通信站點能源運營平臺開發(fā)與應(yīng)用探析

何照東

關(guān)鍵詞：通信站點；能源運行；碳達峰；碳中和；信息系統(tǒng)

0 前言

“碳達峰、碳中和”是我國的重要戰(zhàn)略目標。2022 年8月，工信部等七部委聯(lián)合發(fā)布的《信息通信行業(yè)綠色低碳發(fā)展行動計劃（2022—2025年）》，進一步闡明了“全面系統(tǒng)提高信息通信行業(yè)綠色低碳發(fā)展質(zhì)量，助推經(jīng)濟社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型，助力實現(xiàn)碳達峰、碳中和”的目標。與此同時，當前通信站點能源運營面臨以下不足：

1） 通信站點耗電量及碳排放隨網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增大而大幅提升，運營商節(jié)能降費壓力大。

2） 同一站點內(nèi)源、荷和儲缺乏協(xié)同，各自為戰(zhàn)，難以兼顧運營安全與效益最大化，從而導致通信站點的能源運營效益未得到有效開發(fā)。

3） 通信行業(yè)的源荷儲與電力行業(yè)的電網(wǎng)及微網(wǎng)缺少統(tǒng)籌與協(xié)同，雙方優(yōu)勢互補的潛力未得到有效挖掘。

為解決通信站點能源運營問題[1-2]，急需一套能源運營平臺，通過全面推廣應(yīng)用，從而助力“碳達峰、碳中和”國家戰(zhàn)略目標[3]。

1 平臺需求分析

平臺需要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能源輕資產(chǎn)和數(shù)智化運營，在保障用戶感知和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量前提下，實現(xiàn)對內(nèi)最大節(jié)能降費，對外最優(yōu)增值服務(wù)，主要需求包括：

1） 構(gòu)建能源運營平臺，實現(xiàn)站點數(shù)智化管控[4]，為能源運營模式轉(zhuǎn)型與效能提升提供核心支撐。

2） 推進分布式直流光伏系統(tǒng)在通信站點場景的技術(shù)升級與規(guī)模化應(yīng)用，提升綠電用能占比，促進節(jié)能降費，優(yōu)化“雙碳”指標。

3） 建設(shè)分布式虛擬電廠集群，發(fā)揮自有資源優(yōu)勢參與電網(wǎng)需求響應(yīng)，從單向供給向雙向協(xié)同轉(zhuǎn)變，打造通信運營商、合同能源管理服務(wù)商和電力公司三贏局面。

2 平臺架構(gòu)和功能

平臺建立與源網(wǎng)荷儲基礎(chǔ)設(shè)施的接口互聯(lián)互通，實現(xiàn)各類源荷儲運行預(yù)測服務(wù)、荷荷聯(lián)動服務(wù)、源荷儲統(tǒng)籌調(diào)度服務(wù)、電池儲備一體計算模型服務(wù)和光儲調(diào)度電壓控制服務(wù)，以及虛擬電表和電量稽核模型等后臺核心服務(wù)，對上層應(yīng)用提供共享訪問能力。

平臺主要包括能源統(tǒng)籌管理、虛擬電廠及合同能源管理等三大上層應(yīng)用。能源統(tǒng)籌管理主要包括對光伏、儲能、基站、傳輸、空調(diào)節(jié)能管理、荷荷聯(lián)動管理、源荷儲統(tǒng)籌調(diào)度管理、源荷儲節(jié)能評估以及能源駕駛艙。虛擬電廠包括需求響應(yīng)管理、響應(yīng)運行監(jiān)控、交易管理、響應(yīng)效果評估等功能，以及源荷儲資源聚合、需求響應(yīng)雙保調(diào)度等支撐功能。合同能源管理主要包括合同管理、電價管理、考核管理、驗收管理功能，以及電表管理、稽核管理等支撐功能。能源運營平臺主要包括后臺核心服務(wù)，以及站點能源管理、虛擬電廠及合同能源管理三大應(yīng)用。

2.1 核心服務(wù)

