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通信基站能耗综合管理系统

2013-08-28 16:51:46 来源：安科瑞王海芹

1、通信基站能耗现状分析
        通信运营商的蜂窝网基站数量大，分布面广，安装位置分散且情况复杂。基站大多是租用民房，有些电表由电网公司安装，有些电表为业主安装，表的类型非常多，既有感应式电度表，也有电子式电度表，还有 IC 卡电表。由于点多面广，情况复杂，通信公司需要派专人或委托代维公司抄表、维护，以满足基站的电量核算、用电分析等能耗日常管理。特别是近年来，随着基站数量迅速增加，用电成本已经成为运营商的主要成本，而且比例还在逐年增加，节能降耗已成为公司重点工作之一。但目前基站用电管理缺乏有效手段：柴油机发电管理混乱、用电信息分析统计失真。节能目标缺乏科学依据。
       目前通信基站能源监控和管理中有如下几个问题特别突出：
1）、出现供电故障无法及时得知。
        基站内采用三相供电，有时会出现缺相、三相不平衡、电压偏差超标甚至停电等各种各样的供电故障。这些故障的出现会严重影响基站内设备的正常运行，如不能及时发现抢修就有可能使基站设备停机造成通讯故障甚至损坏设备，导致严重的损失。靠人工监控根本就无法及时发现上述的故障。
2）、非电力供电基站电费失真。
        除电力供电基站外，有很大一部分基站都是采用出租房屋方提供的电源，因场地条件限制，许多电表安装无法规范，可人为私自改动电表或私接电源窃电的机会很多。由于没有先进的技术手段对此行为进行监督管理，光靠现有的管理手段，既使有人改电表或窃电，我们的工作人员也无法知道。
3）、人工发电时长统计管理混乱。
        过去，每个基站的常规用电数量、基站突发性断电人工发电时长及电费等数据都靠人工进行统计，其*大的弊病是方法落后、统计随意性大和数据不精确。随着基站代维方式的引进，代维单位到基站发电的次数、发电起始时间、人工发电总时长及该支付给代维单位的路费、人工发电费等数据无法核实，造成很大浪费。
4）、私接基站电源窃电
        现在所有机房都是无人值守机房，正好给窃电分子有机可乘。加之大多数人对窃电行为的严重性意识不足，认为窃电不是违法犯罪，移动有钱对这点小钱不在乎。另外窃电者的窃电手段普遍都比较高明，不通过技术的手段是很难抓到窃电者的。利用私接电线的手段进行窃电的现象相当普遍。这样的问题基站现场电表读数是无法真实反映基站实际用电情况的。
5）、对于基站的能耗状况缺乏系统的统计资料
        由于人工抄表时间不固定，不能进行日抄表，因此很难建立起系统的用电统计资料。这对于移动公司选择节约基站用电方案，监测能耗异常变化、测试节能效果缺乏有效依据。
6）、效率低下、效果不好、劳动强度大
        由于基站的分布特别分散，不集中，而且都在楼宇顶层上，特别是在郊区更加分散，抄表的效率极其低下。一个抄表员平均每天仅能够抄15只表，每个抄表员每月以22天计算仅能抄录330个表。4000多个基站至少需要15名抄表员。正常情况下，监控人员不可能这样满负荷地工作，因此至少需要 20~25 名工作人员。
即使如此每个月每个基站也只能检查一次，对于突发的供电不正常等情况完全不能应对。除了要抄表之外抄表员还要负责检查IC卡表是否余额不足、IC卡充值、是否有偷电情况发生、是否供电不正常等等。这些工作有些技术性很强，不是一般的抄表员能够完成的。
7）、用电管理手段落后，导致非主营业务管理成本增加
        由于没有有效的科学管理手段，主要依靠人工采集数据，运营商必须投入大量的人员对基站市电供电单位或个人进行电费核对结算工作。调解用电纠纷，这样增加了过多的人力资源与管理成本在非主营业务上的耗费。
2. 通信基站寻求能耗综合管理建设方案
        通信基站能耗综合管理系统平台是一种软、硬件结合的平台，通过能耗数据监测采集、基于能效的指标量化管理和分析应用三个体系的建设，对通信基站、接入网点、模块局、中心机房内的各类设备能耗（含主设备、电源系统、空调系统、监控设备、配套系统等）、环境参数（湿度、温度等）进行精细化监测，实现对能耗数据的汇总、对比和分析，建立适合通信企业的各类能效评估指标和管理流程，为进一步开展节能措施提供依据。
        系统通过监控单元监测通信基站市电的电参数和每一支路的用电量，可对以上各电量数据进行每小时、天、月、年等分时段的统计、管理及分析，能够呈现某个时间段、某个机房、某类设备的用电量数据及所有设备的总用电量数据，并可对其横向比较、同比、环比，结合基础信息计算得出基站或者设备用电*，通过智能决策分析系统对于用电异常基站或设备及时以短信、语音、工单的方式通知维护人员，并提出整改意见。

