智能用电监测管理平台的研究及应用

［蔡建开 蓝郁峰］

1 引言

众所周知，现阶段通信网络的能耗成本（主要是电费），占运营商网络维护成本（OPEX）的比例，大约是20%以上。中国电信能耗管控存在各种原因，导致管理难度较大，具体如下：

（1）通信网络节能减排是一项国家高度重视的工作。作为通信大国，我国每年通信行业消耗的能源非常巨大。特别是近几年中国通信事业的飞速发展，使通信行业能耗成本不断增加。因此，响应国家关于建设节约型社会的号召，在通信网络运营生产工作中大力加强节能降耗，是当前通信运营商的一项重要工作。

（2）能耗报账系统不能及时、准确反映出各类用户能耗实时情况。目前，由于能耗数据众多繁杂，能耗报帐系统的数据录入不规范，电费抄表时间无法统一，能耗费用录入凭证来源多样，统计数据滞后，现有能耗系统的数据不能及时反映各单位实时能耗情况，给能耗管理带来一定困难。

（3）在通信行业节能减排体系中，能效测试及节能评估是一个比较重要的环节，另外运营阶段中机房环境管理及节能分级与评估也是整个体系中的重要内容。节能项目的效果评估，需要一套能耗实时监测系统。

因此有必要建立一套能耗管理系统，对节能减排工作做到精细化管理，实现站点能耗核对、能效分级、能耗推算、节能新技术验证推广等要求。

2 功能需求

总体而言，结合了分公司的具体情况，对该系统提出了如下需求：

（1）ABC 类机楼（母局）：按照监测的需求，对机房、办公、营业、外单位等用电负荷加装智能电表，统一收集数据。物联网智能电表主要应用于计量低压网络三相有功电能，具有RS485 通讯、NB 通讯等通讯功能，方便用户进行用电监测、集抄和管理。利用原有的25 套智能电表，通过3G 网络上传能耗数据。

（2）D 类机房（综合接入点）：提取90 个接入机房现有的用电监测数据，对另外200 间接入机房加装智能电表，分别对通信电源、机房空调、外单位以及其他杂项用电进行监测，通过物联网卡进行数据上传，由能耗实时监测管理系统集中分析管理。

（3）IDC 机房：对UPS 设备、空调设备的能耗分别进行监测、统计，实现能耗同比、环比和PUE 值的分析。

（4）其他：为节约系统建设成本，对FTTB 机柜、机箱等数量多、用电量较小的站点，以营服中心为单位，结合站点实际情况，参照历史信息将电量数据打包录入系统，预计此部分能耗占分公司总能耗的20%以下。

3 项目研制思路

如图1 所示，系统建设按照整体化设计、分阶段实施的思路对系统进行建设。

图1 项目研制思路图

项目建设的主要阶段如下：

（1）基础支撑平台的建设

通过基础平台的建设，实现动力系统管理的信息化。建设过程中，以自动化数据采集为重点，在此基础上，再逐步将基础信息建设扩大到整个动力管理领域，为后续的各种应用的建设提供有力的保障。

通过建立完善的动力信息化系统，摸清楚企业用电情况。解决由于企业管理上的漏洞，而带来不必要的用电费用支出。

（2）量化管理平台建设

在基础信息完备的基础上，通过建立科学、合理、完备的数学模型，对用电情况进行量化，达到能耗使用可预见的目的。同时，通过变更跟踪管理，及时发现运维过程中可能存在的问题。

（3）能效分析平台以及知识库建设

在历史数据的基础上，通过引入业务数据以及各种分析模型和方法，做好面向综合楼、机房、基站、办公、主设备、空调等主题的能效分析。及时发现能效过低的地方并且提炼出有价值的信息以形成知识而用以指导基站的设计和运维。

在能效分析基础上，通过专题分析梳理能效比较低的一些设备、基站等等，发现导致能效过低的原因并进行改造。

（4）标准化过程管理建设

管理是节能工作的重要内容。从粗放型的能源管理走向精细化管理，是节能最为经济有效的办法。普遍的经验是实施管理节能能够节约10%以上。其关键是管理节能的现代化工具—能效量化管理平台和能耗绩效考核制度。