平臺建立與源網(wǎng)荷儲基礎(chǔ)設(shè)施的接口互聯(lián)互通，并實現(xiàn)以下11類服務(wù)：

1） 光伏發(fā)電預(yù)測服務(wù)?；跉v史大數(shù)據(jù)及天氣預(yù)報，預(yù)測光伏發(fā)電走勢。

2） 儲能系統(tǒng)備電時長預(yù)測服務(wù)?；?類智能計算技術(shù)，實現(xiàn)SOH、SOC 和備電時長等關(guān)鍵參數(shù)預(yù)測。

3） 基站負荷預(yù)測服務(wù)。基于基站歷史大數(shù)據(jù)進行負荷特征辨識和預(yù)測。

4） 傳輸負荷預(yù)測服務(wù)。基于傳輸歷史大數(shù)據(jù)進行負荷特征辨識和預(yù)測。

5） 空調(diào)溫控區(qū)間預(yù)測服務(wù)?；诳照{(diào)歷史大數(shù)據(jù)及天氣預(yù)報進行溫控區(qū)間趨勢變化分析與預(yù)測。

6） 荷荷聯(lián)動服務(wù)。統(tǒng)籌基站負荷、傳輸負荷和空調(diào)負荷，形成統(tǒng)一的站點負荷；以負荷之間流量承載及關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建計算模型，得到最佳負荷節(jié)能策略。

7） 源荷儲統(tǒng)籌調(diào)度服務(wù)。統(tǒng)籌站點光伏、負荷、儲能，基于光伏發(fā)電時長、站點負荷變化，結(jié)合峰谷電價調(diào)整儲能充放電策略，實現(xiàn)能源效益最大化調(diào)度。

8） 電池儲備一體計算模型服務(wù)。實現(xiàn)安全與效益兼顧的最優(yōu)放電深度平衡點計算。

9） 光儲調(diào)度電壓控制服務(wù)。基于開關(guān)電源實現(xiàn)儲能充放電、光伏發(fā)電、開關(guān)電源供電的動態(tài)切換。

10） 虛擬電表服務(wù)?；诙嗑S度大數(shù)據(jù)實現(xiàn)數(shù)字仿真電量計量，打造7類虛擬電表，支撐合同能源管理電量稽核。

11） 電量稽核模型服務(wù)。構(gòu)建5類稽核模型，對光伏、儲能、基站節(jié)能等合同能源管理計量分成場景提供數(shù)據(jù)校核服務(wù)，并支持內(nèi)部審計。

2.2 站點能源管理

站點能源管理實現(xiàn)對通信站點源荷儲資源的統(tǒng)籌管理、調(diào)度、運行監(jiān)視與效果評估，在保證通信質(zhì)量、備電安全與供冷安全的基礎(chǔ)上，通過數(shù)智化手段，促進能源基礎(chǔ)設(shè)施運營效益的最大化。主要包括：

1） 實現(xiàn)對站點各類能源節(jié)能減費運行的管理，包括基站節(jié)能管理、傳輸節(jié)能管理、光伏節(jié)能管理、儲能節(jié)能管理和空調(diào)節(jié)能管理功能，支持對相關(guān)資源的信息查詢、調(diào)度方案下發(fā)執(zhí)行、運行參數(shù)查詢統(tǒng)計和節(jié)能效果統(tǒng)計。

2） 實現(xiàn)荷荷聯(lián)動管理，建立基站、傳輸和空調(diào)等三類負荷的關(guān)聯(lián)性管理，實現(xiàn)統(tǒng)一站點負荷計算與管理和三類負荷聯(lián)動調(diào)度策略管理。

3） 實現(xiàn)源荷儲統(tǒng)籌調(diào)度管理，建立站點光伏、負荷和儲能的數(shù)據(jù)分析模型，管理統(tǒng)籌調(diào)度策略審批和下發(fā)和執(zhí)行情況。

4） 基于能源運行大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)源荷儲節(jié)能效果評估，以圖表曲線結(jié)合光伏發(fā)電曲線、儲能充放電曲線、峰谷電價曲線、收益曲線和各地市/設(shè)備同比環(huán)比等，分析評估統(tǒng)籌節(jié)能效果。

