王 璐 王曉林 高學(xué)健

（1.濟(jì)南水務(wù)集團(tuán)有限公司東區(qū)供水分公司 2.積成能源有限公司 3.積成電子股份有限公司）

0 引言

2020年10月29 日，中國(guó)共產(chǎn)黨第十九屆中央委員會(huì)第五次全體會(huì)議通過了《中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》，指出要推進(jìn)能源革命，完善能源產(chǎn)供儲(chǔ)銷體系，建設(shè)智慧能源系統(tǒng)，推動(dòng)能源清潔低碳安全高效利用。

綜合能源智慧監(jiān)控平臺(tái)的建設(shè)可實(shí)現(xiàn)降低能耗、提升能效、在全壽命周期內(nèi)節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境和減少污染，以先進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供便捷用能服務(wù)，綜合提升供水公司能源保障水平。

1 綜合能源智慧監(jiān)控平臺(tái)

1.1 平臺(tái)總體架構(gòu)

智慧管理平臺(tái)自下而上分成物理層、設(shè)備層、感知層、中臺(tái)層和應(yīng)用層，平臺(tái)的總體功能架構(gòu)如下圖所示。

圖1 平臺(tái)總體功能架構(gòu)

1.2 平臺(tái)功能

（1）數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)廠區(qū)內(nèi)重點(diǎn)能耗設(shè)施、重點(diǎn)供電設(shè)備以及各監(jiān)測(cè)點(diǎn)用能數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集和統(tǒng)一管理。詳實(shí)的能耗數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，全面、直觀地展示能源使用信息。

（2）統(tǒng)計(jì)分析與報(bào)表功能。對(duì)系統(tǒng)采集的基本數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。針對(duì)大功率，規(guī)模性耗電設(shè)備，如電機(jī)、超濾膜清洗等，進(jìn)行橫向同類設(shè)備能效對(duì)比，縱向歷史能耗比對(duì)分析。

（3）異常告警與運(yùn)維管理。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備出現(xiàn)故障及監(jiān)控的參數(shù)越限時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，依托移動(dòng)終端實(shí)現(xiàn)智能派單、服務(wù)流程化管理。

（4）接口管理功能?？梢曰谙嚓P(guān)數(shù)據(jù)、控制接口，實(shí)現(xiàn)與其他信息化系統(tǒng)的功能聯(lián)動(dòng)。

（5）多場(chǎng)景設(shè)置功能。按照廠站設(shè)置的場(chǎng)景參數(shù)，定時(shí)定點(diǎn)的聯(lián)動(dòng)設(shè)備切換相應(yīng)場(chǎng)景。

2 配電房智能監(jiān)控子系統(tǒng)

2.1 配電房存在的問題

圖2 智能配電房

配電室存在總數(shù)多、遍布范圍廣等情況，站點(diǎn)巡視耗人耗力，缺少提高效率的信息化工具，且環(huán)境情況缺少監(jiān)控，存在浸水、有害氣體超標(biāo)、高溫高濕等風(fēng)險(xiǎn)，有可能引起設(shè)備損壞，運(yùn)行出現(xiàn)故障等問題。對(duì)人員進(jìn)出管控難、追溯難，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全性、合規(guī)性難以保障。

2.2 配電房改造方案

更換或增加監(jiān)控儀表，安裝環(huán)境傳感器、視頻監(jiān)控、門禁等相關(guān)設(shè)備，建設(shè)配電房智能監(jiān)控系統(tǒng)，為配電房提供通信平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)配電設(shè)備的全面感知和控制。智能傳感 器和儀表可實(shí)現(xiàn)配電柜監(jiān)測(cè)和環(huán)境監(jiān)控，替代人工實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程例行巡查，在事故和特殊情況下可以實(shí)現(xiàn)特巡和定制性巡檢任務(wù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線監(jiān)控。運(yùn)維人員可遠(yuǎn)程查看信息，也可遠(yuǎn)程控制風(fēng)機(jī)、空調(diào)等操作，在減少人工的同時(shí)，提升了運(yùn)維的內(nèi)容和頻率，改變傳統(tǒng)運(yùn)維方式，從而使得管理更規(guī)范、運(yùn)行更安全、信息交流更快捷實(shí)時(shí)。最終可實(shí)現(xiàn)配電房的少人或無(wú)人值守，使用戶的維護(hù)模式從“被動(dòng)搶修模式”變?yōu)椤爸鲃?dòng)預(yù)防模式”。