根据分公司的整体需求和建设思路，计划项目分二期建设：第一期完成能耗实时监测系统的搭建，完成32个ABC 类机楼总负载和重要负载的实时监测，同时对东区目标局、火炬区目标局、西区IDC 机房的UPS 电源、空调实现监测；利用服务器原始数据，开发微信APP，下挂到XX 市电信微信公众号，实现随时随地对能耗数据的查询；第二期完成300 间D 类接入机房能耗实时监测建设。

4 系统介绍

4.1 组网

系统组网拓扑图详见图2 所示。

图2 智能用电监测平台组网拓扑图

4.2 技术标准

（1）GA/T75-94《安全防范工程程序与要求》

（2）YD 5039-2009《通信工程建设环境保护技术暂行规定》

（3）YD T 1363.1-2005《通信局（站）电源、空调及环境集中监控管理系统第1 部分：系统技术要求》

（4）GBT22239—2008 信息系统安全等级保护基本要求

4.3 主要功能

（1）基础数据支撑：由数据自动采集服务器及其配套软件、网络、部署在机房的智能电表等组成，服务器通过无线或有线网络定时或定制自动采集能耗数据，并储存在服务器数据库中。

（2）能效分析：由数据库及分析软件组成，在历史数据的基础上，通过引入业务数据以及各种分析模型和方法，实现面向综合楼、机房、基站、办公、主设备、空调等主题的能效分析。及时发现能效过低的地方并且提炼出有价值的信息以形成知识而用以指导机站的设计和运维。

（3）PC 端能耗门户：基于支撑平台和分析平台，具备能耗实时监测、统计、分析、报表、预警、告警、提示和人工录入能耗数值等功能。

（4）微信端能耗门户：利用数据库，增加微信端的能耗查询、展示、预警、告警等功能。

5 解决关键技术的具体措施和技术方案

5.1 能耗计量

能耗计量的关键在于自动化。能耗计量按照计量手段可分为以下三种。

5.1.1 直接计量（精采集）

（1）按监测的最小颗粒度直接挂表计量。

（2）关键点：电表的计量认证；远程通信接口。

（3）优点：准确度、精确度最高，缺点：投资大、造价高。

（4）适用范围：通信机房、IDC 机房、办公大楼等。

5.1.2 拆分计量（粗采集）

（1）通过一定拆分原则对直接计量的总电量进行拆分。

（2）关键点：拆分原则的确定（电流/面积/业务；动态/固定）。

（3）优点：投资较省，准确度较高；缺点：拆分误差，难以监测异常。

（4）适用范围：以业务维度为统计口径的计量值。

5.1.3 抽样计量（粗采集）

（1）抽取一定数量典型样本，通过对样本的直接计量推算全局能耗。

（2）关键点：模型的建立，样本的抽选。

（3）优点：投资省，见效快；缺点：难以兼顾到千差万别的特殊情况。

（4）适用范围：适用于相对标准化程度较高的基站、室外机柜等。

抽样原则：

（1）机房类型：彩钢房、砖混结构（屋顶暴露）、砖混结构（屋顶不暴露即在中间楼层）

（2）机房面积：大（＞24 m2）、中（15-24 m2）、小（＜15 m2）

（3）设备用电量：大（＞25 A）、中（10-25 A）、小（＜10 A）

（4）其他因素：兼顾站型（载扇配置）、业务量等。

监测颗粒度：

（1）基站总用电量；

（2）开关电源、空调、照明和插座等交流负载用电量；

（3）基站设备、传输设备以及共建共享他方设备等直流负载用电量。

如表1 所示，根据上述原则对不同局站类型的能耗计量提出了以下指导建议：

表1 不同局站能耗计量建议

5.2 能耗统计

能耗精确化统计的目标如下：

（1）准确性是最基本要求，数据必须具备的唯一性；

（2）科学性指能耗分类、细化颗粒度、拆分合并或转换的科学合理；

（3）共享性指统计数据能够为各类相关分析所用。

5.3 能耗分析

能耗分析是在统计基础上的提升应用，其结果应能满足以下要求：

（1）能掌握能耗发生和发展的规律，为决策层提供科学、准确的决策依据。有利于客观公正的评价考核体系的执行，促进节能减排工作理性、良性、持续性开展；

（2）有利于提升节能减排精确化管理水平;