5） 基于可視化技術(shù)，實現(xiàn)能源駕駛艙，便于直觀和清晰查看浙江移動源荷儲資源分布情況和運行情況和收益情況。

2.3 虛擬電廠

虛擬電廠主要實現(xiàn)通信側(cè)源荷儲資源聚合[5]，參與電網(wǎng)側(cè)需求響應(yīng)。主要功能包括6部分：

1） 需求響應(yīng)管理，對接國網(wǎng)數(shù)科電網(wǎng)互動平臺，獲取需求邀約，組織資源聚合，上報響應(yīng)能力，跟蹤需求響應(yīng)執(zhí)行過程，評估最終結(jié)果，從而對需求響應(yīng)前、響應(yīng)中和響應(yīng)后3個階段實現(xiàn)全程閉環(huán)管控。

2） 響應(yīng)運行監(jiān)控，以圖表界面對每個參與需求響應(yīng)的站點運行狀態(tài)，包括功率、電量以及光伏、儲能、空調(diào)和油機運行狀態(tài)進行監(jiān)控。

3） 交易管理，基于需求響應(yīng)運行結(jié)果，對接獲取收益數(shù)據(jù)，并與合同能源管理功能打通，進行合作伙伴分成管理。

4） 響應(yīng)效果評估，基于響應(yīng)負荷實際監(jiān)測結(jié)果及站點通信質(zhì)量、備電安全、溫度等數(shù)據(jù)，對風險資源站點退出響應(yīng)損失、響應(yīng)負荷動態(tài)上浮收益進行統(tǒng)計分析，對各站點參與響應(yīng)的效果和效益進行分析。

5） 源荷儲資源聚合，實現(xiàn)站點內(nèi)光伏、儲能、空調(diào)和油機資源聚合管理；實現(xiàn)地市內(nèi)站點資源的進一步聚合，形成分布式虛擬電廠集群。當需求響應(yīng)邀約到來，根據(jù)邀約時段分析評估站點基線負荷特征，預(yù)測站點能力，并優(yōu)選目標站點參與需求響應(yīng)。

6） 需求響應(yīng)雙保調(diào)度，在需求響應(yīng)期間，采用梯次優(yōu)選調(diào)度策略進行負荷壓降。持續(xù)監(jiān)測站點運行，采用雙保調(diào)度策略，對高風險站點啟動退出響應(yīng)策略，對低風險站點啟動負荷上浮優(yōu)選策略，兼顧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電價管理、合同管理、考核管理和驗收管理功能，以及電表管理和稽核管理等支撐功能等，具體包括：

1） 電價管理，同步直供電代理電價、轉(zhuǎn)供電價、兜底電價和電力市場化交易電價，建立專屬能源電價庫。

2） 合同管理，實現(xiàn)合同數(shù)據(jù)臺賬管理，自動關(guān)聯(lián)能源合同分成比例，節(jié)電效益自動生成，分成與結(jié)算信息線上審批。

3） 考核管理，實現(xiàn)能源服務(wù)質(zhì)量線上評分及雙向確認。

4） 驗收管理，實現(xiàn)驗收流程線上閉環(huán)管理，驗收后對接財務(wù)報賬系統(tǒng)啟動分成結(jié)算工作。

5） 電表管理，實現(xiàn)電表信息基礎(chǔ)管理，實體電表計量數(shù)據(jù)、虛擬電表計量數(shù)據(jù)的集中存儲訪問與統(tǒng)計報表。