2.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

（1）電力設(shè)備監(jiān)控。電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀安裝于配電總回路，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄電路電能質(zhì)量情況，有異常時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生告警；開關(guān)柜局放監(jiān)測(cè)儀安裝于主開關(guān)柜內(nèi)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)開關(guān)柜在運(yùn)行過程中的局部放電情況，可以及時(shí)對(duì)其絕緣異常狀態(tài)和放電性故障做出預(yù)警，為其正常運(yùn)行提供必要的指導(dǎo)數(shù)據(jù)；線纜溫度探測(cè)器安裝于主回路母排或觸點(diǎn)處，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)母排或觸點(diǎn)溫度情況，保證線受高溫影響時(shí)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并維護(hù)；主變超溫變送器安裝于變壓器旁，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器溫度情況，若有異常或高溫情況自動(dòng)產(chǎn)生告警。

（2）環(huán)境監(jiān)控對(duì)溫度、濕度、風(fēng)力、水浸、SF6/02濃度、臭氧濃度、噪聲、煙霧等環(huán)境信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、處理和上傳；并根據(jù)實(shí)際情況，自動(dòng)控制設(shè)備的啟、停及切換運(yùn)行；與視頻監(jiān)控子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)；

（3）安防監(jiān)控遠(yuǎn)程及室內(nèi)就地控制門鎖的開、關(guān)；非法闖入、非法卡刷卡報(bào)警時(shí)，與視頻監(jiān)控子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“視頻聯(lián)動(dòng)”并啟動(dòng)錄像；遠(yuǎn)方和室內(nèi)人員可實(shí)時(shí)雙向語(yǔ)音對(duì)講。

3 智慧照明控制子系統(tǒng)

3.1 照明情況

現(xiàn)照明管理方式大多是采用人工管理的方式，在光照度滿足需求的情況下，廠區(qū)的照明也被打開，因而照明的浪費(fèi)較為嚴(yán)重。

3.2 照明改造方案

將廠區(qū)日光燈和熒光燈，更換為L(zhǎng)ED節(jié)能燈，同時(shí)配置光照度傳感器、紅外傳感器、移動(dòng)探測(cè)器，測(cè)量光照度、統(tǒng)計(jì)室內(nèi)人數(shù)，根據(jù)設(shè)定的控制策略，對(duì)室內(nèi)的照明進(jìn)行控制。照明控制終端通過通信接口，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制與管理，對(duì)廠區(qū)區(qū)域照明進(jìn)行精細(xì)化用能管理和控制。

3.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

（1）集中控制和遠(yuǎn)程控制在智慧照明控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)所有燈具的集中控制，在任何一個(gè)地方均可遠(yuǎn)程控制各區(qū)域的燈。

（2）人員監(jiān)控。燈上集成存在傳感器，區(qū)域內(nèi)如有人員活動(dòng)，可以實(shí)時(shí)向后臺(tái)發(fā)送信息并在后臺(tái)自動(dòng)繪制人員熱力分布圖，利用人員熱力分布情況，控制燈開的數(shù)量。

4 空調(diào)節(jié)能控制子系統(tǒng)

4.1 空調(diào)現(xiàn)狀

大多數(shù)廠區(qū)的分體空調(diào)和柜式空調(diào)均沒有統(tǒng)一的管理和控制，各房間以及配電室內(nèi)的空調(diào)都由人工控制關(guān)閉，缺乏強(qiáng)制管控措施，如有人員節(jié)能意識(shí)不強(qiáng)則很容易造成能源浪費(fèi)。辦公樓內(nèi)空調(diào)溫度設(shè)定值普遍存在偏低的情況，從而導(dǎo)致耗電量過高。

4.2 空調(diào)節(jié)能改造方案

把辦公室以及供水設(shè)備間的分體空調(diào)的插座全部換成智能插座，該插座采用先進(jìn)的無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)，電力感應(yīng)和環(huán)境感知技術(shù)，高度集成超低功耗設(shè)計(jì)，具有計(jì)量及控制雙重功能，不僅可對(duì)各種電力參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，還可以實(shí)時(shí)測(cè)量房間溫度，同時(shí)具有紅外命令學(xué)習(xí)、紅外命令發(fā)送功能。

4.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

（1）空調(diào)能耗實(shí)時(shí)計(jì)量。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空調(diào)進(jìn)線，獲得各房間空調(diào)用電實(shí)時(shí)能耗數(shù)據(jù)，以及樓層或廠區(qū)設(shè)備運(yùn)行空調(diào)用電能耗數(shù)據(jù)。