（3）有利于客观评估节能减排效果，为各种节能措施的实际节能效果的测试、评估提供准确数据；

（4）有利于有针对性地选择节能措施、制订方案与制度、配置资源；

（5）有利于及时发现能耗管理中的漏洞，并采取措施，为企业挽回损失（如漏水、偷电等）。

5.4 与其他相关系统互联

（1）与现有财务报账系统的互联：财务系统以报账事件为能耗发生的判断依据，能耗统计监测系统以实际能耗发生为判断依据。两套系统之间的数据可互相比对，促进精确化管理。

（2）与资源管理系统的互联：资源管理系统中耗能单元的变化情况应及时反映到本系统中，尤其针对抽样计量的部分，节点的变化将影响全局数据的准确性。

5.5 关键问题与改进

问题一：通过3G 方式上传数据的电表无法将数据传输至内网。

解决方法：打通内外网数据传输

问题二：平台报表响应较慢。

解决方法：更新控件，并替换新式报表解决。

问题三：平台上个别电表数据异常，

解决方法：核对后发现低端电表实际安装信息与安装表不符合，核准实际信息后，电表数据无误。

问题四：电表掉线后再上线会导致数据显示有部分特别突出问题

解决方法：设置后台运行调度工具每10 分钟进行一次电量核准计算，使数据更准确。

问题五：告警提示过于频繁。

解决方法：对于那些只出现一小段时间的告警，采用延时告警的方式解决。

6 系统应用

经测试合格后，从2018 年12 月起，本系统在该分公司A、B、C 类局站/机房正式投入使用。

6.1 具体应用范围

（1）能耗监测实时判断：监测电表故障、传输网络故障的实施推送，及时提醒供电缺相或电流异常等故障。

（2）直购电交易电量预测评估：直购电交易中要求比较准确预估电量。平台的月度能耗预算值准确性较高，结合交易站点的电量升降趋势，作为次月直购电交易电量上报值。

（3）电费合理性核对：依据收集的电量数据，与供电局提供的电费数据进行比对，分析电费的合理性；同时根据发电机发的电量，结合燃油补给数据，计算发电机油耗。

（4）能耗精细化管理示范：利用平台实现32 个机楼能耗精细化管理，定期自动导出机楼能耗分析报表，及时掌握机楼能耗动态变化情况，针对异常用电情况，建立核查闭环处理机制。

（5）能耗划小数据支撑：平台可根据历史电量数据，计算出机楼年度和月能耗预算值，作为能耗划小数据重要参考依据。基于平台数据，实现县分、营服、机楼的能耗划小。

6.2 对分公司发展的意义

能耗综合管理系统的主要作用不只是为了节能减排服务，做为一个管理软件，它是为企业管理提供科学的决策依据和数据支持。管理系统通过实时的数据收集、统计、分析、预测等科学手段对能源使用的各环节和能耗设备的状况进行有效的控制和管理，指导和提升企业管理人员的能源管理水平。

能耗综合管理系统建设增强了生产管理水平，加强了能耗设备的运行状况监测，提高了设备利用率和生命周期，可以有效地降低单位生产能耗，提高企业利润水平。在近两年的节能改造项目中，本系统起到明显的效果测试作用，在退网、清查电费、机房气流组织改造等方面，累计为企业节省了电量319.5 万度，节省电费约201.3 万元。

7 结语

新开发的智能用电监测管理平台为用户提供了较为完善的用电监测管理解决方案，可以实现对ABC 类局站/机房用电的管理。通过现代化通信技术和计算机技术，实现了对用电数据的各项分析和管理功能，提高了用电数据的管理效率，帮助用户实现节能降耗的目标，从而为用户创造更多的价值。该系统在智能建筑、医疗等行业将有广阔的发展前景。

下一步计划和设想，将系统覆盖范围扩大到D 类局站/机房，让系统掌握本地网80%以上的用电数据。系统功能拓展方面，主要实现定向推送功能，及时向指定用户推送电量预警、系统故障等关键信息。

条件成熟时可以向其他分公司推荐，为企业发挥更大的效能。