信息通信能源智慧应用及标准

信息通信能源智慧应用及

标准前言信息通信能源是指保障信息通信网络正常运行的基础设施，主要包含供电系统、机房环境、管理平台等，其智慧化应用是指依托互联网、物联网、大数据、云计算等新技术对信息通信能源的生产、存储和使用进行实时监测、数据分析和优化处理，并通过数字化、网络化、智能化手段，实现能源在信息通信领域的安全、高效、绿色、智慧应用。目前，能源智慧应用已成为信息通信领域发展的重要支撑，得到了国家高度重视与行业广泛关注。《中华人民共和国经济和社会发展第十三个五年规划纲要》中明确提出，“深入推进能源革命，着力推动能源生产利用方式变革，优化能源供给结构，提高能源利用效率，建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系”。工业和信息化部《工业绿色发展规划（2016-2020年）》中也提到，“推动绿色增长、实施绿色新政是全球主要经济体的共同选择，资源能源利用效率也成为衡量国家制造业竞争力的重要因素，推进绿色发展是提升国际竞争力的必然途径”。随着产业数字化、网络化、智能化发展，大数据、云计算的应用量加速上升，由此带来的信息通信领域能耗呈高速上涨趋势。2017年，中国电信、中国移动、中国联通和中国铁塔年总耗电量约535亿（1）千瓦时，占全国工业用电量的1.23%，且仍在快速增长。注1：数据来源：由中国电信、中国移动、中国联通、中国铁塔年能耗量数据计算得出。信息通信行业新技术、新业务的不断演进更迭，特别是第五代移动通信（5G）大规模商用、数据中心规模快速扩张以及网络运维工作日趋复杂，能源智慧应用迫在眉睫。5G业务规模化应用对信息通信能源的差异化保障能力提出更高要求。据中国信息通信研究院权威发布，我国将在2020年上半年实现5G大规模商用。5G以全新的移动通信系统架构，提供十倍于4G的峰值速率、毫秒级的无线传输时延和超高的连接能力。5G网络的切片化和应用场景的多样化，如车联网、远程医疗等高可靠低时延业务对能源的稳定性、安全性提出极高要求。而远程抄表等物联网业务，仅需定期读取数据，对供电可靠性要求相对较低。为应对不同业务的差异化需求，能源智慧应用已成必然趋势。数据中心规模和数量的极速上升，对节能减排工作产生巨大压力。数据中心作为海量数据收集、计算、优化、决策的核心载体，其绿色用能也成为未来信息通信领域焦点。据有关机构统计，截至2017年底，我国在用各类数据中心总数已超过28.5万，年耗电量近1200亿千瓦时。提升数据中心基础设施技术水平，开展能源智慧应用，对绿色数据中心的实现起到决定作用。海量数据实时传送及高速计算普及激增运维管理压力。信息通信系统规模大幅提升，信息通信设备种类与数量大幅增加，相应的管理复杂度呈指数级攀升，即信息通信基础设施的设备更新、监控管理、运行维护等更加繁杂，运维管理需求的快速增长与专业人员大量短缺的矛盾更加突出，亟需通过智能化手段来解决。综上，建立与业务相匹配的供电差异化保障体系、提高能源利用效率、完善运维管理平台是信息通信能源领域的关注重点，也是推动能源智慧应用的主要途径。为响应国家能源政策要求，践行社会绿色发展目标，白皮书清晰描绘了能源智慧应用全景，高度总结了相关标准技术要求，深入分析了驱动产业发展效益，科学规划了标准研究技术路径，旨在推动信息通信能源智慧化发展,支撑制造强国、网络强国战略实施。第一章信息通信能源智慧化演进路线信息通信技术与信息通信能源的相辅相成，推动了整个产业的高速、蓬勃发展。国家十三五规划中提出，“以提高制造业创新能力和基础能力为重点，推进信息技术与制造技术深度融合，促进制造业朝高端、智能、绿色、服务方向发展，培育制造业竞争新优势。”信息通信能源的智慧应用是信息技术与能源技术的深度融合，对信息通信产业的高端、智能、绿色发展提供有力支撑。多年来，信息通信能源技术已取得长足进步，有效支撑了产业快速发展。网络升级和业务增长驱动信息通信能源技术不断创新，其发展演进路线可分为三个阶段，如图1所示。

