通信站点能源运营平台开发与应用探析

关键词：通信站点；能源运行；碳达峰；碳中和；信息系统

0 前言

“碳达峰、碳中和”是我国的重要战略目标。2022 年8月，工信部等七部委联合发布的《信息通信行业绿色低碳发展行动计划（2022—2025年）》，进一步阐明了“全面系统提高信息通信行业绿色低碳发展质量，助推经济社会发展全面绿色转型，助力实现碳达峰、碳中和”的目标。与此同时，当前通信站点能源运营面临以下不足：

1） 通信站点耗电量及碳排放随网络规模增大而大幅提升，运营商节能降费压力大。

2） 同一站点内源、荷和储缺乏协同，各自为战，难以兼顾运营安全与效益最大化，从而导致通信站点的能源运营效益未得到有效开发。

3） 通信行业的源荷储与电力行业的电网及微网缺少统筹与协同，双方优势互补的潜力未得到有效挖掘。

为解决通信站点能源运营问题[1-2]，急需一套能源运营平台，通过全面推广应用，从而助力“碳达峰、碳中和”国家战略目标[3]。

1 平台需求分析

平台需要实现网络能源轻资产和数智化运营，在保障用户感知和网络质量前提下，实现对内最大节能降费，对外最优增值服务，主要需求包括：

1） 构建能源运营平台，实现站点数智化管控[4]，为能源运营模式转型与效能提升提供核心支撑。

2） 推进分布式直流光伏系统在通信站点场景的技术升级与规模化应用，提升绿电用能占比，促进节能降费，优化“双碳”指标。

3） 建设分布式虚拟电厂集群，发挥自有资源优势参与电网需求响应，从单向供给向双向协同转变，打造通信运营商、合同能源管理服务商和电力公司三赢局面。

2 平台架构和功能

平台建立与源网荷储基础设施的接口互联互通，实现各类源荷储运行预测服务、荷荷联动服务、源荷储统筹调度服务、电池储备一体计算模型服务和光储调度电压控制服务，以及虚拟电表和电量稽核模型等后台核心服务，对上层应用提供共享访问能力。

平台主要包括能源统筹管理、虚拟电厂及合同能源管理等三大上层应用。能源统筹管理主要包括对光伏、储能、基站、传输、空调节能管理、荷荷联动管理、源荷储统筹调度管理、源荷储节能评估以及能源驾驶舱。虚拟电厂包括需求响应管理、响应运行监控、交易管理、响应效果评估等功能，以及源荷储资源聚合、需求响应双保调度等支撑功能。合同能源管理主要包括合同管理、电价管理、考核管理、验收管理功能，以及电表管理、稽核管理等支撑功能。能源运营平台主要包括后台核心服务，以及站点能源管理、虚拟电厂及合同能源管理三大应用。

2.1 核心服务

平台建立与源网荷储基础设施的接口互联互通，并实现以下11类服务：

1） 光伏发电预测服务。基于历史大数据及天气预报，预测光伏发电走势。

2） 储能系统备电时长预测服务。基于5类智能计算技术，实现SOH、SOC 和备电时长等关键参数预测。

3） 基站负荷预测服务。基于基站历史大数据进行负荷特征辨识和预测。

4） 传输负荷预测服务。基于传输历史大数据进行负荷特征辨识和预测。

5） 空调温控区间预测服务。基于空调历史大数据及天气预报进行温控区间趋势变化分析与预测。

6） 荷荷联动服务。统筹基站负荷、传输负荷和空调负荷，形成统一的站点负荷；以负荷之间流量承载及关联关系构建计算模型，得到最佳负荷节能策略。

7） 源荷储统筹调度服务。统筹站点光伏、负荷、储能，基于光伏发电时长、站点负荷变化，结合峰谷电价调整储能充放电策略，实现能源效益最大化调度。

8） 电池储备一体计算模型服务。实现安全与效益兼顾的最优放电深度平衡点计算。

9） 光储调度电压控制服务。基于开关电源实现储能充放电、光伏发电、开关电源供电的动态切换。

10） 虚拟电表服务。基于多维度大数据实现数字仿真电量计量，打造7类虚拟电表，支撑合同能源管理电量稽核。

11） 电量稽核模型服务。构建5类稽核模型，对光伏、储能、基站节能等合同能源管理计量分成场景提供数据校核服务，并支持内部审计。

2.2 站点能源管理

站点能源管理实现对通信站点源荷储资源的统筹管理、调度、运行监视与效果评估，在保证通信质量、备电安全与供冷安全的基础上，通过数智化手段，促进能源基础设施运营效益的最大化。主要包括：

