多站融合典型业务场景研究与分析

沈巍 王丰

摘要： 变电站资源是电网企业最丰富的可利用资源，为了提升变电站的价值，本文在研究国网公司能源互联网战略基础上，结合内部储能发展和外部资源优势，积极探索变电站、充电站、数据中心站、5G基站、北斗基站等“多站合一”建设新模式，拓展开放合作深度广度，打造共赢共享的能源互联网生态圈。

关键词：多站融合；5G；能源互联网

0 引言

当前，国网公司加快推进能源互联网战略。变电站资源是电网企业最丰富的可利用资源，本文拟以变电站为基点,推行“统一规划、功能整合、模块建设、共享共赢”的融合模式，一方面可以降低建设及运维成本、提升用地效率，另一方面可以提供综合能源服务及数据共享服务，在现有形势下开拓能源互联网新局面。

“多站融合”是在变电站输、变、配设施布置的基础上，根据周边区域的数据处理需求、用能需求和变电站用地条件，因地制宜实现智能变电站、数据中心站、储能电站、电动汽车充电站等模块化功能站的一体化融合布置，“一站式”响应区域供电、电动汽车充换电等各类能源需求，满足多元化用户、差异性的数据需求，服务能源用户、可再生能源发电商、智能设备运营商、通信运营商、各类企业、政府机关等市场主体。

1 多站融合技术架构

多站融合从整体上，利用变电站站外空地建设充电桩；利用站内空地建设储能站；利用站内空闲空间建设数据中心；利用楼顶位置安装5G天线和北斗天线；数据中心站内预留机柜安装5G基站设备。从而实现变电站、储能站、数据中心站、充电站、5G基站的“多站合一”的总体要求。

图1：多站融合数据流向图

关于数据流向，变电站在谷时为储能站、充电桩、数据中心、5G基站、北斗地基增强站供电；储能站在高峰负荷时可为充电桩供电；数据中心可为5G基站、北斗地基增强站及变电站提供计算能力，有助于实现智慧变电站。通过各个系统协作，实现“削峰填谷”效应，缓解能源站供电压力、提高电能的利用率，也有助于电力系统的调峰调频，同时可利用峰谷电价差获得相应的经济效益^[1]。

2 多站融合实现方式

2.1 数据中心

“能源互联网企业”是方向，代表电网发展的更高阶段，能源是主体，互联网是手段，公司建设能源互联网企业的过程，就是推动电网向能源互联互通、共享互济的过程，也是用互联网技术改造提升传统电网的过程。三者有机一体，构成了指引公司发展的航标^[2]。在此背景下，基于变电站的数据中心，通过对复杂的数据进行运算，并进行智能化管理，便于后台准确、实时进行运算，提高决策的效率，为打造现代化高效能源互联网打下坚实的信息化基础。

另外，数据中心可为5G基站、北斗地基增强站及变电站提供计算能力，以实现智慧变电站。数据中心机房内采用微模块机房，由设备柜、网络柜、电源分配柜、列间空调组成的一体化机柜。在微模块内配置设备电源分配柜，电源分配柜以双路引入，分主备两路输出，为微模块内设备机柜供电。在微模块内配置弱电配线柜，机柜正面安装网络配线架，机柜背面安装光纤配线架。微模块内单机柜内配置24口网络配线架和48芯ODF配线子架，满足机柜内弱电联络需求。

2.2 5G基站

5G（第五代通信网络技术）作为新一代移动通信网络，是未来满足人们通信需求的关键技术。5G技术最大的特点是频谱资源需求宽，相对较高频率的无线电波传播特性决定了5G基站覆盖半径缩小，基站数量将远大于以往移动通信网络，同时“宏微结合”、微基站的建设需求将显著增长。

5G网络，业务多样性对网络的灵活部署提出了更高的需求，5G RAN架构将从4G的BBU、RRU 2级结构演进到CU、DU和AAU 3级结构。天线侧采用MassiveMIMO技术，射频模块与天线结合，一体化集成^[3]。目前各地试验网均采用CU/DU合设下沉的部署方式，考虑到5G高频段辐射范围小，遮挡损耗大等特点，在网络建设中，结合覆盖目标及公司存量和社会资源，探索高低结合的综合覆盖方案，实现既覆盖目标区域，成本又低的建设目标。

变电站数量众多，可为5G基站站址提供有效选择。基站建设必须整体规划，统筹各家运营商需求，对预计要承接多家运营商5G需求的变电站，应充分考虑当期需求，可扩展性建设，预留适当空间。

根据工业和信息化部《国务院国有资产监督管理委员会关于 2015 年推进电信基础设施共建共享的实施意见》工信部联通【2014】586 号文，中国铁塔公司负责网络的基础资源建设^[4]。5G建站密度大、工期要求紧，对变电站协调能力提出新要求。应提前对接需求，主动协调运营商，做好站址储备工作。

2.3 北斗地基增强站

作为导航应用的核心,北斗地基增强系统由基准站网络、数据处理系统、运营服务平台、数据播发系统和用户终端五部分组成。基准站接收导航卫星信号后,通过数据处理系统形成相应信息,经由卫星、广播、移动通信等手段实时播发给应用终端,实现定位服务

^[5]。届时，北斗高精度定位服务将成为全社会共享的一项公共服务，在其赋能之下，智慧城市、自动驾驶、智慧物流等各种应用都将真正实现大规模商用。 北斗高精度定位技术已在未来城市、自动驾驶、智能手机、共享单车及无人机应用等各领域广泛使用。大龄的数据可利用数据中心进行运算。