卢品自动化管理平白化产品功能化管理人工化产嚣诉求:拒定世电冷器但泠卢品自动化管理平白化产品功能化管理人工化产嚣诉求:拒定世电冷器但泠■管典诉求；人工"小时不I的维伊产品料肓以七管理智M化卢岛诉#:MS堤隹节添荆怒■管里诉求；自字耳糜断目避护刍再新；七.物统网报告中心图1信息通信能源智能化演进聘线图（一）第一阶段：产品功能化、管理人工化能源顺利供给成为主要需求。本阶段的信息通信能源产品着重于最基础的功能和性能，缺少监控管理功能，设备功率密度低、效率低、能耗高、故障率高，完全依靠专业人员进行现场巡检、维护及故障处理。第二阶段：产品自动化、管理平台化平台集中控制成为主要特点。本阶段的信息通信能源产品，功能和性能不断完善。除基础电能供给和温度控制外，可通过内置监控单元监测产品整体运行情况，依据环境条件、负载条件，对运行中出现的性能异常采取自动控制，实现相关保护功能，避免人为干预不及时可能引发的安全事故。在管理平台方面，依托信息网络技术建立了较完善的监控平台，运维管理逐步呈现出网络化、远程化态势。第三阶段：产品智能化、管理智慧化自我动态调节成为主要趋势。本阶段，依托大数据、云计算、人工智能等新技术的深度应用，信息通信能源从产品、系统、平台三个层面具备自感知、自学习、自决策、自优化、自调度的特性，真正步入智慧化时代。在中国通信标准化协会（式5人）研究制定的相关标准引领下，行业进入了信息通信能源智慧化应用发展第三阶段初期，国产化率稳步提升。目前，四大基础通信运营商基站总生产能力高达360亿人民币（2），机房总生产能力约1183万千伏安（3），促进生产能力约484亿人民币（4）。注2数据来源：按照中国电信、中国移动、中国联通、中国铁塔提供的宏基站数量以及每基站设备标准配置计算得出，未考虑拉远基站；注3数据来源：依据中国电信、中国移动、中国联通提供的生产能力计算得出其总和；注4数据来源：依据注3中计算的生产能力总对应的标准配套设备价位计算得出。第二章信息通信能源智能化相关标准及应用CCSA高度重视信息通信能源智慧化应用，积极跟踪行业趋势，深入研究最新技术，制定相关标准引领能源智慧化发展。目前已搭建信息通信能源标准体系，制定了设备、系统、平台层面的系列标准，充分体现了信息通信能源智慧发展各阶段的具体要求，推动信息通信能源应用的安全、高效、绿色、智慧发展。依托CCSA标准化工作基础，业内相关单位牵头制定了国际电信

联盟（ITU）及国际电工委员会（IEC）标准，争得了国际标准话语权，填补了该领域国际标准空白。（一）搭建标准体系、引导产业升级CCSA全面搭建能源智慧应用相关标准体系，通过具体要求指导产业系统更新。CCSA已建立了信息通信电源和机房基站环境两个标准体系框架（见图2、图3），通信电源与通信局站工作环境技术工作委员会（TC4）在此框架下制定相关标准105项，其中设备标准54项、系统标准33项、基础性标准9项、其他标准9项。已制定标准中，有53项提出了信息通信能源智慧应用相关要求，包括设备、系统通信协议、通信接口、三遥功能、告警功能及管理平台组网、功能及网络安全等。HS设备Ig.I就设若一其它曲控亲有IE1T屋护据心电爆4>中供盎伯国电结国机供隔岳站电端通基皆在图2信息通信电源体系框架图HS设备Ig.I就设若一其它曲控亲有IE1T屋护据心电爆4>中供盎伯国电结国机供隔岳站电端通基皆在图2信息通信电源体系框架图图3机房环境本系框架图据心控统S中温系该体系框架包括信息通信供电技术、温控技术、机房机柜、配套设施、运维平台、能源综合利用等方面，从设备级、系统级和平台级提出信息通信能源智慧应用具体技术要求，全面掌握能源消耗的情况，做到心中有数；合理调配能源，做到优化资源配置；建立能源使用预警机制，推动信息通信能源安全生产；提高ICT设备、供配电设备、温控设备、可再生能源利用效率；通过测量、统计、分析、改善等对能源管理技术进行持续改善，为信息通信产业能源转型升级提供了具体实施方向，引导产业在能源领域向安全、高效、绿色、智慧发展。