能耗管理系统及其关键模型的设计和实践

胡松华，李家跃

（1.中国电信安徽公司，安徽 合肥 230031；2.安徽电信规划设计有限责任公司，安徽 合肥 230031）

0 引 言

数字化是推进经济高质量发展的关键要素之一。在技术层面，数字化以大数据、云计算、物联网、区块链、人工智能、5G等新兴技术为代表，在实体层面，以云资源池服务器、5G基站、超大传输容量OTN设备、超宽带集群路由器设备为代表。在数据处理和传输能力急剧增长的同时，设备功耗和电费成倍增长，企业的成本压力剧增。例如，在以服务器为主的数据中心，单机架功耗是传统通信设备的2～10倍，5G基站功耗是4G的3～4倍。与此同时，国家提出了“碳达峰、碳中和”的目标，强调绿色、低碳发展。因此，节能减排工作受到了全社会的普遍关注。对运营商而言，一切工作的基础是依托能耗管理系统，对通信网络电费实施数字化、精确管理，准确掌握现网各类用电单元的耗电情况，精细化管控各成本中心的电费预算，科学制定节能减排工作目标并量化评估成效[1]。

1 设计与实践

1.1 系统目标

电费管理作为一个管理活动，主要目标是两个：一是“合规性”管控，即确保电费使用合乎财务规范，追溯电费使用源头，防范“套取电费”等财务风险；二是为节能减排提供技术支撑，即精准定位“低效”的用电单元，以便分类施策[2]。

以管理通信网络电费为主要目标的能耗管理系统，在功能和模型设计上，首先要解决的两个问题：

（1）能耗管理系统的定位。即能耗管理系统如何支撑企业的电费管理活动，如何与电费报账等生产流程结合，以及与企业的其他支撑系统之间的关系。

（2）能耗管理系统管理对象模型设计。在理论上，能耗系统的管控对象越精细越好，能争取到最小的耗电单元，例如设备板卡。然而，在实践中，要综合考虑管理目标和管理成本，选择容易实施的管理模型[3]。

1.2 系统定位

能耗管理系统的定位，本身是一个发展的过程。

能耗管理系统最初是财务系统的补充，报账人员通过财务系统完成整个电费报账流程，包括发起报账、审批和支付（或回收），财务系统记录了汇总电费（一般情况下，多个单元的用电清单合并开具一张电费发票）的报账记录，保证了汇总电费与票面金额的一致性。而能耗管理系统要将每一笔汇总电费细分到各个具体的用电单元，支持追溯用电源头。这一阶段，电费报账人员要在能耗系统中手工建立用电单元的基础信息，填写各用电单元的电费、电量等数据。这种手工管理的方式，既要求两个系统的数据要保持一致，也要求能耗管理系统数据与现场保持一致，两个“一致性”均面临较大挑战[4]。

现阶段，已打通了能耗管理系统与财务系统之间的接口，报账人员以能耗管理系统为统一报账入口，填报各用电单元的电费、电量等关键数据，由能耗管理系统自动生成财务报账单，通过系统间接口向财务系统线上推送。这一措施解决了两个系统之间的数据一致性问题，但能耗系统关键数据（主要是电量数据）与现场的一致性问题仍待解决。

为此，中国电信安徽公司以电量自动采集为目标，优化能耗系统管理模型，力争在一定程度上解决能耗系统基础数据手工录入带来的低效、数据失真等问题。图1呈现的是重构后的能耗管理系统及周边系统的关系。

如图1所示，重构后的能耗管理系统已成为用电相关数据的自动采集、存储和分析中心。其中包括了智能电表采集的电量、专业网管系统采集到的设备功耗（机楼设备、基站设备），也包括从供电局、铁塔公司等外部单位获取到的电子用电清单（线上清单），初步具备了进行大数据分析的基础。

图1 能耗管理系统与周边系统的关系

1.3 用电单元模型

在明确系统定位的基础上，要进一步考虑建立能耗管理系统的管理对象模型，主要是科学合理划分用电单元。划分颗粒度太大，容易遮盖单个用电单元电量电费异常,即常见的“打包报账”问题。划分颗粒度太小，如果又依赖人工填报数据，则导致一线人员填报工作量大，且数据往往失真，在此基础上的数据分析就是“空中楼阁”[5]。