1） 实现对站点各类能源节能减费运行的管理，包括基站节能管理、传输节能管理、光伏节能管理、储能节能管理和空调节能管理功能，支持对相关资源的信息查询、调度方案下发执行、运行参数查询统计和节能效果统计。

2） 实现荷荷联动管理，建立基站、传输和空调等三类负荷的关联性管理，实现统一站点负荷计算与管理和三类负荷联动调度策略管理。

3） 实现源荷储统筹调度管理，建立站点光伏、负荷和储能的数据分析模型，管理统筹调度策略审批和下发和执行情况。

4） 基于能源运行大数据分析，实现源荷储节能效果评估，以图表曲线结合光伏发电曲线、储能充放电曲线、峰谷电价曲线、收益曲线和各地市/设备同比环比等，分析评估统筹节能效果。

5） 基于可视化技术，实现能源驾驶舱，便于直观和清晰查看浙江移动源荷储资源分布情况和运行情况和收益情况。

2.3 虚拟电厂

虚拟电厂主要实现通信侧源荷储资源聚合[5]，参与电网侧需求响应。主要功能包括6部分：

1） 需求响应管理，对接国网数科电网互动平台，获取需求邀约，组织资源聚合，上报响应能力，跟踪需求响应执行过程，评估最终结果，从而对需求响应前、响应中和响应后3个阶段实现全程闭环管控。

2） 响应运行监控，以图表界面对每个参与需求响应的站点运行状态，包括功率、电量以及光伏、储能、空调和油机运行状态进行监控。

3） 交易管理，基于需求响应运行结果，对接获取收益数据，并与合同能源管理功能打通，进行合作伙伴分成管理。

4） 响应效果评估，基于响应负荷实际监测结果及站点通信质量、备电安全、温度等数据，对风险资源站点退出响应损失、响应负荷动态上浮收益进行统计分析，对各站点参与响应的效果和效益进行分析。

5） 源荷储资源聚合，实现站点内光伏、储能、空调和油机资源聚合管理；实现地市内站点资源的进一步聚合，形成分布式虚拟电厂集群。当需求响应邀约到来，根据邀约时段分析评估站点基线负荷特征，预测站点能力，并优选目标站点参与需求响应。

6） 需求响应双保调度，在需求响应期间，采用梯次优选调度策略进行负荷压降。持续监测站点运行，采用双保调度策略，对高风险站点启动退出响应策略，对低风险站点启动负荷上浮优选策略，兼顾安全可保障及效益最大化。

2.4 合同能源管理

合同能源管理主要包括电价管理、合同管理、考核管理和验收管理功能，以及电表管理和稽核管理等支撑功能等，具体包括：

1） 电价管理，同步直供电代理电价、转供电价、兜底电价和电力市场化交易电价，建立专属能源电价库。

2） 合同管理，实现合同数据台账管理，自动关联能源合同分成比例，节电效益自动生成，分成与结算信息线上审批。

3） 考核管理，实现能源服务质量线上评分及双向确认。

4） 验收管理，实现验收流程线上闭环管理，验收后对接财务报账系统启动分成结算工作。

5） 电表管理，实现电表信息基础管理，实体电表计量数据、虚拟电表计量数据的集中存储访问与统计报表。

6） 稽核管理，实现电量计量数据稽核，呈现自动稽核结果并提供统计报表。

3 业务流程

3.1 基于设备智能升级与站点负荷统筹节能策略，实现“荷-荷”联动的数智化节能

基于对通信站点负荷统筹管理的需要，首先对站点现场的基站主设备、传输设备、空调设备、FSU四类设备进行总计9大项的智能升级并将其与能源运营平台相连接，以使各类设备相关数据实现互联互通和节能控制，满足通信站点负荷节能运营的数字化、智能化和系统化管理需求。在此基础上，站点负荷统筹节能首先以话务量预测为导向，进行基站主设备节能；随后以基站无线流量为基准，传输设备负载率波动数据为补充，调整传输带宽和设备响应；最后以基站和传输设备的负荷为主导，空调制冷量与机房热负荷相匹配为目标，控制空调温度和运行状态，最终在对基站设备、传输设备、空调三者负荷智慧控制联动的基础上，形成了“荷- 荷”联动的最优节能策略，并通过统筹编排与下发动环指令实现了“荷-荷”联动下的最优数智化节能。

