淺析高校電力能源管理平臺的設(shè)計與應(yīng)用方案

引言

我國高校建筑目前均為大型公共建筑，建筑面積龐大，單位能耗和總能耗增加顯著。特別是一些省屬高校，當前普遍采用的能源管理主要是通過人工手段對各項數(shù)據(jù)進行整理，這種工作方式存在工作人員少，工作量大、計量結(jié)果準確性差、計量周期長，結(jié)果反饋滯后時間長的弊端，非常不利于及時了解高校能耗實績，也無法快速發(fā)現(xiàn)學校的用能漏洞。因此， 為解決以上問題，設(shè)計并構(gòu)建高校能源智能管理系統(tǒng)，就顯得尤為重要。

1 系統(tǒng)設(shè)計目標與原則

1.1電力能源管理系統(tǒng)目標

高校電力能源智能管理系統(tǒng)作為高校實施能源管理的重要子系統(tǒng)，主要作用目標在于： 提升高校供電系統(tǒng)的安全性，降低系統(tǒng)故障率[1]；提高用電質(zhì)量，降低負荷沖擊[2][3]；提升供電管理效率，低成本合理用電；監(jiān)控二級單位電力消耗，為高校能源績效考核提供依據(jù)。

1.2系統(tǒng)參數(shù)監(jiān)測要求

為保證供電的安全性、經(jīng)濟性和穩(wěn)定性，供電系統(tǒng)需要滿足一定電能質(zhì)量要求。依據(jù)國 家電能質(zhì)量標準，系統(tǒng)需要對供電系統(tǒng)部分參數(shù)實施監(jiān)測，包括：

（1）低壓配電系統(tǒng)運行狀態(tài)例如：系統(tǒng)有功、無功補償；系統(tǒng)頻率、變壓器溫度等；

（2）中壓配電系統(tǒng)的電流、電壓、功率；低壓配電系統(tǒng)的狀態(tài)量，例如：開關(guān)信號等

1.3網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)構(gòu)成

高校成熟、可靠、穩(wěn)定的局域網(wǎng)，工控機，服務(wù)器，可視化終端等。

1.4智能儀表

智能儀表包括，智能電表，智能溫控儀等，為了解決非新建校園改造過程中用電單元出現(xiàn)的分散與落后的問題，采用小型化智能電表，全新的小型模塊化設(shè)計，測量精度高，安裝簡易、性能可靠穩(wěn)定、工作電壓范圍寬、防竊電、自身功耗低?？芍苯影惭b在動力箱、配電箱或墻壁保護箱中，便于配電系統(tǒng)加裝低壓電表的改造。智能電表將采集的電力數(shù)據(jù)通過標準的通訊接口將數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)整合服務(wù)器，再將整合后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥茉垂芾硐到y(tǒng)中心， 實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實時動態(tài)采集，及設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測。

2 高校能源智能管理系統(tǒng)技術(shù)路線

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

高校能源智能管理系統(tǒng)的設(shè)計目標是實現(xiàn)高校能源監(jiān)管能耗的數(shù)據(jù)可視化、管理動態(tài)化以及節(jié)能指標化。為實現(xiàn)該設(shè)計目標[5]，可以采用基于分布采集和集中管理的思想對系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，如圖 1所示。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)包括數(shù)據(jù)實時采集終端、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、智能監(jiān)控管理中心。

系統(tǒng)中電表管理模塊的設(shè)計準則是對高校建筑中的電能使用情況進行分類和分項計量。分項用電即照明、動力、空調(diào)等一些特殊用電，這些用電按照高校建筑消耗的各類電能進行用途分類和數(shù)據(jù)收集。電表管理模塊基于 B/S 開發(fā)模式，采用實時通信和數(shù)據(jù)采集技術(shù)，結(jié)合分布式數(shù)據(jù)庫，通過互聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)發(fā)布，確保各用電單位對本單位用電情況的實時管理， 電表管理模塊還可對用電數(shù)據(jù)進行分析，有效實現(xiàn)高校各單位用電的量化管理。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸與通訊

