隨著通信行業(yè)的快速發(fā)展,通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜,通信機房的規(guī)模和數(shù)量都呈現(xiàn)快速增長,通信設(shè)備的電能消耗也在不斷提高。電力成本支出已成為各大運營商支出的重要部分。隨著用電量的增加,通信行業(yè)急需對設(shè)備的用電進行科學(xué)、有效的管理。特別是近些年來放置互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器的IDC數(shù)據(jù)中心發(fā)展迅速,高功率密度的服務(wù)器使用越來越普遍,機房耗能管理和機房節(jié)能措施成為當(dāng)下熱門的研究課題。伴隨著各種節(jié)能減排措施的推廣,電能管理系統(tǒng)也在近幾年快速發(fā)展和應(yīng)用。各個運營商也都希望通過電能管理系統(tǒng)的應(yīng)用,能夠使機房的用電更加合理,管理更加科學(xué)。

電能管理系統(tǒng)在功能上是一個獨立的系統(tǒng),在組網(wǎng)結(jié)構(gòu)上可能是獨立的也可能是與動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)或者其它系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的。在通信機房里,電能管理系統(tǒng)與動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)相互依賴,功能互補;與電力行業(yè)的智能電表相比,電能管理系統(tǒng)與之實現(xiàn)的功能相似,但關(guān)注的重點有所不同。

本文將以電能管理系統(tǒng)與動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)以及智能電網(wǎng)的關(guān)系為出發(fā)點,分析電能管理系統(tǒng)在建設(shè)和使用上的特點,并就其未來的發(fā)展趨勢提出了一些建議。

1 電能管理系統(tǒng)的現(xiàn)狀

(1) 電能管理系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

電能管理系統(tǒng)一般有兩種組網(wǎng)方式。第一種是在原有動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的通信機房,將動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)采集的電能數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)诫娔芄芾硐到y(tǒng)的管理中心(或?qū)㈦娔芄芾硐到y(tǒng)和動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)集成于同一個系統(tǒng))。這種方式適用于已經(jīng)建有動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的通信機房,它能最大限度的發(fā)揮原有動環(huán)監(jiān)控的作用,也能更好的降低電能管理系統(tǒng)的建設(shè)成本。第二種是采集模塊通過采集單元或直接將電能數(shù)據(jù)上傳到管理中心,管理中心再將指定的數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊泄芾碇行?。這種方式適合于沒有建立動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的通信機房,在新建電能管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)時,可以根據(jù)實際需求選擇電能數(shù)據(jù)采集、存儲設(shè)備和傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)。電能管理系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

(2)電能管理系統(tǒng)與動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的分工與協(xié)作

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和完善,通信機房動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)已在各個運營商使用多年。動環(huán)監(jiān)控主要負(fù)責(zé)監(jiān)控通信機房的電源、空調(diào)和環(huán)境參數(shù)等指標(biāo),保證通信機房中的設(shè)備都在良好的環(huán)境下運行。當(dāng)設(shè)備或者環(huán)境出現(xiàn)異常時,動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)會產(chǎn)生實時告警并上傳到監(jiān)控中心和集中監(jiān)控中心,便于工作人員可以及時處理和維護。特別是對于無人值守的機房,動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)是工作人員獲取設(shè)備和環(huán)境信息的最重要的途徑。電能管理系統(tǒng)的主要用途是統(tǒng)計各個通信機房的用電情況,以及各個設(shè)備的用電情況。由于電能管理系統(tǒng)不是直接負(fù)責(zé)監(jiān)控通信機房內(nèi)設(shè)備的運行狀態(tài),不直接與機房內(nèi)各個設(shè)備的監(jiān)控模塊通信,所以機房內(nèi)設(shè)備的實時告警對于電能管理系統(tǒng)的依賴性相對較低。

在很多情況下,電能管理系統(tǒng)和動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)都保持著密切的聯(lián)系。在以前建有動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的通信機房,采集模塊通常與動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控單元相連,采集的電能數(shù)據(jù)通過動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦芾砥脚_,再通過動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)與電能管理系統(tǒng)的接口,將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔芄芾硐到y(tǒng)。這樣可以有效避免重復(fù)建設(shè)和資源浪費。對于以前沒有建設(shè)動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的通信機房，則會建設(shè)獨立的電能管理系統(tǒng)組網(wǎng)，動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)也可以利用與電能管理系的接口分享電能管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和信息。