3. 通信基站能耗综合管理系统在乌兰察布联通公司中的应用
3.1、案例分析
       乌兰察布联通公司隶属于中国联合网络通信有限公司内蒙古分公司，是由原中国联通和中国网通于2008年10月15日合并后成立的特大型国有电信企业，拥有固定资产13亿元，下辖十个旗县市分公司，员工2000余人，主要经营GSM移动通信、互联网业务、数据业务、国内、国际各类固定电信网络设施及相关电信服务，拥有GSM手机用户25万户，固话、宽带、小灵通等各类用户总数35万户。
        本项目是针对联通乌兰察布分局通讯基站所设计的通信基站能耗综合管理系统。通讯基站在通信中的地位非常重要，通信信号主要通过基站传输，基站将从手机收到的信号传给服务器，服务器经过处理再发送给基站，基站再发送给目标手机，就完成了一次通信。如果没有基站，就无法完成通信，包括固定电话也是这样。本系统正是通过对通讯基站的供电系统进行监测来确保其供电正常，从而使通讯基站不至于因供电系统的故障导致影响其运行，并且无法让管理人员及时得到故障信息。
3.2、软件设计参照的标准和依据
GB/50198-94 《监控系统工程技术规范》
GB/T13730    《地区电网数据采集与监控系统通用技术条件》
DL/T630          《交流采样远动终端通用技术条件》
GB/T13729    《远动终端通用技术条件》
GB2887            《计算站场地技术要求》

3.3、系统架构

       通讯网络：通讯网络集联包括现场设备的连接和通讯网路的组建。现场智能仪表之间的连接，各电表通过屏蔽双绞线，并且以现场总线方式进行传输接入动环监控系统；由于联通的基站分布广，基站与局站之间相隔很远达到数千米级别，我们可以考虑应用光纤来组网传输。
       通讯设备：主要由通讯管理机、以太网设备及总线网络组成。该层是数据信息交换的桥梁，负责对现场设备回送的数据信息进行采集、分类和传送等工作的同时，转达上位机对现场设备的各种控制命令。
       通讯管理机：是系统数据处理和智能通讯管理中心。它具备了数据采集与处理、通讯控制器、前置机等功能。以太网设备：包括工业级以太网交换机。
通讯介质：系统主要采用屏蔽双绞线、光纤以及无线通讯等。
      联通监控平台要通过主站来监测查询各个基站的能耗数据并且从局站能耗管理服务器对基站监控中心获取的能耗数据进行后台统计分析，并对生成能耗管理报表的数据进行预处理，从而构造一套综合组网的能耗管理系统，将局站基础信息存储到能耗管理系统数据库中；统计分析所生成的能耗汇总数据、能耗同比数据、能耗环比数据、单位能耗分析数据、能耗效率数据等。