6） 稽核管理，實現(xiàn)電量計量數(shù)據(jù)稽核，呈現(xiàn)自動稽核結(jié)果并提供統(tǒng)計報表。

3 業(yè)務(wù)流程

3.1 基于設(shè)備智能升級與站點負荷統(tǒng)籌節(jié)能策略，實現(xiàn)“荷-荷”聯(lián)動的數(shù)智化節(jié)能

基于對通信站點負荷統(tǒng)籌管理的需要，首先對站點現(xiàn)場的基站主設(shè)備、傳輸設(shè)備、空調(diào)設(shè)備、FSU四類設(shè)備進行總計9大項的智能升級并將其與能源運營平臺相連接，以使各類設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)實現(xiàn)互聯(lián)互通和節(jié)能控制，滿足通信站點負荷節(jié)能運營的數(shù)字化、智能化和系統(tǒng)化管理需求。在此基礎(chǔ)上，站點負荷統(tǒng)籌節(jié)能首先以話務(wù)量預(yù)測為導向，進行基站主設(shè)備節(jié)能；隨后以基站無線流量為基準，傳輸設(shè)備負載率波動數(shù)據(jù)為補充，調(diào)整傳輸帶寬和設(shè)備響應(yīng)；最后以基站和傳輸設(shè)備的負荷為主導，空調(diào)制冷量與機房熱負荷相匹配為目標，控制空調(diào)溫度和運行狀態(tài)，最終在對基站設(shè)備、傳輸設(shè)備、空調(diào)三者負荷智慧控制聯(lián)動的基礎(chǔ)上，形成了“荷- 荷”聯(lián)動的最優(yōu)節(jié)能策略，并通過統(tǒng)籌編排與下發(fā)動環(huán)指令實現(xiàn)了“荷-荷”聯(lián)動下的最優(yōu)數(shù)智化節(jié)能。

3.2 通信站點光伏、負荷、儲能有序協(xié)同，實現(xiàn)源荷儲統(tǒng)籌節(jié)能

以通信站點“荷-荷”聯(lián)動為前提，基于業(yè)務(wù)及節(jié)能策略的主設(shè)備負荷變化趨勢預(yù)測技術(shù)、天氣預(yù)報與站點關(guān)聯(lián)度的光伏發(fā)電功率預(yù)測技術(shù)，來獲取“主設(shè)備負荷-光伏發(fā)電”的變化趨勢預(yù)測值，結(jié)合短期DoD 與收益和長期循環(huán)壽命的對抗博弈得到動態(tài)最優(yōu)放電深度平衡點、電池備電時長預(yù)測值、尖峰谷和需求響應(yīng)電價策略，來反饋修正結(jié)果，針對全時段光伏消納情況及無光場景形成完備的源荷儲統(tǒng)籌調(diào)度技術(shù)。隨后以開關(guān)電源為核心樞紐，實時跟蹤光伏、儲能、電源信息，不斷調(diào)整開關(guān)電源輸出電壓，實現(xiàn)光伏發(fā)電、儲能充放電、開關(guān)電源供電三者間的動態(tài)轉(zhuǎn)換，完成光儲調(diào)度電壓控制技術(shù)；以最優(yōu)DoD、安全備電最小SoC、電池循環(huán)次數(shù)、長短期效益博弈，尋找最優(yōu)放電深度平衡點，搭建電池儲備一體計算模型。最終以源荷儲統(tǒng)籌調(diào)度技術(shù)為核心，以光儲調(diào)度電壓控制技術(shù)、電池儲備一體計算模型為兩大基礎(chǔ)，兼顧經(jīng)濟性與安全性，執(zhí)行源荷儲一體化統(tǒng)籌調(diào)度。

3.3 攜手國網(wǎng)數(shù)科，實現(xiàn)通信側(cè)虛擬電廠參與電網(wǎng)側(cè)需求響應(yīng)

能源運營平臺通過聚合通信運營商分布式直流光伏、油機、空調(diào)負荷和儲能系統(tǒng)資源打造虛擬電廠，并集成國網(wǎng)數(shù)科公司電網(wǎng)互動平臺建立與國網(wǎng)浙江公司需求響應(yīng)平臺的連接，實現(xiàn)三階段全閉環(huán)需求響應(yīng)管理。

1） 需求響應(yīng)前

當國網(wǎng)浙江公司預(yù)測電力供應(yīng)緊張，需要開展削峰需求響應(yīng)，則經(jīng)過能源局評審后在需求響應(yīng)平臺發(fā)布日前邀約。該邀約通過國網(wǎng)數(shù)科互動平臺推送到浙江移動能源運營平臺虛擬電廠應(yīng)用。能源運營平臺聚合各站點源荷儲資源，通過對各通信站點可調(diào)負荷的歷史運行大數(shù)據(jù)分析計算，得到站點基線負荷特征辨識結(jié)果，并結(jié)合光伏發(fā)電預(yù)測、站點負荷預(yù)測、溫度區(qū)間預(yù)測及儲能充放電能力預(yù)測，優(yōu)選參與需求響應(yīng)的站點。確定站點范圍后，系統(tǒng)將參與需求響應(yīng)的基站戶號、響應(yīng)時段、響應(yīng)負荷、響應(yīng)價格打包形成邀約能力上報，推送到電網(wǎng)互動平臺。電網(wǎng)互動平臺聚合邀約響應(yīng)信息，并統(tǒng)一發(fā)送給國網(wǎng)省公司平臺。

