淺談高校電力能源管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用方案

王金晶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘 要：高校構(gòu)建電力能源智能管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高校電力能源消耗的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析預(yù)警和輔助決策。系統(tǒng)通過能效管理技術(shù)監(jiān)測(cè)各個(gè)設(shè)備的用電情況，并通過數(shù)據(jù)的取得、整合、匯總來實(shí)現(xiàn)能源的績(jī)效管理。系統(tǒng)從全局出發(fā)，整體調(diào)控電力設(shè)備安全穩(wěn)定地運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備電力參數(shù)的實(shí)時(shí)采集，并且通過標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口和成熟的校園網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳到能源管理系統(tǒng)，進(jìn)而對(duì)電力設(shè)備實(shí)現(xiàn)全面而有效的監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：能耗監(jiān)測(cè)；能耗管理；電力管理；高校節(jié)能

0引言

我國(guó)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(dāng)前普遍采用的能源管理主要是通過人工手段對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，這種工作方式存在工作人員少，工作量大、計(jì)量結(jié)果準(zhǔn)確性差、計(jì)量周期長(zhǎng)，結(jié)果反饋滯后時(shí)間長(zhǎng)的弊端，非常不利于及時(shí)了解高校能耗實(shí)績(jī)，也無法快速發(fā)現(xiàn)學(xué)校的用能漏洞。因此， 為解決以上問題，設(shè)計(jì)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(jì)目標(biāo)與原則

1.1電力能源管理系統(tǒng)目標(biāo)

高校電力能源智能管理系統(tǒng)作為高校實(shí)施能源管理的重要子系統(tǒng)，主要作用目標(biāo)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(fù)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(jí)單位電力消耗，為高校能源績(jī)效考核提供依據(jù)。

1.2系統(tǒng)參數(shù)監(jiān)測(cè)要求

為保證供電的安全性、經(jīng)濟(jì)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(guó) 家電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)需要對(duì)供電系統(tǒng)部分參數(shù)實(shí)施監(jiān)測(cè)，包括：

（1）低壓配電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)例如：系統(tǒng)有功、無功補(bǔ)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(hào)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(jī)，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(jì)，測(cè)量精度高，安裝簡(jiǎn)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(dòng)力箱、配電箱或墻壁保護(hù)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集，及設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

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(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高校能源監(jiān)管能耗的數(shù)據(jù)可視化、管理動(dòng)態(tài)化以及節(jié)能指標(biāo)化。為實(shí)現(xiàn)該設(shè)計(jì)目標(biāo)[5]，可以采用基于分布采集和集中管理的思想對(duì)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖 1所示。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)包括數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)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(jì)準(zhǔn)則是對(duì)高校建筑中的電能使用情況進(jìn)行分類和分項(xiàng)計(jì)量。分項(xiàng)用電即照明、動(dòng)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(jìn)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(shí)時(shí)通信和數(shù)據(jù)采集技術(shù)，結(jié)合分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)布，確保各用電單位對(duì)本單位用電情況的實(shí)時(shí)管理， 電表管理模塊還可對(duì)用電數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，有效實(shí)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(shí)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(tái)。

用電監(jiān)控儀表：方案安裝采用在企業(yè)進(jìn)線斷路器開關(guān)下端增設(shè)校園用電監(jiān)控儀表，同時(shí)建議重新安裝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)線 CT 以及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)線 PT，用于電流/電壓測(cè)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(tái)，便于實(shí)時(shí)掌握學(xué)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(shí)時(shí)掌握校園電力能耗運(yùn)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理，維護(hù)。

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(duì)各建筑情況一目了然。

（2）能耗監(jiān)測(cè)、報(bào)警

系統(tǒng)平臺(tái)可以在線監(jiān)測(cè)整個(gè)校園能耗動(dòng)態(tài)信息，并將這些能耗數(shù)據(jù)與相對(duì)應(yīng)的設(shè)備相結(jié)合，現(xiàn)場(chǎng)管理人員可了解和掌握重點(diǎn)設(shè)備的實(shí)時(shí)能耗狀況、單位能耗數(shù)據(jù)、能耗變化趨勢(shì)和實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)等信息[8]。系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)各環(huán)節(jié)用能的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、監(jiān)測(cè)，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(cè)管理中心，根據(jù)預(yù)設(shè)的能耗報(bào)警條件對(duì)用能超限區(qū)域進(jìn)行報(bào)警，也可以通過外掛開發(fā)程序包的方式開發(fā)獨(dú)立的實(shí)時(shí)能耗優(yōu)化控制系統(tǒng)，科學(xué)制定用能計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)能源分配最優(yōu)化[9]。

（3）能耗統(tǒng)計(jì)分析

能耗統(tǒng)計(jì)分析是系統(tǒng)管理平臺(tái)最重要的功能，系統(tǒng)可以利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法采用報(bào)表、曲線、圖表等形式對(duì)不同的建筑類型、區(qū)域等用能情況進(jìn)行對(duì)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(fèi)總量，滿足學(xué)校與相關(guān)部門對(duì)地區(qū)能源統(tǒng)計(jì)、能源總量對(duì)比，輔助學(xué)校能源部門實(shí)現(xiàn)以控制能源消費(fèi)總量作為節(jié)能減排指標(biāo)提供有效的決策依據(jù)。同時(shí)也可以對(duì)整個(gè)學(xué)校在教學(xué)過程中所有用電數(shù)據(jù)，對(duì)學(xué)校用電設(shè)備和電網(wǎng)產(chǎn)生的諧波數(shù)據(jù)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并對(duì)過程中出現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警提示[10]，還可以通過縱向比較，找出周、月不同時(shí)段能源消耗過程中存在的浪費(fèi)和隱患。通過向設(shè)計(jì)各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表建立校園能耗設(shè)備評(píng)估系統(tǒng)，來優(yōu)化校園的能源消耗，提高學(xué)校能耗使用效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