保障安全可靠、引领行业发展CCSA充分关注信息通信安全用能，通过严格规范保障行业稳定发展。CCSA-TC4制定的相关标准中提出，系统应能够利用数字化手段采集数据，通过无线/有线网络传送至管理平台，平台基于智慧化决策进行运维管理，保障整个信息通信能源安全、可靠运行。以典型的高压直流（HVDC）供电技术为例，CCSA-TC4先后制定了YD/T2378-2011《通信用240V直流供电系统》等行业标准6项，见附录2（第1项至第6项），在研标准4项，见附录3（第1项至第4项）。基于上述行业标准，中国信息通信研究院等相关单位专家牵头编写了国际标准ITU-TL1200-2012《高达400V直流供电系统与ICT设备的接口技术要求》等5项标准，见附录1（第1项至第5项）。此外，目前在研相关标准包括《通信用240V/336V直流配电单元》、《240V/336V直流供电系统用断路器》等。上述标准中明确提出：系统应实时监测和传送运行参数信息及告警信息。当故障发生时，依据遥信遥测信息，系统应能自判断、自决策，产生各类保护动作，应把相关信息传送至监控管理平台，保障整个信息通信能源的安全性与可靠性。通过相关标准的制定与规范，HVDC供电系统与传统交流UPS系统相比，在安全性方面，解决了机房存在着-48VDC和220VAC混合供电的安全性问题；提高了供电系统的运行安全性；在可靠性方面，系统的可用度可由“六个9”向“十个9”逼近；在经济性方面，投资成本减少30%左右，与传统的交流UPS相比，节能约20%。YD/T2378-2011《通信用240V直流供电系统》于2012年荣获中国通信标准化协会科学进步奖二等奖；《通信用240V直流供电系统研究及大规模应用》项目于2013年荣获中国通信学会科学技术奖一等奖，推荐申报国家科学技术奖；HVDC技术入选《国家重点节能技术推广目录（第五批）》并纳入《国家重点节能低碳技术推广目录》（2014版），作为通信行业的推广项目进行推广。到目前为止系统在线应用量已达到282万安培，其产值高达6.4亿人民币。不仅如此，基于CCSA研究制定的相关国家标准指导下，HVDC供电系统在互联网、金融、军队、政企等重要领域在线运行总容量高达370万安培，产值高达8.5亿人民币，开创了全中国、全行业、全方位、大面积广泛应用的信息通信能源新局面。实现节能高效、践行节能减排CCSA充分践行国家绿色、节能政策，依托智慧化技术助力产业社会效益、经济效益双丰收。CCSA-TC4将绿色指标要求及最新节能技术融入标准体系，围绕智慧推动节能减排，制定相关标准7项，具体见附录2（第82项至第87项），在研标准2项，见附录3（第36项至第37项）。此外，牵头制定了国际标准5项，具体见附录1（第6项至第10项），把我国最先进的技术写入国际标准，激活了国际市场拓展能力。同时，标准化工作取得了显著成绩。CCSA-TC4主导编写的《数据中心和通信机房基础设施能效评估方法及节能技术指南等10项国际标准、行业标准和协会标准》于2017年荣获中国通信标准化协会科学技术奖一等奖。系列标准的研究与制定中，行业相关单位获得国家技术发明专利和实用新型专利32项、主导编写ITU标准5项；首次在标准中规定了电源设备与制冷设备节能技术应用条件、能效参数分级和机房能效要求；把相关节能技术成功写入国家发展与改革委员会《国家重点节能技术推广目录》（第五期、第六期和第七期）以及工业和信息化部《通信行业节能技术指导目录》（第一批、第二批），扩大了节能技术的影响力；系列标准的实施与发布加快了各项节能技术的应用推广进程，引领了产业技术发展。标准中所涉及的节能技术效果显著。仅2016年新增利润达到7.69亿人民币，新增税收约3.76亿人民币。通过节能技术应用与实际评估，仅在电信行业每年节电量约18.4亿人民币。