礎(chǔ)信息建設(shè)擴(kuò)大到整個(gè)動(dòng)力管理領(lǐng)域，為后續(xù)的各種應(yīng)用的建設(shè)提供有力的保障。

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

（2）量化管理平臺(tái)建設(shè)

在基礎(chǔ)信息完備的基礎(chǔ)上，通過建立科學(xué)、合理、完備的數(shù)學(xué)模型，對(duì)用電情況進(jìn)行量化，達(dá)到能耗使用可預(yù)見的目的。同時(shí)，通過變更跟蹤管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)維過程中可能存在的問題。

（3）能效分析平臺(tái)以及知識(shí)庫(kù)建設(shè)

在歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過引入業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以及各種分析模型和方法，做好面向綜合樓、機(jī)房、基站、辦公、主設(shè)備、空調(diào)等主題的能效分析。及時(shí)發(fā)現(xiàn)能效過低的地方并且提煉出有價(jià)值的信息以形成知識(shí)而用以指導(dǎo)基站的設(shè)計(jì)和運(yùn)維。

在能效分析基礎(chǔ)上，通過專題分析梳理能效比較低的一些設(shè)備、基站等等，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致能效過低的原因并進(jìn)行改造。

（4）標(biāo)準(zhǔn)化過程管理建設(shè)

管理是節(jié)能工作的重要內(nèi)容。從粗放型的能源管理走向精細(xì)化管理，是節(jié)能最為經(jīng)濟(jì)有效的辦法。普遍的經(jīng)驗(yàn)是實(shí)施管理節(jié)能能夠節(jié)約10%以上。其關(guān)鍵是管理節(jié)能的現(xiàn)代化工具—能效量化管理平臺(tái)和能耗績(jī)效考核制度。

根據(jù)分公司的整體需求和建設(shè)思路，計(jì)劃項(xiàng)目分二期建設(shè)：第一期完成能耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的搭建，完成32個(gè)ABC 類機(jī)樓總負(fù)載和重要負(fù)載的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)對(duì)東區(qū)目標(biāo)局、火炬區(qū)目標(biāo)局、西區(qū)IDC 機(jī)房的UPS 電源、空調(diào)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)；利用服務(wù)器原始數(shù)據(jù)，開發(fā)微信APP，下掛到XX 市電信微信公眾號(hào)，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地對(duì)能耗數(shù)據(jù)的查詢；第二期完成300 間D 類接入機(jī)房能耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)建設(shè)。

4 系統(tǒng)介紹

4.1 組網(wǎng)

系統(tǒng)組網(wǎng)拓?fù)鋱D詳見圖2 所示。

圖2 智能用電監(jiān)測(cè)平臺(tái)組網(wǎng)拓?fù)鋱D

4.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（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(shè)環(huán)境保護(hù)技術(shù)暫行規(guī)定》

（3）YD T 1363.1-2005《通信局（站）電源、空調(diào)及環(huán)境集中監(jiān)控管理系統(tǒng)第1 部分：系統(tǒng)技術(shù)要求》

（4）GBT22239—2008 信息系統(tǒng)安全等級(jí)保護(hù)基本要求

4.3 主要功能

（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐：由數(shù)據(jù)自動(dòng)采集服務(wù)器及其配套軟件、網(wǎng)絡(luò)、部署在機(jī)房的智能電表等組成，服務(wù)器通過無線或有線網(wǎng)絡(luò)定時(shí)或定制自動(dòng)采集能耗數(shù)據(jù)，并儲(chǔ)存在服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中。

（2）能效分析：由數(shù)據(jù)庫(kù)及分析軟件組成，在歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過引入業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以及各種分析模型和方法，實(shí)現(xiàn)面向綜合樓、機(jī)房、基站、辦公、主設(shè)備、空調(diào)等主題的能效分析。及時(shí)發(fā)現(xiàn)能效過低的地方并且提煉出有價(jià)值的信息以形成知識(shí)而用以指導(dǎo)機(jī)站的設(shè)計(jì)和運(yùn)維。

（3）PC 端能耗門戶：基于支撐平臺(tái)和分析平臺(tái)，具備能耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)、分析、報(bào)表、預(yù)警、告警、提示和人工錄入能耗數(shù)值等功能。

（4）微信端能耗門戶：利用數(shù)據(jù)庫(kù)，增加微信端的能耗查詢、展示、預(yù)警、告警等功能。

5 解決關(guān)鍵技術(shù)的具體措施和技術(shù)方案

5.1 能耗計(jì)量

能耗計(jì)量的關(guān)鍵在于自動(dòng)化。能耗計(jì)量按照計(jì)量手段可分為以下三種。

5.1.1 直接計(jì)量（精采集）

（1）按監(jiān)測(cè)的最小顆粒度直接掛表計(jì)量。

（2）關(guān)鍵點(diǎn)：電表的計(jì)量認(rèn)證；遠(yuǎn)程通信接口。

（3）優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確度、精確度最高，缺點(diǎn)：投資大、造價(jià)高。