系統(tǒng)需要實現(xiàn)需要采用智能監(jiān)控儀表、數(shù)據(jù)采集器據(jù)傳輸終端、DTU 數(shù)據(jù)傳輸終端和能

源智能管理系統(tǒng)平臺。

用電監(jiān)控儀表：方案安裝采用在企業(yè)進線斷路器開關(guān)下端增設(shè)校園用電監(jiān)控儀表，同時

建議重新安裝標準進線 CT 以及標準進線 PT，用于電流/電壓測量功能。

數(shù)據(jù)采集器：用于通過具有的 RS485 通訊功能采集用電監(jiān)控儀表所有用電信息，上傳到

校園能源管理中心，數(shù)據(jù)采集器通過以太網(wǎng)通訊方式將數(shù)據(jù)上傳共享到能源智能管理系統(tǒng)平

臺，便于實時掌握學校用電情況。

DTU 數(shù)據(jù)傳輸終端：采用 GPRS 無線通訊將數(shù)據(jù)采集器中的信息分別上傳到校園能源管

理系統(tǒng)中心，用于決策部門實時掌握校園電力能耗運行情況。

2.3 高校能源智能管理系統(tǒng)主要功能

（1）基本檔案管理功能

系統(tǒng)權(quán)限管理———用戶可根據(jù)類別、角色、權(quán)限對系統(tǒng)進行管理，維護。

建筑資料管理———管理各分類建筑的基本信息，比如建筑的功能用途、建筑結(jié)構(gòu)特征、

投入使用年限、建筑面積、使用人數(shù)、供電分區(qū)等基本資料，使能耗監(jiān)管中心對各建筑情況一目了然。

（2）能耗監(jiān)測、報警

系統(tǒng)平臺可以在線監(jiān)測整個校園能耗動態(tài)信息，并將這些能耗數(shù)據(jù)與相對應(yīng)的設(shè)備相結(jié)

合，現(xiàn)場管理人員可了解和掌握重點設(shè)備的實時能耗狀況、單位能耗數(shù)據(jù)、能耗變化趨勢和

實時運行參數(shù)等信息[8]。系統(tǒng)平臺對各環(huán)節(jié)用能的數(shù)據(jù)實時采集、監(jiān)測，將校園的用電信息

數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)化方式上傳能耗監(jiān)測管理中心，根據(jù)預(yù)設(shè)的能耗報警條件對用能超限區(qū)域

進行報警，也可以通過外掛開發(fā)程序包的方式開發(fā)獨立的實時能耗優(yōu)化控制系統(tǒng)，科學制定

用能計劃，實現(xiàn)能源分配最優(yōu)化[9]。

（3）能耗統(tǒng)計分析

能耗統(tǒng)計分析是系統(tǒng)管理平臺最重要的功能，系統(tǒng)可以利用統(tǒng)計學方法采用報表、曲線、

圖表等形式對不同的建筑類型、區(qū)域等用能情況進行對比分析。例如系統(tǒng)可以通過可視化三

維成像技術(shù)充分展現(xiàn)各區(qū)域分類能源數(shù)據(jù)，核算能源消費總量，滿足學校與相關(guān)部門對地區(qū)

能源統(tǒng)計、能源總量對比，輔助學校能源部門實現(xiàn)以控制能源消費總量作為節(jié)能減排指標提

供有效的決策依據(jù)。同時也可以對整個學校在教學過程中所有用電數(shù)據(jù)，對學校用電設(shè)備和

電網(wǎng)產(chǎn)生的諧波數(shù)據(jù)進行在線實時監(jiān)測，并對過程中出現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)進行報警提示[10]，還可

以通過縱向比較，找出周、月不同時段能源消耗過程中存在的浪費和隱患。通過向設(shè)計各種

統(tǒng)計報表建立校園能耗設(shè)備評估系統(tǒng)，來優(yōu)化校園的能源消耗，提高學校能耗使用效率，實

現(xiàn)節(jié)能減排。

（4）能耗公示、審計和績效評價

系統(tǒng)具有強大的歷史能耗數(shù)據(jù)追溯和分析功能，在不同時段下生成各種能耗數(shù)據(jù)報表和

曲線：如用電量、設(shè)備單耗、用多種方法對主要能耗設(shè)備的實時和歷史能耗數(shù)據(jù)進行查詢和

追溯，并可對多種參量的變化趨勢進行疊加、對比、分析，從而發(fā)現(xiàn)能源消耗結(jié)構(gòu)和過程中

存在的深層次問題，對校園能源消耗結(jié)構(gòu)和方式的改進、優(yōu)化提出方案和建議。此外，還能

對各二級單位的能耗以及節(jié)能指標落實情況的審計結(jié)果予以公示，根據(jù)能源管理體系和各責

任單位的具體能源消耗情況進行定量分析，對整個學校及相關(guān)部門的能源利用效率、消耗水

平、能源經(jīng)使用經(jīng)濟性等進行審計、檢測、診斷和績效評價。

3 安科瑞電氣針對高校推出能效管理解決方案--AcrelEMS-EDU校園綜合能效管理平臺

3.1平臺概述

AcrelEMS-EDU校園綜合能效管理解決方案針對校園能源統(tǒng)計、后勤計費管理、校園運維管理等提供高校的信息化管理平臺。從“源、網(wǎng)、荷、儲、充”多個角度解析高校當下及未來的用能問題及用能需求，在統(tǒng)一的需求下“實現(xiàn)能源互補、信息互通”等管理模式。助力學校管理智能化、數(shù)字化、綜合化，實現(xiàn)節(jié)能校園、綠色校園、低碳校園。

3.2平臺組成

AcrelEMS-EDU高校綜合能效管理平臺采用開放的分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要由設(shè)備層、傳輸層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層組成。AcrelEMS-EDU高校綜合能效平臺提供校園用能實時在線監(jiān)控、能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、空調(diào)智能管理、用能排名、節(jié)能評估、宿舍惡性負載監(jiān)管等功能。

3.3平臺架構(gòu)