（4）能耗公示、審計(jì)和績(jī)效評(píng)價(jià)

系統(tǒng)具有強(qiáng)大的歷史能耗數(shù)據(jù)追溯和分析功能，在不同時(shí)段下生成各種能耗數(shù)據(jù)報(bào)表和曲線：如用電量、設(shè)備單耗、用多種方法對(duì)主要能耗設(shè)備的實(shí)時(shí)和歷史能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和追溯，并可對(duì)多種參量的變化趨勢(shì)進(jìn)行疊加、對(duì)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(duì)校園能源消耗結(jié)構(gòu)和方式的改進(jìn)、優(yōu)化提出方案和建議。此外，還能對(duì)各二級(jí)單位的能耗以及節(jié)能指標(biāo)落實(shí)情況的審計(jì)結(jié)果予以公示，根據(jù)能源管理體系和各責(zé)任單位的具體能源消耗情況進(jìn)行定量分析，對(duì)整個(gè)學(xué)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(jì)性等進(jìn)行審計(jì)、檢測(cè)、診斷和績(jī)效評(píng)價(jià)。

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

3.1平臺(tái)概述

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

3.2平臺(tái)組成

AcrelEMS-EDU高校綜合能效管理平臺(tái)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(tái)提供校園用能實(shí)時(shí)在線監(jiān)控、能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、空調(diào)智能管理、用能排名、節(jié)能評(píng)估、宿舍惡性負(fù)載監(jiān)管等功能。

3.3平臺(tái)架構(gòu)

安科瑞能效管理方案架構(gòu)拓?fù)?/p>

4 高校綜合能效解決方案

4.1校園電力監(jiān)控與運(yùn)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(yùn)行，集中調(diào)控，集中監(jiān)控，數(shù)字化巡檢，移動(dòng)運(yùn)維， 班組重新優(yōu)化整合，減少人力配置。

4.2后勤計(jì)費(fèi)管理

采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)抄表付費(fèi)管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電、水、氣等能源綜合計(jì)費(fèi)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表、費(fèi)率設(shè)置、 賬單統(tǒng)計(jì)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(bǔ)貼方案。通過能源付費(fèi)管理方式，培養(yǎng)用能群體和部門的節(jié)能意識(shí)。

4.2.1宿舍用電管理

針對(duì)學(xué)生宿舍用電進(jìn)行管理控制：可批量下發(fā)基礎(chǔ)用電額度和定時(shí)通斷功能；可進(jìn)行惡性負(fù)載識(shí)別，檢測(cè)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(fèi)

針對(duì)校園超市、商鋪、食堂及其他針對(duì)個(gè)體的水電用能進(jìn)行預(yù)付費(fèi)管理

4.2.3充電樁管理平臺(tái)

充電樁在“源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、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(duì)高校路燈的全局監(jiān)測(cè)，提供對(duì)路燈靈活智能的管理，實(shí)現(xiàn)校園內(nèi)任一線路，任一個(gè)路燈的定時(shí) 開關(guān)、強(qiáng)制開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)，以及定時(shí)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(duì)校園水、電、氣等各類接入能源進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(jìn)行采集和統(tǒng)計(jì)的各類建筑耗電數(shù)據(jù)。如辦公類建筑耗電、教學(xué)類建筑耗電、學(xué)生宿舍耗電等，對(duì)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(kù)，能自動(dòng)完成能耗數(shù)據(jù)的采集工作，自動(dòng)生成各種形式的報(bào)表、圖表以及系統(tǒng)性的能耗審計(jì)報(bào)告，能夠監(jiān)測(cè)能耗設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)置控制策略，達(dá)到節(jié)能目的。

4.4智慧消防系統(tǒng)

智慧消防云平臺(tái)基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)，將分散的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)備、電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、智慧煙感探測(cè)器、智慧消防用水等設(shè)備連接形成網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)這些設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行智能化感知、識(shí)別、定位，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集消防信息，通過云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢(shì)分析，幫助實(shí)現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實(shí)現(xiàn)智慧消防“自動(dòng)化”、“智能化”、“系統(tǒng)化”需求。從火災(zāi)預(yù)防，到火情報(bào)警，再到控制聯(lián)動(dòng)，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺(tái)內(nèi)運(yùn)行，用戶、安保人員、監(jiān)管單位都能夠通過平臺(tái)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(yùn)行狀況，并能夠在出現(xiàn)細(xì)節(jié)隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時(shí)間內(nèi)，相關(guān)報(bào)警和事件信息通過手機(jī)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(dá)相關(guān)人員。

5.平臺(tái)部署硬件選型

5.1電力監(jiān)控與運(yùn)維平臺(tái)

5.2后勤計(jì)費(fèi)管理

5.2.1宿舍/商業(yè)預(yù)付費(fèi)平臺(tái)

5.2.2充電樁管理平臺(tái)

5.2.3智能照明管理

5.3能源管理系統(tǒng)

5.4.3防火門監(jiān)控系統(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(duì)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(shí)現(xiàn)高校節(jié)能減排，建設(shè)綠色校園的目標(biāo)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】 張小雷.高校電力能源智能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[J].沈陽航空航天大學(xué),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(jì)[D]．北京：華北電力大學(xué)，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(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版.

審核編輯黃宇