（4）適用范圍：通信機(jī)房、IDC 機(jī)房、辦公大樓等。

5.1.2 拆分計(jì)量（粗采集）

（1）通過一定拆分原則對(duì)直接計(jì)量的總電量進(jìn)行拆分。

（2）關(guān)鍵點(diǎn)：拆分原則的確定（電流/面積/業(yè)務(wù)；動(dòng)態(tài)/固定）。

（3）優(yōu)點(diǎn)：投資較省，準(zhǔn)確度較高；缺點(diǎn)：拆分誤差，難以監(jiān)測(cè)異常。

（4）適用范圍：以業(yè)務(wù)維度為統(tǒng)計(jì)口徑的計(jì)量值。

5.1.3 抽樣計(jì)量（粗采集）

（1）抽取一定數(shù)量典型樣本，通過對(duì)樣本的直接計(jì)量推算全局能耗。

（2）關(guān)鍵點(diǎn)：模型的建立，樣本的抽選。

（3）優(yōu)點(diǎn)：投資省，見效快；缺點(diǎn)：難以兼顧到千差萬別的特殊情況。

（4）適用范圍：適用于相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化程度較高的基站、室外機(jī)柜等。

抽樣原則：

（1）機(jī)房類型：彩鋼房、磚混結(jié)構(gòu)（屋頂暴露）、磚混結(jié)構(gòu)（屋頂不暴露即在中間樓層）

（2）機(jī)房面積：大（＞24 m2）、中（15-24 m2）、?。ǎ?5 m2）

（3）設(shè)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(yè)務(wù)量等。

監(jiān)測(cè)顆粒度：

（1）基站總用電量；

（2）開關(guān)電源、空調(diào)、照明和插座等交流負(fù)載用電量；

（3）基站設(shè)備、傳輸設(shè)備以及共建共享他方設(shè)備等直流負(fù)載用電量。

如表1 所示，根據(jù)上述原則對(duì)不同局站類型的能耗計(jì)量提出了以下指導(dǎo)建議：

表1 不同局站能耗計(jì)量建議

5.2 能耗統(tǒng)計(jì)

能耗精確化統(tǒng)計(jì)的目標(biāo)如下：

（1）準(zhǔn)確性是最基本要求，數(shù)據(jù)必須具備的唯一性；

（2）科學(xué)性指能耗分類、細(xì)化顆粒度、拆分合并或轉(zhuǎn)換的科學(xué)合理；

（3）共享性指統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)能夠?yàn)楦黝愊嚓P(guān)分析所用。

5.3 能耗分析

能耗分析是在統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上的提升應(yīng)用，其結(jié)果應(yīng)能滿足以下要求：

（1）能掌握能耗發(fā)生和發(fā)展的規(guī)律，為決策層提供科學(xué)、準(zhǔn)確的決策依據(jù)。有利于客觀公正的評(píng)價(jià)考核體系的執(zhí)行，促進(jìn)節(jié)能減排工作理性、良性、持續(xù)性開展；

（2）有利于提升節(jié)能減排精確化管理水平;

（3）有利于客觀評(píng)估節(jié)能減排效果，為各種節(jié)能措施的實(shí)際節(jié)能效果的測(cè)試、評(píng)估提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)；

（4）有利于有針對(duì)性地選擇節(jié)能措施、制訂方案與制度、配置資源；

（5）有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)能耗管理中的漏洞，并采取措施，為企業(yè)挽回?fù)p失（如漏水、偷電等）。

5.4 與其他相關(guān)系統(tǒng)互聯(lián)

（1）與現(xiàn)有財(cái)務(wù)報(bào)賬系統(tǒng)的互聯(lián)：財(cái)務(wù)系統(tǒng)以報(bào)賬事件為能耗發(fā)生的判斷依據(jù)，能耗統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以實(shí)際能耗發(fā)生為判斷依據(jù)。兩套系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)可互相比對(duì)，促進(jìn)精確化管理。

（2）與資源管理系統(tǒng)的互聯(lián)：資源管理系統(tǒng)中耗能單元的變化情況應(yīng)及時(shí)反映到本系統(tǒng)中，尤其針對(duì)抽樣計(jì)量的部分，節(jié)點(diǎn)的變化將影響全局?jǐn)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

5.5 關(guān)鍵問題與改進(jìn)

問題一：通過3G 方式上傳數(shù)據(jù)的電表無法將數(shù)據(jù)傳輸至內(nèi)網(wǎng)。

解決方法：打通內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸

問題二：平臺(tái)報(bào)表響應(yīng)較慢。

解決方法：更新控件，并替換新式報(bào)表解決。

問題三：平臺(tái)上個(gè)別電表數(shù)據(jù)異常，

解決方法：核對(duì)后發(fā)現(xiàn)低端電表實(shí)際安裝信息與安裝表不符合，核準(zhǔn)實(shí)際信息后，電表數(shù)據(jù)無誤。

