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淺析高校電力能源管理平臺的設計與應用方案

2023-02-28 [1106]

　　安科瑞鮑靜君

　　摘要：高校構建電力能源智能管理系統，可以實現對高校電力能源消耗的實時監測、分析預警和輔助決策。系統通過能效管理技術監測各個設備的用電情況，并通過數據的取得、整合、匯總來實現能源的績效管理。系統從全局出發，整體調控電力設備安全穩定地運行，實現了設備電力參數的實時采集，并且通過標準的通訊接口和成熟的校園網絡將數據上傳到能源管理系統，進而對電力設備實現全面的監控。

　　關鍵詞：能耗監測；能耗管理；電力管理；高校節能

　　0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據進行整理，這種工作方式存在工作人員少，工作量大、計量結果準確性差、計量周期長，結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，也無法快速發現學校的用能漏洞。因此，為解決以上問題，設計并構建高校能源智能管理系統，就顯得尤為重要。

　　1 系統設計目標與原則

　　1.1電力能源管理系統目標

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

　　1.2系統參數監測要求

　　為保證供電的安全性、經濟性和穩定性，供電系統需要滿足一定電能質量要求。依據國家電能質量標準，系統需要對供電系統部分參數實施監測，包括：

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

　　（2）中壓配電系統的電流、電壓、功率；低壓配電系統的狀態量，例如：開關信號等

　　1.3網絡硬件系統構成

　　高校成熟、可靠、穩定的局域網，工控機，服務器，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計，測量精度高，安裝簡易、性能可靠穩定、工作電壓范圍寬、防竊電、自身功耗低。可直接安裝在動力箱、配電箱或墻壁保護箱中，便于配電系統加裝低壓電表的改造。智能電表將采集的電力數據通過標準的通訊接口將數據上傳到數據整合服務器，再將整合后的數據傳輸到能源管理系統中心，實現系統的數據實時動態采集，及設備的狀態監測。

　　2 高校能源智能管理系統技術路線

　　2.1系統結構

　　高校能源智能管理系統的設計目標是實現高校能源監管能耗的數據可視化、管理動態化以及節能指標化。為實現該設計目標[5]，可以采用基于分布采集和集中管理的思想對系統總體結構進行設計，如圖 1所示。系統總體結構包括數據實時采集終端、數據網關、數據傳輸網絡、智能監控管理中心。

　　系統中電表管理模塊的設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據收集。電表管理模塊基于 B/S 開發模式，采用實時通信和數據采集技術，結合分布式數據庫，通過互聯網進行數據發布，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據進行分析，實現高校各單位用電的量化管理。

　　2.2 數據傳輸與通訊

　　系統需要實現需要采用智能監控儀表、數據采集器據傳輸終端、DTU 數據傳輸終端和能源智能管理系統平臺。

　　用電監控儀表：方案安裝采用在企業進線斷路器開關下端增設校園用電監控儀表，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。

　　數據采集器：用于通過具有的 RS485 通訊功能采集用電監控儀表所有用電信息，上傳到校園能源管理中心，數據采集器通過以太網通訊方式將數據上傳共享到能源智能管理系統平臺，便于實時掌握學校用電情況。

　　DTU 數據傳輸終端：采用 GPRS 無線通訊將數據采集器中的信息分別上傳到校園能源管理系統中心，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主要功能

　　（1）基本檔案管理功能

　　系統權限管理———用戶可根據類別、角色、權限對系統進行管理，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、建筑結構特征、投入使用年限、建筑面積、使用人數、供電分區等基本資料，使能耗監管中心對各建筑情況一目了然。

　　（2）能耗監測、報警

　　系統平臺可以在線監測整個校園能耗動態信息，并將這些能耗數據與相對應的設備相結合，現場管理人員可了解和掌握設備的實時能耗狀況、單位能耗數據、能耗變化趨勢和實時運行參數等信息[8]。系統平臺對各環節用能的數據實時采集、監測，將校園的用電信息數據通過無線網絡化方式上傳能耗監測管理中心，根據預設的能耗報警條件對用能超限區域進行報警，也可以通過外掛開發程序包的方式開發獨立的實時能耗優化控制系統，科學制定用能計劃，實現能源分配化[9]。