在獨立建設(shè)的電能管理系統(tǒng)中,電能采集模塊的通信協(xié)議通常有三種:一種是遵循YD/T2767-2015《通信局(站)電能管理系統(tǒng)》開發(fā)的協(xié)議;第二種是遵循DL/T645-2007《多功能電能表通信協(xié)議》開發(fā)的協(xié)議;第三種是遵循MODBUS協(xié)議開發(fā)的協(xié)議。DL/T645協(xié)議是針對電力行業(yè)的智能電表開發(fā)的,只能傳輸單路單相和單路三相交流電的數(shù)據(jù),如果是多路采集模塊,協(xié)議的使用會很復(fù)雜;MODBUS的協(xié)議雖然簡單易實現(xiàn),但其只能按順序傳輸較簡單的數(shù)據(jù),不利于判斷傳輸內(nèi)容的完整性和正確性;相比之下,YD/T2767協(xié)議遵循YD/T1363.3的動環(huán)監(jiān)控協(xié)議格式,能夠與動環(huán)監(jiān)控更有效地配合,也更適合用于電能采集模塊中。在系統(tǒng)中對所有設(shè)備使用統(tǒng)一的協(xié)議,也有助于電能采集模塊的通用性。在已建設(shè)動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的機房,電能采集模塊可以直接與動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)中的監(jiān)控單元連接和通信。采集模塊如果采用基于YD/T2767協(xié)議格式的通信協(xié)議,能直接應(yīng)用到動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)中,這樣大大增加了采集模塊的通用性。

(3)電能管理應(yīng)用在通信行業(yè)和電力行業(yè)的差異

最近幾年,電力行業(yè)也在對電網(wǎng)中使用的電表進行改造和升級,力圖建設(shè)一個智能化的電網(wǎng)。改造的主要目的是將之前用于計費的機械式電表升級為智能電表,并將用自動抄表、自動統(tǒng)計的方式替代現(xiàn)有的手工抄表、人工統(tǒng)計的模式,降低人力成本的同時也能更有效地避免人為錯誤。

電力行業(yè)使用的智能電表(見圖2),主要用途是電費計量,它測量的用電量數(shù)據(jù)是電力部門收取電費的依據(jù)。通信行業(yè)使用的電能采集模塊(見圖3),主要用途是統(tǒng)計通信機房的用電情況,并將數(shù)據(jù)上報匯總并備份,用于統(tǒng)計和分析不同時段、不同區(qū)域的用電情況,為節(jié)能評估提供原始數(shù)據(jù);也有部分機房將電能采集模塊的數(shù)據(jù)作為對外出租機柜的電費計量依據(jù)。鑒于在兩個行業(yè)的使用目的和側(cè)重點不同,在儀表的配置上,也有所差異。

電力行業(yè)的智能電表一般是針對整個機房或者其中的某一總線路進行用電量的統(tǒng)計和計費,而通信行業(yè)通常用電能管理系統(tǒng)來統(tǒng)計機房的每個用電設(shè)備的用電量,機房內(nèi)的通信主設(shè)備、空調(diào)、UPS等通常都會單獨統(tǒng)計用電量。電力行業(yè)現(xiàn)在主要依靠底端的智能電表進行用電量和電費的統(tǒng)計,除了用電量以外,每天的最大需求量、各個時段的費率以及總電費,都能存儲于智能電表中。在電能管理系統(tǒng)中,采集模塊測量的電能數(shù)據(jù)會及時上傳到服務(wù)器端,并可依靠服務(wù)器強大的處理能力對電能數(shù)據(jù)進行計算和統(tǒng)計;在電能采集模塊端,主要完成數(shù)據(jù)采集和備份的功能,對計算處理的要求相對較低。