3.4、设备参数列表

序号	名称	型号、规格	单位	数量
1	现场设备层
	电力仪表		只	27
2	站控管理层
	工作站主机	EVOC IPC-810B Core2 2.66G /1G/250G +键鼠等	台	1
	显示器	19W"液晶显示器	台	1
	UPS电源	C1K/1KVA	台	1
	打印机	HP 1007 A4幅面	台	1
	操作台	钢木结构含一椅	套	1
	能耗分析软件	系统组态软件Acrel-5000	套	1
	能耗分析软件	数据存储软件Acrel-dbSQL	套	1
	能耗分析软件	电力监控软件Acrel-EnerSys	套	1
	能耗分析软件	设备驱动软件Acrel-Driver	套	1
3	网络通讯层
	工业串口服务器	JetPort5604i RS485接口×4	套	1

3.5、系统设计参数

遥测正确率：	≥99.9%
模拟量测量综合误差：	＜0.5%
遥测更新周期：	15min（*小分辨率1min可调）
调用画面响应时间：	＜2S
事故推画面时间：	＜2S
网络速率：	10M/100M
工作环境温度范围：	-20℃~+55℃
相对温度：	≤95%（25℃）
历史曲线日报，月报储存时间	≥1年
系统使用寿命：	≥5年
系统平均无故障时间MTBF：	≥30000小时

3.6 现场设备层可安装电力仪表种类
以某一配电箱为例，如下图所示：市电、油机进线投切点与出线配电柜距离较远，在A0处配仪表DTSD1352并加装电流互感器(鉴于是改造项目，推荐使用开口式互感器)，在A1～A5处配仪表AMC16MA并加装电流互感器；在B0～B12处配AMC16MD仪表并加装霍尔传感器。

3.6.1 DTSD1352电能计量仪表

●功能
检测三相线路中的电压、电流、功率、四象限电能,并实现当市电与油机之间切换时，由开关量输入信号进行判断，从而实现市电与油机的分项计量。
●外形尺寸及安装方式

●接线示意：互感器接入

3.6.2 AMC16MA交流多路电能表
●功能
Ø 计量正反向有功、无功电能
Ø 测量三相总进线的母线U 、2路三相进线的I、P、Q、PF、36路单相出线（12路三相）的I、P、Q、PF
Ø 1路开关量输出
Ø 1路RS485通讯
●外形尺寸及安装方式

●电流回路接线示意

3.6.3 AMC16MD直流多路电能表
●功能
Ø 计量直流电能
Ø 测量直流母线U、42路直流出线I、P
Ø 1路RS485通讯
●外形尺寸及安装方式

●电流回路接线示意

3.7、系统功能
3.7.1数据采集与处理
数据采集是配电监控的基础，数据采集主要由现场测控层仪表采集完成，实现远程数据的本地实时显示。需要完成采集的信号包括：三相电压U、三相电流I、频率Hz、功率P、功率因数COSφ、电度EPI、远程设备运行状态等数据。
3.7.2数据库建立与查询
主要完成遥测量和遥信量定时采集，并且建立数据库，每隔一定时间将所采集到的实时数据存入数据库中，供客户自行根据时间查询。
3.7.3历史数据及实时数据输出
当客户查询数据时，可以选择将报表输出为一个excel文档或者直接打印以供存档。

    后台工控机通过现场设备和通信系统提供的传输通道，完成对各回路电力参数的数据采集，信息经分析、处理，以报表等多种形式供值班员参考，使值班员能够便捷的掌握供电系统的运行状况，包括相关设备的运行状况。
3.7.4运行信息与保护信息采集
        系统采集来自智能测控单元装置送来的参数，低压主进线、母联和出线的遥测信号。包括每个回路的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电能、无功电能和各种报警信息等。
3.7.5人机操作界面
        系统提供简单、易用、良好的用户使用界面。可按照配电所显示配电系统设备状态及相应实时运行参数。
系统软件提供功能齐全的图形编辑软件，用户可以根据实际情况和以往习惯自行定各种图元图形及设备在各种状态下的显示方式。
包括如下功能特征：
       全图形方式编辑的图形画面具有多种显示特性，用户可以非常直观、方便地编辑、定位、查看有关信息和内容。
提供画面管理工具，可联想相关调用、重要画面快速调用、画面文件索引选择、事故自动调用画面。
       提供多种数值显示手段，数值可用棒图显示、曲线显示，并可根据数值状态和系统状态由用户根据需要和习惯自行定义闪烁、变色及置上特殊符号以便区分包括遥测在内的各种数据的正常、越上限、越下限等情况。
       屏幕显示：中文液晶显示，可选择图形颜色、闪烁、动画等手段充分表示工况图及操作画面、配电系统实用参数表格、各类操作票及报表、事故及故障报警显示、测控及保护单元运行工况显示等电力运行状况；画面显示响应时间1s。