　　（3）能耗統計分析

　　能耗統計分析是系統管理平臺的功能，系統可以利用統計學方法采用報表、曲線、圖表等形式對不同的建筑類型、區域等用能情況進行對比分析。例如系統可以通過可視化三維成像技術充分展現各區域分類能源數據，核算能源消費總量，滿足學校與相關部門對地區能源統計、能源總量對比，輔助學校能源部門實現以控制能源消費總量作為節能減排指標提供決策依據。同時也可以對整個學校在教學過程中所有用電數據，對學校用電設備和電網產生的諧波數據進行在線實時監測，并對過程中出現的異常數據進行報警提示[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。通過向設計各種統計報表建立校園能耗設備評估系統，來優化校園的能源消耗，提高學校能耗使用效率，實現節能減排。

　　（4）能耗公示、審計和績效評價

　　系統具有強大的歷史能耗數據追溯和分析功能，在不同時段下生成各種能耗數據報表和曲線：如用電量、設備單耗、用多種方法對主要能耗設備的實時和歷史能耗數據進行查詢和追溯，并可對多種參量的變化趨勢進行疊加、對比、分析，從而發現能源消耗結構和過程中存在的深層次問題，對校園能源消耗結構和方式的改進、優化提出方案和建議。此外，還能對各二級單位的能耗以及節能指標落實情況的審計結果予以公示，根據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，對整個學校及相關部門的能源利用效率、消耗水平、能源經使用經濟性等進行審計、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、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，在統一的需求下“實現能源互補、信息互通"等管理模式。助力學校管理智能化、數字化、綜合化，實現節能校園、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絡結構，主要由設備層、傳輸層、數據層、應用層組成。AcrelEMS-EDU高校綜合能效平臺提供校園用能實時在線監控、能耗數據統計分析、空調智能管理、用能排名、節能評估、宿舍惡性負載監管等功能。

　　3.3平臺架構

圖1 安科瑞能效管理方案架構拓撲

　　4 高校綜合能效解決方案

　　4.1校園電力監控與運維

　　集成設備所有數據，綜合分析、協同控制、優化運行，集中調控，集中監控，數字化巡檢，移動運維，班組重新優化整合，減少人力配置。

4.2后勤計費管理

　　采用*網絡抄表付費管理技術，實現電、水、氣等能源綜合計費，實現遠程抄表、費率設置、賬單統計匯總等，支持微信、支付寶、一卡通等充值支付方式，可設置補貼方案。通過能源付費管理方式，培養用能群體和部門的節能意識。

　　4.2.1宿舍用電管理

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

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付費管理

4.2.3充電樁管理平臺

　　充電樁在“源、網、荷、儲、充"信息能源結構中是必*。充電樁應用管理同樣是校園生活服務中必*一部分。

4.2.4智能照明管理

　　通過對高校路燈的全局監測，提供對路燈靈活智能的管理，實現校園內任一線路，任一個路燈的定時開關、強制開關、亮度調節，以及定時控制方案靈活設置，確保路燈照明的智能控制和節能。

4.3能源管理系統

　　針對校園水、電、氣等各類接入能源進行統計分析，包含同比分析、環比分分析、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計的各類建筑耗電數據。如辦公類建筑耗電、教學類建筑耗電、學生宿舍耗電等，對數據分門別類的分析，提供領導決策，提高管理效能。

　　構建符合校園節能監管內容及要求的數據庫，能自動完成能耗數據的采集工作，自動生成各種形式的報表、圖表以及系統性的能耗審計報告，能夠監測能耗設備的運行狀態，設置控制策略，達到節能目的。

4.4智慧消防系統

　　智慧消防云平臺基于物聯網、大數據、云計算等現代信息技術，將分散的火災自動報警設備、電氣火災監控設備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設備連接形成網絡，并對這些設備的狀態進行智能化感知、識別、定位，實時動態采集消防信息，通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統化"需求。從火災預防，到火情報警，再到控制聯動，在統一的系統大平臺內運行，用戶、安保人員、監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備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現細節隱患、發生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內，相關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人員。