通信行業(yè)和電力行業(yè)中用來測量電能數(shù)據(jù)的設(shè)備,也有差異。電力行業(yè)使用的智能電表是單路單相或者單路三相的,對每一個電路,會配備一個獨立的智能電表;通信行業(yè)使用的電能采集模塊,通常是多路采集模塊,能夠同時采集十幾個甚至幾十個單相電路或者三相電路的電能數(shù)據(jù),大多數(shù)情況下不是每一個電路單獨配置一個電能采集模塊。電力行業(yè)用的智能電表是電量計費的重要依據(jù),功能單一,不允許用戶對其操作和設(shè)置;而通信行業(yè)用的電能采集模塊可以根據(jù)用戶的要求設(shè)置數(shù)據(jù)存儲周期等參數(shù),按照用戶需求統(tǒng)計相應(yīng)的用電量。通信機房的電能管理系統(tǒng)中也使用了少量的直流采集模塊,接在直流用電設(shè)備前端,用于采集直流用電數(shù)據(jù);而電網(wǎng)的智能電表則不監(jiān)測直流用電量的信息,因為直流設(shè)備都是通過整流器將交流電轉(zhuǎn)換成直流電的,與電網(wǎng)的計費沒有直接關(guān)系。圖4和圖5分別為電力行業(yè)用的智能采集器和通信行業(yè)用的采集單元。

在通信機房本地,無論是智能電網(wǎng)還是電能管理系統(tǒng),一般都會配置相應(yīng)的設(shè)備來收集機房內(nèi)的智能電表或電能采集模塊測量得到的電能數(shù)據(jù)。這些設(shè)備一般收集幾個至幾十個智能電表或電能采集模塊的測量數(shù)據(jù)。在智能電網(wǎng)中,這樣的設(shè)備稱作智能采集器或者集中抄表終端;在電能管理系統(tǒng)里,這樣的設(shè)備稱作電能采集單元。電能管理系統(tǒng)的采集單元通常比電網(wǎng)的智能采集器功能強大,甚至具有嵌入式操作系統(tǒng),不僅能夠?qū)M行簡單的數(shù)據(jù)處理和告警信息處理,還能與管理中心通信,完成管理中心指定的操作。而智能采集器目前主要是完成數(shù)據(jù)采集和存儲的工作,匯集多個智能電表的數(shù)據(jù)。

2 電能管理系統(tǒng)發(fā)展建議

(1)直流采集模塊在電能管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

目前,電能管理系統(tǒng)主要是統(tǒng)計交流電能的數(shù)據(jù),包括機房、基站的總用電量、空調(diào)用電量、UPS用電量等;對于直流用電量的數(shù)據(jù),電能管理系統(tǒng)采集得比較少。通信機房中的大部分設(shè)備是交流供電,而直流設(shè)備在數(shù)量和用電量上都比交流設(shè)備小很多;通信基站雖然使用直流設(shè)備,但由于基站數(shù)量太龐大,而且很多基站都在邊遠地區(qū),對于基站的電能測量設(shè)備的改造,人力財力成本都很高,而且基站的用電量比機房要小很多,所以大部分的基站現(xiàn)階段主要測量的是總用電量或者各個總線路的用電量,只有少數(shù)的標(biāo)桿站會測量基站內(nèi)的各個設(shè)備的用電量。而且,現(xiàn)階段很多直流供電設(shè)備的用電量都通過相應(yīng)的高頻開關(guān)電源等設(shè)備的交流用電量來計算得到的,并不是準(zhǔn)確的直流用電量。然而,近幾年,隨著240V、336V等直流供電的推廣,機房中的直流供電的設(shè)備越來越多,對直流用電量的測量和管理,是今后電能管理系統(tǒng)需要完善的一項重要工作。

對于電力行業(yè)來說,直流用電設(shè)備并不是直接與電網(wǎng)相連接,而是通過整流器將電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電后再提供給直流設(shè)備。出于單獨計費的需要,電力部門只計算電網(wǎng)供應(yīng)的交流電的費用,而不會計算直流電的費用,所以對直流電的用電情況并不關(guān)心。但是,在通信機房中,由于運營商需要對各個設(shè)備的用電情況進行細致的統(tǒng)計和分析,特別是節(jié)能評估計算設(shè)備用電量時,直流設(shè)備的用電量也是必須統(tǒng)計的,所以在電能管理系統(tǒng)中,測量直流用電設(shè)備的用電量也是很必要的。

直流電能的測量,從技術(shù)上來說并不難實現(xiàn),但需要安裝專用的直流電能采集模塊。這在電能管理系統(tǒng)建設(shè)初期是一筆不小的投入。現(xiàn)在有一部分機房、基站的直流設(shè)備配置了直流電能采集模塊。是否配置直流電能采集模塊,是一個需要通過評估成本和需求的綜合抉擇。

