王晶晶

安科瑞電氣股份有限公司

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(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。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(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、智能監(jiān)控管理中心。

     系統(tǒng)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(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)與相對應的設備相結(jié)合，現(xiàn)場管理人員可了解和掌握重點設備的實時能耗狀況、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)絡化方式上傳能耗監(jiān)測管理中心，根據(jù)預設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[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。通過向設計各種統(tǒng)計報表建立校園能耗設備評估系統(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、設備單耗、用多種方法對主要能耗設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)絡結(jié)構(gòu)，主要由設備層、傳輸層、數(shù)據(jù)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(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*。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(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)測能耗設備的運行狀態(tài)，設置控制策略，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)，將分散的火災自動報警設備、電氣火災監(jiān)控設備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設備連接形成網(wǎng)絡，并對這些設備的狀態(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)科學預警火災、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。從火災預防，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電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)

5.4.2消防設備電源監(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)設計與應用手冊2022.05版.