隨著通信行業的快速發展，通信網絡結構日益復雜，通信機房的規模和數量都呈現快速增長，通信設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，通信行業急需對設備的用電進行科學、有效的管理。特別是近些年來放置互聯網服務器的IDC數據中心發展迅速，高功率密度的服務器使用越來越普遍，機房耗能管理和機房節能措施成為當下熱門的研究課題。伴隨著各種節能減排措施的推廣，電能管理系統也在近幾年快速發展和應用。各個運營商也都希望通過電能管理系統的應用，能夠使機房的用電更加合理，管理更加科學。
電能管理系統在功能上是一個獨立的系統，在組網結構上可能是獨立的也可能是與動環監控系統或者其它系統相關聯的。在通信機房里，電能管理系統與動環監控系統相互依賴，功能互補；與電力行業的智能電表相比，電能管理系統與之實現的功能相似，但關注的重點有所不同。
本文將以電能管理系統與動環監控系統以及智能電網的關系為出發點，分析電能管理系統在建設和使用上的特點，并就其未來的發展趨勢提出了一些建議。
1 電能管理系統的現狀
（1）電能管理系統的組網結構
電能管理系統一般有兩種組網方式。第一種是在原有動環監控系統的通信機房，將動環監控系統采集的電能數據直接傳輸到電能管理系統的管理中心（或將電能管理系統和動環監控系統集成于同一個系統）。這種方式適用于已經建有動環監控系統的通信機房，它能最大限度的發揮原有動環監控的作用，也能更好的降低電能管理系統的建設成本。第二種是采集模塊通過采集單元或直接將電能數據上傳到管理中心，管理中心再將指定的數據傳輸到集中管理中心。這種方式適合于沒有建立動環監控系統的通信機房，在新建電能管理系統的網絡時，可以根據實際需求選擇電能數據采集、存儲設備和傳輸的網絡。電能管理系統的組網結構如圖1所示。
圖1 電能管理系統組網結構
（2）電能管理系統與動環監控系統的分工與協作
隨著網絡技術的發展和完善，通信機房動環監控系統已在各個運營商使用多年。動環監控主要負責監控通信機房的電源、空調和環境參數等指標，保證通信機房中的設備都在良好的環境下運行。當設備或者環境出現異常時，動環監控系統會產生實時告警并上傳到監控中心和集中監控中心，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，動環監控系統是工作人員獲取設備和環境信息的最重要的途徑。電能管理系統的主要用途是統計各個通信機房的用電情況，以及各個設備的用電情況。由于電能管理系統不是直接負責監控通信機房內設備的運行狀態，不直接與機房內各個設備的監控模塊通信，所以機房內設備的實時告警對于電能管理系統的依賴性相對較低。
在很多情況下，電能管理系統和動環監控系統都保持著密切的聯系。在以前建有動環監控系統的通信機房，采集模塊通常與動環監控系統的監控單元相連，采集的電能數據通過動環監控系統的網絡傳輸到管理平臺，再通過動環監控系統與電能管理系統的接口，將數據傳輸到電能管理系統。這樣可以有效避免重復建設和資源浪費。對于以前沒有建設動環監控系統的通信機房，則會建設獨立的電能管理系統組網，動環監控系統也可以利用與電能管理系的接口分享電能管理系統的數據和信息。
在獨立建設的電能管理系統中，電能采集模塊的通信協議通常有三種：一種是遵循YD/T2767-2015《通信局（站）電能管理系統》開發的協議；第二種是遵循DL/T645-2007《多功能電能表通信協議》開發的協議；第三種是遵循MODBUS協議開發的協議。DL/T645協議是針對電力行業的智能電表開發的，只能傳輸單路單相和單路三相交流電的數據，如果是多路采集模塊，協議的使用會很復雜；MODBUS的協議雖然簡單易實現，但其只能按順序傳輸較簡單的數據，不利于判斷傳輸內容的完整性和正確性；相比之下，YD/T2767協議遵循YD/T1363.3的動環監控協議格式，能夠與動環監控更有效地配合，也更適合用于電能采集模塊中。在系統中對所有設備使用統一的協議，也有助于電能采集模塊的通用性。在已建設動環監控系統的機房，電能采集模塊可以直接與動環監控系統中的監控單元連接和通信。采集模塊如果采用基于YD/T2767協議格式的通信協議，能直接應用到動環監控系統中，這樣大大增加了采集模塊的通用性。
（3）電能管理應用在通信行業和電力行業的差異
最近幾年，電力行業也在對電網中使用的電表進行改造和升級，力圖建設一個智能化的電網。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、自動統計的方式替代現有的手工抄表、人工統計的模式，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，它測量的用電量數據是電力部門收取電費的依據。通信行業使用的電能采集模塊（見圖3），主要用途是統計通信機房的用電情況，并將數據上報匯總并備份，用于統計和分析不同時段、不同區域的用電情況，為節能評估提供原始數據；也有部分機房將電能采集模塊的數據作為對外出租機柜的電費計量依據。鑒于在兩個行業的使用目的和側重點不同，在儀表的配置上，也有所差異。
圖2 電力行業用的智能電表
圖3 通信行業用的電能采集模塊
電力行業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計和計費，而通信行業通常用電能管理系統來統計機房的每個用電設備的用電量，機房內的通信主設備、空調、UPS等通常都會單獨統計用電量。電力行業現在主要依靠底端的智能電表進行用電量和電費的統計，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。在電能管理系統中，采集模塊測量的電能數據會及時上傳到服務器端，并可依靠服務器強大的處理能力對電能數據進行計算和統計；在電能采集模塊端，主要完成數據采集和備份的功能，對計算處理的要求相對較低。
