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(jìn)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(hù)。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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(yuǎn)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(jìn)行細(xì)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(xiàn)

隨著科技和國家經(jīng)濟(jì)實力的發(fā)展,人們對電能質(zhì)量的要求越來越高?，F(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(jìn)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(yuǎn)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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