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浅析高校电力能源管理平台的设计与应用方案

2023-02-28 [500]

　　安科瑞鲍静君

　　摘要：高校构建电力能源智能管理系统，可以实现对高校电力能源消耗的实时监测、分析预警和辅助决策。系统通过能效管理技术监测各个设备的用电情况，并通过数据的取得、整合、汇总来实现能源的绩效管理。系统从全局出发，整体调控电力设备安全稳定地运行，实现了设备电力参数的实时采集，并且通过标准的通讯接口和成熟的校园网络将数据上传到能源管理系统，进而对电力设备实现全面的监控。

　　关键词：能耗监测；能耗管理；电力管理；高校节能

　　0引言

　　我国高校建筑目前均为大型公共建筑，建筑面积庞大，单位能耗和总能耗增加显著。特别是一些省属高校，当前普遍采用的能源管理主要是通过人工手段对各项数据进行整理，这种工作方式存在工作人员少，工作量大、计量结果准确性差、计量周期长，结果反馈滞后时间长的弊端，非常不利于及时了解高校能耗实绩，也无法快速发现学校的用能漏洞。因此，为解决以上问题，设计并构建高校能源智能管理系统，就显得尤为重要。

　　1 系统设计目标与原则

　　1.1电力能源管理系统目标

　　高校电力能源智能管理系统作为高校实施能源管理的重要子系统，主要作用目标在于：提升高校供电系统的安全性，降低系统故障率[1]；提高用电质量，降低负荷冲击[2][3]；提升供电管理效率，低成本合理用电；监控二级单位电力消耗，为高校能源绩效考核提供依据。

　　1.2系统参数监测要求

　　为保证供电的安全性、经济性和稳定性，供电系统需要满足一定电能质量要求。依据国家电能质量标准，系统需要对供电系统部分参数实施监测，包括：

　　（1）低压配电系统运行状态例如：系统有功、无功补偿；系统频率、变压器温度等；

　　（2）中压配电系统的电流、电压、功率；低压配电系统的状态量，例如：开关信号等

　　1.3网络硬件系统构成

　　高校成熟、可靠、稳定的局域网，工控机，服务器，可视化终端等。

　　1.4智能仪表

　　智能仪表包括，智能电表，智能温控仪等，为了解决非新建校园改造过程中用电单元出现的分散与落后的问题，采用小型化智能电表，全新的小型模块化设计，测量精度高，安装简易、性能可靠稳定、工作电压范围宽、防窃电、自身功耗低。可直接安装在动力箱、配电箱或墙壁保护箱中，便于配电系统加装低压电表的改造。智能电表将采集的电力数据通过标准的通讯接口将数据上传到数据整合服务器，再将整合后的数据传输到能源管理系统中心，实现系统的数据实时动态采集，及设备的状态监测。

　　2 高校能源智能管理系统技术路线

　　2.1系统结构

　　高校能源智能管理系统的设计目标是实现高校能源监管能耗的数据可视化、管理动态化以及节能指标化。为实现该设计目标[5]，可以采用基于分布采集和集中管理的思想对系统总体结构进行设计，如图 1所示。系统总体结构包括数据实时采集终端、数据网关、数据传输网络、智能监控管理中心。

　　系统中电表管理模块的设计准则是对高校建筑中的电能使用情况进行分类和分项计量。分项用电即照明、动力、空调等一些特殊用电，这些用电按照高校建筑消耗的各类电能进行用途分类和数据收集。电表管理模块基于 B/S 开发模式，采用实时通信和数据采集技术，结合分布式数据库，通过互联网进行数据发布，确保各用电单位对本单位用电情况的实时管理，电表管理模块还可对用电数据进行分析，实现高校各单位用电的量化管理。

　　2.2 数据传输与通讯

　　系统需要实现需要采用智能监控仪表、数据采集器据传输终端、DTU 数据传输终端和能源智能管理系统平台。

　　用电监控仪表：方案安装采用在企业进线断路器开关下端增设校园用电监控仪表，同时建议重新安装标准进线 CT 以及标准进线 PT，用于电流/电压测量功能。

　　数据采集器：用于通过具有的 RS485 通讯功能采集用电监控仪表所有用电信息，上传到校园能源管理中心，数据采集器通过以太网通讯方式将数据上传共享到能源智能管理系统平台，便于实时掌握学校用电情况。

　　DTU 数据传输终端：采用 GPRS 无线通讯将数据采集器中的信息分别上传到校园能源管理系统中心，用于决策部门实时掌握校园电力能耗运行情况。

　　2.3 高校能源智能管理系统主要功能

　　（1）基本档案管理功能

　　系统权限管理———用户可根据类别、角色、权限对系统进行管理，维护。

　　建筑资料管理———管理各分类建筑的基本信息，比如建筑的功能用途、建筑结构特征、投入使用年限、建筑面积、使用人数、供电分区等基本资料，使能耗监管中心对各建筑情况一目了然。

　　（2）能耗监测、报警

　　系统平台可以在线监测整个校园能耗动态信息，并将这些能耗数据与相对应的设备相结合，现场管理人员可了解和掌握设备的实时能耗状况、单位能耗数据、能耗变化趋势和实时运行参数等信息[8]。系统平台对各环节用能的数据实时采集、监测，将校园的用电信息数据通过无线网络化方式上传能耗监测管理中心，根据预设的能耗报警条件对用能超限区域进行报警，也可以通过外挂开发程序包的方式开发独立的实时能耗优化控制系统，科学制定用能计划，实现能源分配化[9]。