3.2 通信站点光伏、负荷、储能有序协同，实现源荷储统筹节能

以通信站点“荷-荷”联动为前提，基于业务及节能策略的主设备负荷变化趋势预测技术、天气预报与站点关联度的光伏发电功率预测技术，来获取“主设备负荷-光伏发电”的变化趋势预测值，结合短期DoD 与收益和长期循环寿命的对抗博弈得到动态最优放电深度平衡点、电池备电时长预测值、尖峰谷和需求响应电价策略，来反馈修正结果，针对全时段光伏消纳情况及无光场景形成完备的源荷储统筹调度技术。随后以开关电源为核心枢纽，实时跟踪光伏、储能、电源信息，不断调整开关电源输出电压，实现光伏发电、储能充放电、开关电源供电三者间的动态转换，完成光储调度电压控制技术；以最优DoD、安全备电最小SoC、电池循环次数、长短期效益博弈，寻找最优放电深度平衡点，搭建电池储备一体计算模型。最终以源荷储统筹调度技术为核心，以光储调度电压控制技术、电池储备一体计算模型为两大基础，兼顾经济性与安全性，执行源荷储一体化统筹调度。

3.3 携手国网数科，实现通信侧虚拟电厂参与电网侧需求响应

能源运营平台通过聚合通信运营商分布式直流光伏、油机、空调负荷和储能系统资源打造虚拟电厂，并集成国网数科公司电网互动平台建立与国网浙江公司需求响应平台的连接，实现三阶段全闭环需求响应管理。

1） 需求响应前

当国网浙江公司预测电力供应紧张，需要开展削峰需求响应，则经过能源局评审后在需求响应平台发布日前邀约。该邀约通过国网数科互动平台推送到浙江移动能源运营平台虚拟电厂应用。能源运营平台聚合各站点源荷储资源，通过对各通信站点可调负荷的历史运行大数据分析计算，得到站点基线负荷特征辨识结果，并结合光伏发电预测、站点负荷预测、温度区间预测及储能充放电能力预测，优选参与需求响应的站点。确定站点范围后，系统将参与需求响应的基站户号、响应时段、响应负荷、响应价格打包形成邀约能力上报，推送到电网互动平台。电网互动平台聚合邀约响应信息，并统一发送给国网省公司平台。

2） 需求响应中

能源运营平台在需求响应期间，采取梯次调度策略对光伏、储能、空调负荷、油机进行优化调度，并实时监测站点电量数据及负荷数据，采取双保调度策略，对安全风险高站点启动资源退出机制，对风险低站点进行负荷上浮优选调度，从而一方面确保需求响应不对通信网络质量、站点备电安全以及供冷安全带来影响，另一方面确保需求响应任务收益的最大化。国网数科互动平台对需求响应进行电网侧负荷运行监控，如出现异常则及时报警。

3） 需求响应后

在需求响应结束后，电网互动平台会将国网侧需求响应的收益结算结果发送给能源运营平台，同时在收益管理及响应看板中，实时分析和管理需求响应任务。能源运营平台对响应期内负荷/电量数据进行计量，并对国网侧提供结算数据进行稽核。稽核通过后，则按照与合同能源管理服务商约定的分成策略，共享需求响应收益。合同能源管理服务商应在需求响应期内做好光伏、储能、空调等资源的运行保障，做好技术支撑。

4 网络拓扑

网络架构包括能源运营平台、通信站点的源荷储资源设备、无线网管系统、传输网管系统、动环网管系统和传输网络等通信运营商侧的网络资源，以及电网互动平台、国网省公司平台、电网、微网等电力公司侧的网络资源，两者之间交互融合，实现通信站点源网荷储一体化能源运营。

5 结束语

平台提供了通信站点能源运营体系的全方位解决方案，践行国家节能减碳政策要求，有效缓解了运营商行业面临的“双碳”指标和运营成本的双重压力问题，为通信站点的碳达峰、碳中和奠定了基础。实现从荷荷联动到源荷储统筹调度，再到虚拟电厂源网荷储一体化调度，解决了站点源荷储资源松散管理、难以挖潜的问题，并实现和电网的双向互动与资源增值；通过数智化稽核体系建设，以虚拟电表技术弥补了实体电表存在的不足，为合同能源管理分成计量夯实基础，为引流社会资源参与运营商节能运营保驾护航。

平台具有很高的应用价值，自2021年3月已在浙江移动全省11个地市投入使用，现已应用部署包括37.7 万个基站、2.2万台空调、5 740个储能站点、712个光伏站点、20台传输设备，以及1 000个站点参与电网需求响应；累计节电2.39亿度，削峰电量2 067.72万度。