北斗地基增强站选址标准，距易产生多路径效应的地物的距离不小于200m；点位视野开阔，视场内不宜有高度角大于10°的成片障碍物；应远离强磁场、大功率无线电发射台、电视台、微波站300米以上；远离高压输电线和微波无线电信号传递通道150米以上；观测环境应安全僻静，且地质稳固。

2.4 储能站

储能站作为多站融合的重要组成部分，需要承载提高综合效能，提供更高品质的电能，同时实现社会经济价值等多方位功能。

储能站定位于调整变电站负荷曲线。利用储能站在高峰负荷可向交流系统输出电能、低谷负荷可从交流系统中吸收电能的能力，实现“削峰填谷”效应^[1]。作为站内唯一的储能系统，整合变电站常规的二次、通信设备蓄电池组和数据中心UPS电源，为传统二次设备、通信设备提供备用直流电源。着重于整合资源，提高能源效能。

2.5 充电桩

充电桩在用电高峰时由储能站供电，低谷时由变电站供电。充电站和储能站的功能互相配合，可对功率、能量实现优化控制，与上级电网进行协调与互动，为电网提供支持。

充电桩的供配电系统主要为充电设备提供电源，主要由开关、变压器等一次设备和监测、保护和控制装置等二次设备组成。充电系统由充电机、计费装置整合，是整个充电站的核心部分，为电动汽车动力电池系统安全自动地充电。监控系统和安防系统、自动化、通信及配套辅助系统等通过无线通信方式接入系统，向数据中心提供数据。

3 应用场景及选址需求

面向政府侧,基于公安、城管等委办局专业化监控、监测设备的安装需求,通过多站融合建设可提供电力场站及杆塔沟道租赁、监控监测设备安装及一体化运维等服务,相应收取基础设施租赁费、设备安装费及运维费；面向企业侧,基于通信运营商、铁塔公司的5G基站布点需求及互联网企业的业务布局需求,通过多站融合建设可提供电力场站及杆塔沟道租赁服务^[6]。面向电网：可以采集能源调节、变电和用电过程中所产生的能源相关数据，并且通过边缘计算进行数据分析，从而实现能源供需智能化调节，为综合能源服务终端监测、电力智能巡检、配电物联网、产业基建等业务提供支撑。

边缘数据中心机柜租赁服务、充换电站售电服务、储能站售电及电网调峰调频等辅助服务，相应收取基础设施租赁费、5G设备安装费和运维费、机柜租赁费、充换电服务费、储能售电及辅助服务费等。

多站融合站在选址过程中应充分考虑运维便捷性、用户体验感、需求及应用场景等因素，优先选择人口密度大、交通便利、需求增长强劲地区的变电站。

数据中心站建成后将主要服务于终端用户，因此用户的使用需求是数据中心站实施条件的重要指标之一。在选址过程中需充分考虑数据中心站运维便捷性、用户端与数据中心站的距离、需求与应用场景等因素。

数据中心站的建设与运营应在充分考虑变电站安全运行的基础上开展。在物理安全方面，数据中心站应在独立空间内建设部署且具有独立出入口，以便建成后的运维管理。在网络安全方面应做到设备层物理隔离，实现内外网隔离。

根据数据中心相关建设标准，为满足数据中心站的建设需求及安防、消防的要求，变电站需为数据中心站提供相应的物理空间。对于有条件的变电站，需保证平均每个机柜6平方米的独立空间，且具备制冷设备室外机的安装条件。

数据中心站在运行过程中需要使用大量电能，对电网的供电可靠性和电能质量也有较高要求，因此需要变电站提供安全稳定的供电环境，从而满足数据中心站的电能使用需求。

“多站融合”的落地实施作为能源互联网发展的重要一步，以边缘数据中心为出发点，挖掘“多站融合”的增值业务，在满足电网业务对数据处理的需求外，用于支撑工业互联网、智慧环保、平安城市、车联网等场景的非结构化数据的边缘计算需求，实现资源优化配置，促进电网与城市数字化协同发展^[7]。

4 结语

本文基于多站融合需求，在基于变电站的基础上，集成储能、充电站、并基于本身资源引入5G及北斗地基增强站技术，采用融合贯通、相互补充的方式，充分发挥各系统的优势，实现多站融合的统一配置，覆盖更多的用户和更大的服务范围。文末针对选址提出了具体的策略，确保多站融合实现的合理性。

参考文献：

[1] 赵清源，地市供电企业“三站合一”变电站建设方案的探索与研究，《中国电力企业管理创新实践（2019年）》，2020，10：832-835

[2] 国家电网公司，国家电网公司提出最新战略目标，《安徽电力》，2020，01：2-3

[3] 林铁力、谭路加、董冰，5G站点建设动力配套解决方案探讨，《邮电设计技术》, 2020,04：89-92

[4] 桂霖，NB-IoT产业链特性及网络建设方案分析，《内蒙古大学硕士论文》

[5] 宋洋等，泛在电力物联网的北斗亚纳秒级授时系统关键技术研究，《卫星导航定位与北斗系统应用2019——北斗服务全球 融合创新应用》

[6] 张越、王伯伊、李冉等，多站融合的商业模式与发展路径研究，《供用电》，2019，06：62-66。

[7] 王伯伊、张越、刘明波等，“多站融合”运营模式的探索研究，《“多站融合”运营模式的探索研究》，2019，07：41-45