　　（3）能耗统计分析

　　能耗统计分析是系统管理平台的功能，系统可以利用统计学方法采用报表、曲线、图表等形式对不同的建筑类型、区域等用能情况进行对比分析。例如系统可以通过可视化三维成像技术充分展现各区域分类能源数据，核算能源消费总量，满足学校与相关部门对地区能源统计、能源总量对比，辅助学校能源部门实现以控制能源消费总量作为节能减排指标提供决策依据。同时也可以对整个学校在教学过程中所有用电数据，对学校用电设备和电网产生的谐波数据进行在线实时监测，并对过程中出现的异常数据进行报警提示[10]，还可以通过纵向比较，找出周、月不同时段能源消耗过程中存在的浪费和隐患。通过向设计各种统计报表建立校园能耗设备评估系统，来优化校园的能源消耗，提高学校能耗使用效率，实现节能减排。

　　（4）能耗公示、审计和绩效评价

　　系统具有强大的历史能耗数据追溯和分析功能，在不同时段下生成各种能耗数据报表和曲线：如用电量、设备单耗、用多种方法对主要能耗设备的实时和历史能耗数据进行查询和追溯，并可对多种参量的变化趋势进行叠加、对比、分析，从而发现能源消耗结构和过程中存在的深层次问题，对校园能源消耗结构和方式的改进、优化提出方案和建议。此外，还能对各二级单位的能耗以及节能指标落实情况的审计结果予以公示，根据能源管理体系和各责任单位的具体能源消耗情况进行定量分析，对整个学校及相关部门的能源利用效率、消耗水平、能源经使用经济性等进行审计、检测、诊断和绩效评价。

　　3 安科瑞电气针对高校推出能效管理解决方案--AcrelEMS-EDU校园综合能效管理平台

　　3.1平台概述

　　AcrelEMS-EDU校园综合能效管理解决方案针对校园能源统计、后勤计费管理、校园运维管理等提供高校的信息化管理平台。从“源、网、荷、储、充"多个角度解析高校当下及未来的用能问题及用能需求，在统一的需求下“实现能源互补、信息互通"等管理模式。助力学校管理智能化、数字化、综合化，实现节能校园、绿色校园、低碳校园。

3.2平台组成

　　AcrelEMS-EDU高校综合能效管理平台采用开放的分层分布式网络结构，主要由设备层、传输层、数据层、应用层组成。AcrelEMS-EDU高校综合能效平台提供校园用能实时在线监控、能耗数据统计分析、空调智能管理、用能排名、节能评估、宿舍恶性负载监管等功能。

　　3.3平台架构

图1 安科瑞能效管理方案架构拓扑

　　4 高校综合能效解决方案

　　4.1校园电力监控与运维

　　集成设备所有数据，综合分析、协同控制、优化运行，集中调控，集中监控，数字化巡检，移动运维，班组重新优化整合，减少人力配置。

4.2后勤计费管理

　　采用*网络抄表付费管理技术，实现电、水、气等能源综合计费，实现远程抄表、费率设置、账单统计汇总等，支持微信、支付宝、一卡通等充值支付方式，可设置补贴方案。通过能源付费管理方式，培养用能群体和部门的节能意识。

　　4.2.1宿舍用电管理

　　针对学生宿舍用电进行管理控制：可批量下发基础用电额度和定时通断功能；可进行恶性负载识别，检测违规电气，并可获取违规用电跳闸记录。

4.2.2商铺水电收费

　　针对校园超市、商铺、食堂及其他针对个体的水电用能进行预付费管理

4.2.3充电桩管理平台

　　充电桩在“源、网、荷、储、充"信息能源结构中是必*。充电桩应用管理同样是校园生活服务中必*一部分。

4.2.4智能照明管理

　　通过对高校路灯的全局监测，提供对路灯灵活智能的管理，实现校园内任一线路，任一个路灯的定时开关、强制开关、亮度调节，以及定时控制方案灵活设置，确保路灯照明的智能控制和节能。

4.3能源管理系统

　　针对校园水、电、气等各类接入能源进行统计分析，包含同比分析、环比分分析、损耗分析等。了解用能总量和能源流向。

　　按校园建筑的分类进行采集和统计的各类建筑耗电数据。如办公类建筑耗电、教学类建筑耗电、学生宿舍耗电等，对数据分门别类的分析，提供领导决策，提高管理效能。

　　构建符合校园节能监管内容及要求的数据库，能自动完成能耗数据的采集工作，自动生成各种形式的报表、图表以及系统性的能耗审计报告，能够监测能耗设备的运行状态，设置控制策略，达到节能目的。

4.4智慧消防系统

　　智慧消防云平台基于物联网、大数据、云计算等现代信息技术，将分散的火灾自动报警设备、电气火灾监控设备、智慧烟感探测器、智慧消防用水等设备连接形成网络，并对这些设备的状态进行智能化感知、识别、定位，实时动态采集消防信息，通过云平台进行数据分析、挖掘和趋势分析，帮助实现科学预警火灾、网格化管理、落实多元责任监管等目标。实现了无人化值守智慧消防，实现智慧消防“自动化"、“智能化"、“系统化"需求。从火灾预防，到火情报警，再到控制联动，在统一的系统大平台内运行，用户、安保人员、监管单位都能够通过平台直观地看到每一栋建筑物中各类消防设备和传感器的运行状况，并能够在出现细节隐患、发生火情等紧急和非紧急情况下，在几秒时间内，相关报警和事件信息通过手机短信、语音电话、邮件提醒和APP推送等手段，就迅速能够迅速通知到达相关人员。