以休眠控制技术为例，在YD/T1058-2015《通信用高频开关电源系统》和YD/T2165-2017《通信用交流模块化不间断电源》标准中明确要求，产品应能基于负载率变化，自动调整功率模块的休眠数量，具备智能的轮询策略，依据模块工作时间，自动开启和关闭功率模块。例如，高频开关电源系统最佳效率点通常在40%〜80%负载率区间，如图4所示。当负载率为10%，模块效率约91.7%，当负载率达到60%时模块效率提升至96.7%，随之带来系统的效率提升约5%。据不完全统计，至2018年全国投入使用的带休眠功能的高频开关电源系统已达85000套，保守估计每年可节省电费超过1.86亿人民币。整流器效率曲线图S.04%先,物联网报告中心图4模块负载率与效率关系图97.00%96.00%95.00%92.00%91.72H91.00%负载率1.86亿人民币。整流器效率曲线图S.04%先,物联网报告中心图4模块负载率与效率关系图97.00%96.00%95.00%92.00%91.72H91.00%负载率期94.00%率93.00%10% 20% 30% 40% 50%即扬70%BO%50% 100%除上述成熟应用技术外，CCSA-TC4紧随最新技术发展，制定相关标准及研究课题。如市电+保障电源的两路供电系统，其架构如图5所示。该技术在保证供电可靠性基础上减少电源变换环节，降低供电损耗，市电直供回路效率高达98%。系统通过对市电供电回路和保障电源回路（交流UPS供电系统或HVDC供电系统）的效率进行实时计算，智能调节市电供电回路和保障电源回路的功率输出比例，实现整个供电系统综合能效最高。（四）推动绿色能源、打造绿色生态CCSA积极倡导清洁可再生能源接入，秉承绿色化理念加大多能转换技术研究及标准制定。信息通信行业在应用传统电力能源基础上，积极引入太阳能、风能、天然气等绿色能源，在相关标准引导下，实现优先使用绿色能源和提高能源综合利用率，最终达到绿色用能目标，推动产业可持续发展。CCSA-TC4已制定的绿色能源相关标准共7项，见附录2（第30项至第36项），在研标准2项，见附录（第312项至第13项）。依据上述标准，相关单位专家牵头编写了国际电信联盟标准ITU-TL.1325-2016《通信网络基础设施ICT绿色解决方案》标准。目前在研课题有CCSA《天然气分布式能源系统在数据中心的应用研究》以及国际标准ITU-TL.SE_D《数据中心和通信机房智慧能源方案》、ITU-TL.SE_BS《通信基站智慧能源解决方案》标准和ITU-TL.SM_EN《城市和家庭用智慧能源》，加速推进信息通信领域能源智慧化应用相关标准化进程。以嵌入式太阳能光伏供电系统为例，系统架构如图6所示。■出出电单兀监控单三太阳能史M捽制品图6嵌入式太阳能光伏供电系统槊松凝氤程台亨心直端世由翼唬；科政升龙电霸人/掂儿状票晚上机克盹市电除入胞怜量元■出出电单兀监控单三太阳能史M捽制品图6嵌入式太阳能光伏供电系统槊松凝氤程台亨心直端世由翼唬；科政升龙电霸人/掂儿状票晚上机克盹市电除入胞怜量元学沈器箱入瑜巾牙电用元发阳晶电池力用「港电池如自祇丸奉相关标准中明确指出系统应实时监测工作状态，自动改变工作模式。当光照充足时，优先由太阳能模块输出，不足部分由市电通过整流器输出，反之，全部由市电供电。标准中提出系统应具有最大功率跟踪功能，能自动调节系统输出，使太阳能电池组件工作在最大输出功率点附近。以某基站为例，其装机容量4000Wp，一年光伏发电量约6000kWh。据统计，目前已有25000个新能源基站采用此类技术，每年仅电费节省约1.6亿人民币。此外，我国牵头编写的国际标准得到国际同仁的广泛认可和应用。自相关标准研究与发布以来，相关企业投入力度剧增。如中兴通讯和维谛技术公司多能源输入系统仅在海外应用量接近17000套，保守估算带动外汇收入超过5357万美金（5）。注5：依据中兴通讯公司和维谛技术公司提供的海外销售量数据进行计算得出（五）促进相互融合，构建共享平台CCSA高度重视资源整合，力求统一通信协议及丰富管理功能，实现用能信息全周期、全透明呈现。