問題四：電表掉線后再上線會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)顯示有部分特別突出問題

解決方法：設(shè)置后臺(tái)運(yùn)行調(diào)度工具每10 分鐘進(jìn)行一次電量核準(zhǔn)計(jì)算，使數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。

問題五：告警提示過于頻繁。

解決方法：對(duì)于那些只出現(xiàn)一小段時(shí)間的告警，采用延時(shí)告警的方式解決。

6 系統(tǒng)應(yīng)用

經(jīng)測(cè)試合格后，從2018 年12 月起，本系統(tǒng)在該分公司A、B、C 類局站/機(jī)房正式投入使用。

6.1 具體應(yīng)用范圍

（1）能耗監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)判斷：監(jiān)測(cè)電表故障、傳輸網(wǎng)絡(luò)故障的實(shí)施推送，及時(shí)提醒供電缺相或電流異常等故障。

（2）直購(gòu)電交易電量預(yù)測(cè)評(píng)估：直購(gòu)電交易中要求比較準(zhǔn)確預(yù)估電量。平臺(tái)的月度能耗預(yù)算值準(zhǔn)確性較高，結(jié)合交易站點(diǎn)的電量升降趨勢(shì)，作為次月直購(gòu)電交易電量上報(bào)值。

（3）電費(fèi)合理性核對(duì)：依據(jù)收集的電量數(shù)據(jù)，與供電局提供的電費(fèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，分析電費(fèi)的合理性；同時(shí)根據(jù)發(fā)電機(jī)發(fā)的電量，結(jié)合燃油補(bǔ)給數(shù)據(jù)，計(jì)算發(fā)電機(jī)油耗。

（4）能耗精細(xì)化管理示范：利用平臺(tái)實(shí)現(xiàn)32 個(gè)機(jī)樓能耗精細(xì)化管理，定期自動(dòng)導(dǎo)出機(jī)樓能耗分析報(bào)表，及時(shí)掌握機(jī)樓能耗動(dòng)態(tài)變化情況，針對(duì)異常用電情況，建立核查閉環(huán)處理機(jī)制。

（5）能耗劃小數(shù)據(jù)支撐：平臺(tái)可根據(jù)歷史電量數(shù)據(jù)，計(jì)算出機(jī)樓年度和月能耗預(yù)算值，作為能耗劃小數(shù)據(jù)重要參考依據(jù)。基于平臺(tái)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)縣分、營(yíng)服、機(jī)樓的能耗劃小。

6.2 對(duì)分公司發(fā)展的意義

能耗綜合管理系統(tǒng)的主要作用不只是為了節(jié)能減排服務(wù)，做為一個(gè)管理軟件，它是為企業(yè)管理提供科學(xué)的決策依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。管理系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)收集、統(tǒng)計(jì)、分析、預(yù)測(cè)等科學(xué)手段對(duì)能源使用的各環(huán)節(jié)和能耗設(shè)備的狀況進(jìn)行有效的控制和管理，指導(dǎo)和提升企業(yè)管理人員的能源管理水平。

能耗綜合管理系統(tǒng)建設(shè)增強(qiáng)了生產(chǎn)管理水平，加強(qiáng)了能耗設(shè)備的運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)，提高了設(shè)備利用率和生命周期，可以有效地降低單位生產(chǎn)能耗，提高企業(yè)利潤(rùn)水平。在近兩年的節(jié)能改造項(xiàng)目中，本系統(tǒng)起到明顯的效果測(cè)試作用，在退網(wǎng)、清查電費(fèi)、機(jī)房氣流組織改造等方面，累計(jì)為企業(yè)節(jié)省了電量319.5 萬度，節(jié)省電費(fèi)約201.3 萬元。

7 結(jié)語

新開發(fā)的智能用電監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)為用戶提供了較為完善的用電監(jiān)測(cè)管理解決方案，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)ABC 類局站/機(jī)房用電的管理。通過現(xiàn)代化通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)用電數(shù)據(jù)的各項(xiàng)分析和管理功能，提高了用電數(shù)據(jù)的管理效率，幫助用戶實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)，從而為用戶創(chuàng)造更多的價(jià)值。該系統(tǒng)在智能建筑、醫(yī)療等行業(yè)將有廣闊的發(fā)展前景。

下一步計(jì)劃和設(shè)想，將系統(tǒng)覆蓋范圍擴(kuò)大到D 類局站/機(jī)房，讓系統(tǒng)掌握本地網(wǎng)80%以上的用電數(shù)據(jù)。系統(tǒng)功能拓展方面，主要實(shí)現(xiàn)定向推送功能，及時(shí)向指定用戶推送電量預(yù)警、系統(tǒng)故障等關(guān)鍵信息。

條件成熟時(shí)可以向其他分公司推薦，為企業(yè)發(fā)揮更大的效能。