3.7.6统计分析、报表、打印
数据库实时和历史记录保留3年以上；
对各电气设备和系统运行参数进行汇总统计，并根据用户要求生成各类报表，包括：
n 分时、日、月、季度和年度报表；
n 各设备参数和*值统计报表；
n 全系统运行统计报表等；
n 对于事件记录、报警和数据报表，可设置为定时打印；

3.7.7历史记录与趋势分析
系统收集各监测控制与管理装置的实时数据并存储在一个开放式数据库中予以保存，系统可保存长时段（多年）的历史记录。根据历史数据记录可进行各参数的年度、月度和日变化和实时数据趋势分析，进行分类和综合比较分析，为业务流程优化和设备设施使用优化提供依据。
趋势分析：

3.7.8系统安全
本系统软件设置多达几百种密码分区和密级设置，为系统管理员、工程师、值长、一般值班操作人员等提供分级密码，并对所有操作自动进行带时标事件记录，可建立良好的反事故措施。
用户权限管理：

3.7.9故障分析与设备维护管理
系统依据带时标的事件记录和波形记录可进行故障和事件的成因分析；另外，系统统计开关等设备的状态参数和累积寿命参数，可据此提出设备维护预告；
事件记录：

3.7.10其他功能
       其它日常管理，如运行记录及交接班记录管理，设备运行状态、缺陷、维修记录管理、规章制度等。管理功能满足用户要求，适用、方便、资源共享。各种文档能存储、检索、编辑、显示、打印。

4、总结
       对于联通公司来说，基站要做到精细能源管理，以目前的现状，需投入大量的人力、物力和财力。因为数量众多，地理位置分散，给工作人员带来*的不便。利用 Acrel-5000能耗综合管理系统进行监控，自动读取相关数据并加以分析，还可进一步进行远程控制或设备维护，可减少人力资源、缩短修护时间并节省专线建设成本。

【参考文献】
[1]任致程、周中编著  电力电测数字仪表原理与应用指南中国电力出版社 2007.4
[2]朱立泉变配电系统的智能管理系统分析  智能建筑电气技术  2007年第1卷第4期
[3]上海安科瑞电气股份有限公司产品手册.2013.01.版

《建筑能耗监测管理系统设计与应用图集》（图集号：ACR12CDX301）由安科瑞电气股份有限公司及山东省建筑电气技术情报网主编，本图集结合安科瑞Acrel-5000能耗监测系统，依据电气设计规范，满足国家机关办公建筑和公共建筑节能监管体系建设的要求，达到绿色建筑用能管理科学化、数据化，实现绿色建筑节能降耗的目的。该图集的编制得到了中国建筑学会建筑电气分会、全国建筑电气设计技术协作及情报交流网的许多专家的关心和支持，参加审阅的专家有丁杰、王东林、王金元、王勇、孙成群、孙胜进、张文才、李炳华、李蔚、杨德才、沈育祥、邵民杰、陈汉民、陈众励、陈建飚、周名嘉、俞志敏、洪伟、夏林、郭晓岩、熊江。图集适用于新建或改扩建的国家机关办公建筑和公共建筑的能耗监测与管理的系统设计、施工和运行维护。凡需要规程的设计、使用、生产、安装与施工单位，请提供贵单位名称、部门、地址、邮编、联系人、联系电话、邮箱等信息，传真021-69158302、邮件：acrelwhq@163.com 或QQ2880157862至安科瑞王海芹工程师收，安科瑞电气免费赠送。

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