(2) 電能管理系統(tǒng)對諧波治理的貢獻

隨著科技和國家經(jīng)濟實力的發(fā)展,人們對電能質(zhì)量的要求越來越高。現(xiàn)在電網(wǎng)供電的電壓已經(jīng)很穩(wěn)定,但仍有電流諧波高、功率因數(shù)低的用電設(shè)備接入電網(wǎng)。這些設(shè)備的使用,對電網(wǎng)以及電網(wǎng)中的其它用戶,都會有不良的影響。

采集模塊可以在采集電壓、電流、功率等電能參數(shù)的基礎(chǔ)上,增加諧波的采集功能,這個功能從技術(shù)上來說也不難實現(xiàn),只是采集模塊的成本會有所增加。如果具有諧波檢測功能的采集模塊未來大規(guī)模普及,成本下降也是必然趨勢,屆時具有諧波檢測功能的電能采集模塊將有機會被推廣。隨著電能管理系統(tǒng)的推廣和普及,高電流諧波、低功率因數(shù)的用電設(shè)備將很容易被發(fā)現(xiàn),諧波治理工作也可以有針對性的展開,而不必在尋找諧波的源頭上花費大量的精力了。如果能夠準(zhǔn)確定位諧波來源,并采取針對性措施對諧波進行治理,那么整個供電網(wǎng)絡(luò)的電力質(zhì)量都將會大大改善,電網(wǎng)中的用戶也將能夠用上更穩(wěn)定更可靠的交流電。

(3) 電能管理系統(tǒng)在節(jié)能評估方面的應(yīng)用

近幾年,隨著各種節(jié)能政策的出臺和節(jié)能措施的實施,節(jié)能效果的評估成了一個熱門的研究內(nèi)容。目前關(guān)于機房節(jié)能評估,最熱門的就是機房能耗的PUE值。PUE值計算是通信機房的總用電量與主設(shè)備用電量的比值。各個節(jié)點的用電量數(shù)據(jù),可以通過電能管理系統(tǒng)采集并匯總。所以,電能管理系統(tǒng)將為機房的節(jié)能評估提供完整的原始而且可信的數(shù)據(jù)。

(4) 電能管理系統(tǒng)在云計算的應(yīng)用

隨著大數(shù)據(jù)時代的到來,云計算在各個領(lǐng)域正大力推廣發(fā)展,通信行業(yè)也不例外。近幾年,很多通信運營商、互聯(lián)網(wǎng)公司都在建設(shè)大規(guī)模的IDC數(shù)據(jù)中心。云計算應(yīng)用電能管理系統(tǒng),只是時間早晚的問題。

電能管理系統(tǒng)可以在全國統(tǒng)一建設(shè)數(shù)據(jù)中心用于存儲和處理全國各地的用電量數(shù)據(jù),將各個機房的用電數(shù)據(jù)直接傳到該數(shù)據(jù)中心平臺,各個省或市的管理中心可以作為客戶端訪問該數(shù)據(jù)中心。這樣可以將全國的數(shù)據(jù)資源集中管理,有助于各地數(shù)據(jù)資源的完整性和統(tǒng)一性。這種解決方案需要消耗龐大的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源和數(shù)據(jù)存儲資源,在現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)帶寬條件下,實現(xiàn)起來有一定的技術(shù)和成本的困難;然而,隨著網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展,相信在不遠的將來,這樣的解決方案將會是一種發(fā)展趨勢。

3 結(jié)束語

本文介紹了通信機房電能管理的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)、與動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的分工協(xié)作以及與智能電網(wǎng)的差異,并根據(jù)當(dāng)前通信行業(yè)的發(fā)展趨勢,提出了針對未來發(fā)展的一些建議。隨著節(jié)能減排在全國的興起,作為節(jié)能減排重要的評估手段之一,電能管理系統(tǒng)未來必將在通信機房中扮演著重要的角色。

作者簡介

劉亦珩,就職于中國信息通信研究院中國泰爾實驗室,長期從事通信電源和機房環(huán)境的測試和標(biāo)準(zhǔn)制定工作。YD/T2767-2015《通信局(站)電能管理系統(tǒng)》第一作者,YD/T1363《通信局(站)電源、空調(diào)及環(huán)境集中監(jiān)控管理系統(tǒng)》系列標(biāo)準(zhǔn)起草組成員。牽頭制定了多個通信電源、機房環(huán)境行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

編輯：Harris

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• 文章標(biāo)簽： 管理系統(tǒng) 電能 機房
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