通信行業和電力行業中用來測量電能數據的設備，也有差異。電力行業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據，大多數情況下不是每一個電路單獨配置一個電能采集模塊。電力行業用的智能電表是電量計費的重要依據，功能單一，不允許用戶對其操作和設置；而通信行業用的電能采集模塊可以根據用戶的要求設置數據存儲周期等參數，按照用戶需求統計相應的用電量。通信機房的電能管理系統中也使用了少量的直流采集模塊，接在直流用電設備前端，用于采集直流用電數據；而電網的智能電表則不監測直流用電量的信息，因為直流設備都是通過整流器將交流電轉換成直流電的，與電網的計費沒有直接關系。圖4和圖5分別為電力行業用的智能采集器和通信行業用的采集單元。
圖4 電力行業用的智能采集器
圖5 通信行業用的采集單元
在通信機房本地，無論是智能電網還是電能管理系統，一般都會配置相應的設備來收集機房內的智能電表或電能采集模塊測量得到的電能數據。這些設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據。在智能電網中，這樣的設備稱作智能采集器或者集中抄表終端；在電能管理系統里，這樣的設備稱作電能采集單元。電能管理系統的采集單元通常比電網的智能采集器功能強大，甚至具有嵌入式操作系統，不僅能夠對進行簡單的數據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據采集和存儲的工作，匯集多個智能電表的數據。
2 電能管理系統發展建議
（1）直流采集模塊在電能管理系統中的應用
目前，電能管理系統主要是統計交流電能的數據，包括機房、基站的總用電量、空調用電量、UPS用電量等；對于直流用電量的數據，電能管理系統采集得比較少。通信機房中的大部分設備是交流供電，而直流設備在數量和用電量上都比交流設備小很多；通信基站雖然使用直流設備，但由于基站數量太龐大，而且很多基站都在邊遠地區，對于基站的電能測量設備的改造，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，只有少數的標桿站會測量基站內的各個設備的用電量。而且，現階段很多直流供電設備的用電量都通過相應的高頻開關電源等設備的交流用電量來計算得到的，并不是準確的直流用電量。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需要完善的一項重要工作。
對于電力行業來說，直流用電設備并不是直接與電網相連接，而是通過整流器將電網的交流電轉換為直流電后再提供給直流設備。出于單獨計費的需要，電力部門只計算電網供應的交流電的費用，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心。但是，在通信機房中，由于運營商需要對各個設備的用電情況進行細致的統計和分析，特別是節能評估計算設備用電量時，直流設備的用電量也是必須統計的，所以在電能管理系統中，測量直流用電設備的用電量也是很必要的。
直流電能的測量，從技術上來說并不難實現，但需要安裝專用的直流電能采集模塊。這在電能管理系統建設初期是一筆不小的投入。現在有一部分機房、基站的直流設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）電能管理系統對諧波治理的貢獻
隨著科技和國家經濟實力的發展，人們對電能質量的要求越來越高。現在電網供電的電壓已經很穩定，但仍有電流諧波高、功率因數低的用電設備接入電網。這些設備的使用，對電網以及電網中的其它用戶，都會有不良的影響。
采集模塊可以在采集電壓、電流、功率等電能參數的基礎上，增加諧波的采集功能，這個功能從技術上來說也不難實現，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。隨著電能管理系統的推廣和普及，高電流諧波、低功率因數的用電設備將很容易被發現，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，那么整個供電網絡的電力質量都將會大大改善，電網中的用戶也將能夠用上更穩定更可靠的交流電。
（3）電能管理系統在節能評估方面的應用
近幾年，隨著各種節能政策的出臺和節能措施的實施，節能效果的評估成了一個熱門的研究內容。目前關于機房節能評估，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備用電量的比值。各個節點的用電量數據，可以通過電能管理系統采集并匯總。所以，電能管理系統將為機房的節能評估提供完整的原始而且可信的數據。
（4）電能管理系統在云計算的應用
隨著大數據時代的到來，云計算在各個領域正大力推廣發展，通信行業也不例外。近幾年，很多通信運營商、互聯網公司都在建設大規模的IDC數據中心。云計算應用電能管理系統，只是時間早晚的問題。
電能管理系統可以在全國統一建設數據中心用于存儲和處理全國各地的用電量數據，將各個機房的用電數據直接傳到該數據中心平臺，各個省或市的管理中心可以作為客戶端訪問該數據中心。這樣可以將全國的數據資源集中管理，有助于各地數據資源的完整性和統一性。這種解決方案需要消耗龐大的網絡帶寬資源和數據存儲資源，在現在的網絡帶寬條件下，實現起來有一定的技術和成本的困難；然而，隨著網絡的飛速發展，相信在不遠的將來，這樣的解決方案將會是一種發展趨勢。
3 結束語
本文介紹了通信機房電能管理的組網結構、與動環監控系統的分工協作以及與智能電網的差異，并根據當前通信行業的發展趨勢，提出了針對未來發展的一些建議。隨著節能減排在全國的興起，作為節能減排重要的評估手段之一，電能管理系統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境的測試和標準制定工作。YD/T2767-2015《通信局（站）電能管理系統》第一作者，YD/T1363《通信局（站）電源、空調及環境集中監控管理系統》系列標準起草組成員。牽頭制定了多個通信電源、機房環境行業標準。
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本文標題：談通信機房電能管理系統的現狀與發展
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