这个问题背后，主要是两大难点：

（1）运营商的用电单元大小不一、形式各异、变化频繁。

电作为动力之源，大到通信机楼、数据中心，小到室外机柜、室分设备，以及办公场所、营业门店、职工食堂等，都是一个个独立的用电单元，点的面广；各用电单元的计量和计费方式也因受限于当地情况而形式多样，有的在供电局独立开户，有的向铁塔公司统一租赁，有的与物业、居民个人等单独协商，且因站址资源关系到通信网络的覆盖质量，重要程度不一、获取难易程度不一，用电价格、计量方式、结算方式均不一。以安徽电信为例，全省有超过4.5万个形式各异的站点，而一个站点内部又有通信设备、机房空调、营业场所、办公室等各类耗电设施。与此同时，网络演进、市政建设及拆迁等导致了通信站点和设备增减频繁，新老设备交替，电量、电费、电价频繁变化。

（2）自动采集能力不足，人工管理的效率低下，数据准确性难以保证。

整体上，现有通信网络设备尚不具备电量自动监测能力。但是，随着技术演进，在较大颗粒度上，已初步具备自动获取数据、自动分析的能力。为此，以“可计量、可采集”为目标重新划分能耗系统管理的“用电单元”。也就是说，将能耗管理的基本对象确定为“可计量的用电单元”，大到一栋栋通信机楼、小到一个个楼道交换机，按照可采集电量的范围进行划分[6]。

用电单元模型如图2所示。

如图2所示，在能耗系统中建立两级电费管理单元。

图2 能耗系统的用电单元管理模型

（1）局站：能耗局站是基本的用电管理单元，物理上表现为一个通信机楼、一个铁塔站址、转供电站址等，通常对应一个用电管理责任人，也是跟外部结算单位（供电局、铁塔、物业等）进行信息交互的基本单元，如图3所示。

图3 用电单元与外部的对应关系

（2）电表：按照用电类型、用电性质，在局站下一级的设置3种不同的电表，分别是结算电表、回收电表、分析电表。

按照上述模型，可以较为清晰地对用电单元进行管理。

（1）对于综合通信机楼（一个单独的局站），按照支出、回收分别建立结算电表和回收电表，通过“供电局户号”在结算电表和供电局用电清单之间建立对应关系。回收电表用于外租营业厅等场景。

此外，可以建立不同维度的分析电表。如通过采集动环系统的，建立设备用电分析电表，能耗系统与动环监控系统均使用网络资源站点ID。

（2）对于铁塔站址，通过与铁塔公司约定的站址编码，在结算电表和铁塔对账单之间建立对应关系。

（3）对于室分站址，能耗系统和无线网管均使用资源系统的同一套站点编码，在结算电表上可以直接对应上无线综合网管系统中按照站址维度管理采集基站设备的电量（COUNTER值）。

此外，对部分室外机柜、固网转供电等还广泛应用了智能电表（NB-IOT制式），以远程自动抄表的形式自动采集电量，避免人工抄表的低效和数据质量问题。

2 成效分析

2019年以来，安徽电信通过重构能耗管理系统，初步建立了一套有效的电费管控和支撑手段，有效开展了电费精确管理和压降工作。两年来，虽然5G和数据中心规模持续增大，但是安徽电信的电费占收比（电费/收入）不增反降，电费使用效能持续提升。

同时，能耗管理系统的基础数据规范性和准确性从最初的85.3%提升到99.1%。通过电费的自动稽核派单，有效监控了全省4.5万个各类站点电量电费关键指标，累计派发1.1万张核查工单。在能耗管理系统的支撑下，通过针对性开展电费现场稽核、转供电改直供电、转供电获取专票、电费回收、老旧/高耗能设施改造等手段，累计为企业节约电费9 700万元。

3 结 论

通过优化能耗系统的关键模型，重构能耗系统，在取得明显的经济效益的同时，进一步降低了企业成本使用风险。

能耗管理系统及其关键模型，随着网络技术演进而不断发展。近年来，DC舱（微模块）获得越来越多的应用，将可计量的单元下沉到机架级，因此，能耗管理系统的管控单元模型也会随之丰富，而现有能耗系统整体架构具备足够的可扩展性，不需要改造。