圖1 安科瑞能效管理方案架構(gòu)拓撲

4 高校綜合能效解決方案

4.1校園電力監(jiān)控與運維

集成設(shè)備所有數(shù)據(jù)，綜合分析、協(xié)同控制、優(yōu)化運行，集中調(diào)控，集中監(jiān)控，數(shù)字化巡檢，移動運維， 班組重新優(yōu)化整合，減少人力配置。

4.2后勤計費管理

采用先進的網(wǎng)絡(luò)抄表付費管理技術(shù)，實現(xiàn)電、水、氣等能源綜合計費，實現(xiàn)遠程抄表、費率設(shè)置、 賬單統(tǒng)計匯總等，支持微信、支付寶、一卡通等充值支付方式，可設(shè)置補貼方案。通過能源付費管理方式，培養(yǎng)用能群體和部門的節(jié)能意識。

4.2.1宿舍用電管理

針對學生宿舍用電進行管理控制：可批量下發(fā)基礎(chǔ)用電額度和定時通斷功能；可進行惡性負載識別，檢測違規(guī)電氣，并可獲取違規(guī)用電跳閘記錄。

4.2.2商鋪水電收費

針對校園超市、商鋪、食堂及其他針對個體的水電用能進行預(yù)付費管理

4.2.3充電樁管理平臺

充電樁在“源、網(wǎng)、荷、儲、充”信息能源結(jié)構(gòu)中是必不可缺的。充電樁應(yīng)用管理同樣是校園生活服務(wù)中必不可缺的一部分。

4.2.4智能照明管理

通過對高校路燈的全局監(jiān)測，提供對路燈靈活智能的管理，實現(xiàn)校園內(nèi)任一線路，任一個路燈的定時 開關(guān)、強制開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)，以及定時控制方案靈活設(shè)置，確保路燈照明的智能控制和高效節(jié)能。

4.3能源管理系統(tǒng)

針對校園水、電、氣等各類接入能源進行統(tǒng)計分析，包含同比分析、環(huán)比分分析、損耗分析等。了解用能總量和能源流向。

按校園建筑的分類進行采集和統(tǒng)計的各類建筑耗電數(shù)據(jù)。如辦公類建筑耗電、教學類建筑耗電、學生宿舍耗電等，對數(shù)據(jù)分門別類的分析，提供領(lǐng)導(dǎo)決策，提高管理效能。

構(gòu)建符合校園節(jié)能監(jiān)管內(nèi)容及要求的數(shù)據(jù)庫，能自動完成能耗數(shù)據(jù)的采集工作，自動生成各種形式的報表、圖表以及系統(tǒng)性的能耗審計報告，能夠監(jiān)測能耗設(shè)備的運行狀態(tài)，設(shè)置控制策略，達到節(jié)能目的。

4.4智慧消防系統(tǒng)

智慧消防云平臺基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代信息技術(shù)，將分散的火災(zāi)自動報警設(shè)備、電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設(shè)備連接形成網(wǎng)絡(luò)，并對這些設(shè)備的狀態(tài)進行智能化感知、識別、定位，實時動態(tài)采集消防信息，通過云平臺進行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實多元責任監(jiān)管等目標。實現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實現(xiàn)智慧消防“自動化”、“智能化”、“系統(tǒng)化”需求。

從火災(zāi)預(yù)防，到火情報警，再到控制聯(lián)動，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺內(nèi)運行，用戶、安保人員、監(jiān)管單位都能夠通過平臺直觀地看到每一棟建筑物中各類消防設(shè)備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現(xiàn)細節(jié)隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內(nèi)，相關(guān)報警和事件信息通過手機短信、語音電話、郵件提醒和APP推送等手段，就迅速能夠迅速通知到達相關(guān)人員。

5.平臺部署硬件選型

5.1電力監(jiān)控與運維平臺

5.2后勤計費管理

5.2.1宿舍/商業(yè)預(yù)付費平臺

5.2.2充電樁管理平臺

5.2.3智能照明管理

5.3能源管理系統(tǒng)

5.4智慧消防系統(tǒng)

5.4.1電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

5.4.2消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)

5.4.3防火門監(jiān)控系統(tǒng)

5.4.4消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)

6結(jié)束語

本文結(jié)合作者所在高校提出了高校電力能源智能管理系統(tǒng)的構(gòu)建設(shè)想，通過分析高校在電力能源管理方面存在的弊端，有針對性的提出高校電力系統(tǒng)改造與智能管理系統(tǒng)建設(shè)的建議，采用大數(shù)據(jù)分析管理的方式方法來保證電力能源的高效利用，實現(xiàn)高校節(jié)能減排，建設(shè)綠色校園的目標。

【參考文獻】

【1】 張小雷.高校電力能源智能管理系統(tǒng)的設(shè)計研究[J].沈陽航空航天大學,2019,（12）:108-110.

【2】 田祥花．基于互聯(lián)網(wǎng)的高耗企業(yè)能源管理系統(tǒng)設(shè)計[D]．北京：華北電力大學，2017．

【3】 高校綜合能效解決方案2022.5版.

【4】 企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.05版.

安科瑞電氣電子產(chǎn)品選型介紹 吳智敏

審核編輯黃昊宇