2） 需求響應(yīng)中

能源運營平臺在需求響應(yīng)期間，采取梯次調(diào)度策略對光伏、儲能、空調(diào)負荷、油機進行優(yōu)化調(diào)度，并實時監(jiān)測站點電量數(shù)據(jù)及負荷數(shù)據(jù)，采取雙保調(diào)度策略，對安全風險高站點啟動資源退出機制，對風險低站點進行負荷上浮優(yōu)選調(diào)度，從而一方面確保需求響應(yīng)不對通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、站點備電安全以及供冷安全帶來影響，另一方面確保需求響應(yīng)任務(wù)收益的最大化。國網(wǎng)數(shù)科互動平臺對需求響應(yīng)進行電網(wǎng)側(cè)負荷運行監(jiān)控，如出現(xiàn)異常則及時報警。

3） 需求響應(yīng)后

在需求響應(yīng)結(jié)束后，電網(wǎng)互動平臺會將國網(wǎng)側(cè)需求響應(yīng)的收益結(jié)算結(jié)果發(fā)送給能源運營平臺，同時在收益管理及響應(yīng)看板中，實時分析和管理需求響應(yīng)任務(wù)。能源運營平臺對響應(yīng)期內(nèi)負荷/電量數(shù)據(jù)進行計量，并對國網(wǎng)側(cè)提供結(jié)算數(shù)據(jù)進行稽核?；送ㄟ^后，則按照與合同能源管理服務(wù)商約定的分成策略，共享需求響應(yīng)收益。合同能源管理服務(wù)商應(yīng)在需求響應(yīng)期內(nèi)做好光伏、儲能、空調(diào)等資源的運行保障，做好技術(shù)支撐。

4 網(wǎng)絡(luò)拓撲

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括能源運營平臺、通信站點的源荷儲資源設(shè)備、無線網(wǎng)管系統(tǒng)、傳輸網(wǎng)管系統(tǒng)、動環(huán)網(wǎng)管系統(tǒng)和傳輸網(wǎng)絡(luò)等通信運營商側(cè)的網(wǎng)絡(luò)資源，以及電網(wǎng)互動平臺、國網(wǎng)省公司平臺、電網(wǎng)、微網(wǎng)等電力公司側(cè)的網(wǎng)絡(luò)資源，兩者之間交互融合，實現(xiàn)通信站點源網(wǎng)荷儲一體化能源運營。

5 結(jié)束語

平臺提供了通信站點能源運營體系的全方位解決方案，踐行國家節(jié)能減碳政策要求，有效緩解了運營商行業(yè)面臨的“雙碳”指標和運營成本的雙重壓力問題，為通信站點的碳達峰、碳中和奠定了基礎(chǔ)。實現(xiàn)從荷荷聯(lián)動到源荷儲統(tǒng)籌調(diào)度，再到虛擬電廠源網(wǎng)荷儲一體化調(diào)度，解決了站點源荷儲資源松散管理、難以挖潛的問題，并實現(xiàn)和電網(wǎng)的雙向互動與資源增值；通過數(shù)智化稽核體系建設(shè)，以虛擬電表技術(shù)彌補了實體電表存在的不足，為合同能源管理分成計量夯實基礎(chǔ)，為引流社會資源參與運營商節(jié)能運營保駕護航。

平臺具有很高的應(yīng)用價值，自2021年3月已在浙江移動全省11個地市投入使用，現(xiàn)已應(yīng)用部署包括37.7 萬個基站、2.2萬臺空調(diào)、5 740個儲能站點、712個光伏站點、20臺傳輸設(shè)備，以及1 000個站點參與電網(wǎng)需求響應(yīng)；累計節(jié)電2.39億度，削峰電量2 067.72萬度。