已建立相对完善的监控管理相关行业规范，已制定的监控维护相关标准16项，见附录2（第88-第103）,在研标准2项，见附录3（第38项-第38项）。YD/T1363通信局（站）电源、空调及环境集中监控管理系统系列标准，围绕监控系统总则、A接口、C接口和D接口的要求以及对应测试方法给出明确要求。监控系统组网方式要求如图7所示。图7通信局（站）电源、空调及环境集中监控管’对颦赞嘴就喃针对通信基站监控系统，CCSA-TC4制定了行业标准《通信基站基础设施技术要求第4部分监控系统》。主要提出了通信基站监控系统的总体架构、传输方式、监控对象及内容、管理功能要求、系统各级功能要求、硬件系统和软件系统要求等。其总体架构如图8所

示。数据中心基础设施管理系统（DCIM）是近几年提出的新型管理平台，已在部分机房得到了应用，其系统架构如图9所示。CCSA-TC4紧随最新技术发展，着力开展《数据中心基础设施管理系统（DCIM）研究》项目，深入开展相关研究工作。图9DC1M系统架构图i项目主要围绕DCIM数据采集、通信协议、通信接口，以及基于大数据、云计算的运维管理（子系统联通、配电管理、热管理、空间管理、资产管理、人员管理、质量管理、工单管理和变更管理）、运营功能（客户管理、容量规划管理、能耗管理和经营管理）及展现方式进行深入研究并分析标准化可行性。目前行业内虽提出上述管理功能设想，部分供应商也实现了部分功能，但应用DCIM进行智慧化管理还处于基础阶段。因此，各标准化组织同期持续开展相关标准工作，以引导整个行业健康、稳步发展。ITU-TL.green_mgm_dc《绿色数据中心节能管理系统功能要求与框架》标准中规定了DCIM能耗与环境条件监测要求、数据采集与存储要求、报表要求，以及具体实现方案中的模块功能、性能要求、流程要求等。机房应用监控系统可实时监测机房、机柜、设备及设备内部微循环运行状态，通过全方位、多层次、精细化管理，保障无人值守的通信基站及各类机房安全、可靠运维，为智能化管理及智慧化决策提供了强有力支撑。截至目前，全国四大运营商应用基站监控系统及动环监控系统的基站机房、核心机房和数据中心总数量高达223万（6）余套，仅通信基站和接入机房监控系统产值就超过了66.9亿（7）人民币。注6：数据来源：由中国电信、中国移动、中国联通、中国铁塔提供的在线应用监控系统数量计算得出。注7：数据来源：由中国电信、中国移动、中国联通、中国铁塔提供的基站及接入机房总数量乘以系统平均价位计算得出。第三章信息通信能源智慧应用标准化展望在信息通信能源高速智慧化发展前景下，云计算、大数据、物联网、人工智能等高端技术应用广泛，逐步呈现出信息通信能源领域与ICT技术高度融合趋势。CCSA着力打造信息通信能源设备数字化、平台网络化、管理智慧化的发展生态。CCSA-TC4将围绕上述重点，

深入研究并逐步开展标准化工作，智慧化应用标准体系框架如图10所示。产岛及功能自感知*自学习+由决猱 静皆誓”故障目.出 …，自学亚官理+自忧林［螂灵活强II/嬲备帆邮电，……；目卖首昆平台 「丽港S挂平古 基钻蒙拄平白 购揖中心DQM图1。；目卖首昆平台 「丽港S挂平古 基钻蒙拄平白 购揖中心DQM图1。信息通信能源智能化应月标准体系展望桀构焉物修刚员答甲心号岩输网绢।2G户皿4卬沟|「flagqffiP¥4口里|l段pwr（一）全面推动数字化CCSA在已发布的YD/T1363《通信局（站）电源、空调及环境集中监控管理系统》系列标准基础上，将进一步完善信息通信能源设备，含供电设备、制冷设备、各类机房机柜设备、可再生能源设备的通信接口及通信协议。对于非智能设备（如铅酸蓄电池类设备），增加相应监测装置，确保此类设备可感知、可控制，可顺利接入管理平台。未来，随着信息通信技术的发展及管理手段的丰富，需要更加规范化管理各类设备及灵活化调度资源，同时研究制定设备资源数字管理相关标准，包括设备类型信息管理、供应商信息管理、设备状态信息管理、设备容量信息管理等。通过进一步规范设备极早期预告警、蓄电池的