（2）運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)。用電回路電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、頻率等各種電力參數(shù)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)與分析；空調(diào)開關(guān)狀態(tài)、溫度等數(shù)據(jù)采集及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；空調(diào)能效比監(jiān)測(cè)、安全用電報(bào)警和事件管理。

5 用電信息管理子系統(tǒng)

5.1 用電信息采集現(xiàn)狀

目前各水廠用電量通過人工抄數(shù)（每小時(shí)一次）以及每月供電局提供的繳費(fèi)單獲得，未對(duì)電能實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理。千噸電耗通過人工計(jì)算，不能對(duì)電耗進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，對(duì)異常能耗不能及時(shí)采取措施。隨著社會(huì)對(duì)供水量和供水水質(zhì)需求的增長(zhǎng)，降低水廠能耗勢(shì)在必行［1］。

5.2 系統(tǒng)建設(shè)方案

在各廠區(qū)內(nèi)低壓電源進(jìn)線不同分支回路出線處，裝設(shè)智能監(jiān)控終端，采集用能及能效數(shù)據(jù)，通過4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸至綜合能源智慧管控平臺(tái)系統(tǒng)，進(jìn)行能效、能耗分析。

5.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

（1）自動(dòng)采集。用能信息管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)采集終端和儀表之間的數(shù)據(jù)通信和交互，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)表計(jì)信息進(jìn)行自動(dòng)化采集，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信息的電子化管理。對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行定制密度的采集，實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)曲線，并進(jìn)行圖形化展示，以便于直觀地查看各類數(shù)據(jù)。

（2）用能數(shù)據(jù)分析。按照不同水廠、不同能源類型等查詢各個(gè)能源計(jì)量點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史日數(shù)據(jù)、歷史抄表日數(shù)據(jù)、事件數(shù)據(jù)、用戶信息、系統(tǒng)信息等。進(jìn)行時(shí)段分析、負(fù)荷分析、同比分析、峰谷分析。

（3）異常監(jiān)測(cè)管理。通過對(duì)采集設(shè)備、計(jì)量設(shè)備的異常事件信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。按異常類型統(tǒng)計(jì)各區(qū)域的異常事件信息，按區(qū)域、異常類型、日期等條件進(jìn)行查詢。異常檢測(cè)數(shù)據(jù)項(xiàng)可在系統(tǒng)當(dāng)中設(shè)置閾值，并支持實(shí)時(shí)告警，避免因供電問題影響正常生產(chǎn)。主要包含突變分析、變壓器負(fù)載監(jiān)測(cè)、三相不平衡告警及自動(dòng)調(diào)節(jié)、供電質(zhì)量查詢統(tǒng)計(jì)、損耗分析等。

6 實(shí)驗(yàn)室智能監(jiān)控子系統(tǒng)

6.1 實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀

水廠水質(zhì)檢測(cè)中心因?qū)嶒?yàn)人員數(shù)量多，工作環(huán)境特殊，檢測(cè)過程中使用的藥品以及儀器、電氣設(shè)備等一旦出現(xiàn)問題，會(huì)造成相應(yīng)程度的不良影響，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室智能監(jiān)控子系統(tǒng)可有效的防患于未然。

6.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

（1）氣體監(jiān)控。實(shí)驗(yàn)室智能監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)實(shí)驗(yàn)室的常規(guī)氣體、有毒氣體、有機(jī)揮發(fā)性氣體、可燃?xì)怏w、放射性氣體做出監(jiān)控。當(dāng)其濃度超出預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)用戶設(shè)置的策略自動(dòng)報(bào)警和預(yù)警。

（2）環(huán)境監(jiān)控。水質(zhì)化驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室智能監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)實(shí)驗(yàn)室溫濕度、空氣潔凈度、水浸情況實(shí)施監(jiān)控和顯示，當(dāng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)相關(guān)參數(shù)超出預(yù)警值時(shí)，啟動(dòng)本地報(bào)警和手機(jī)短信報(bào)警。同時(shí)與風(fēng)機(jī)和空調(diào)聯(lián)動(dòng)，自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)和空調(diào)系統(tǒng)的啟、停及切換運(yùn)行。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室的煙霧情況，當(dāng)檢測(cè)到煙霧時(shí)，啟動(dòng)本地和手機(jī)短信報(bào)警，并與消防系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。

（3）電力監(jiān)控。對(duì)實(shí)驗(yàn)室的工位或儀器設(shè)備進(jìn)行智能遠(yuǎn)程電控管理，結(jié)合門禁視頻，實(shí)驗(yàn)人員預(yù)約對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)工位或儀器，通過身份認(rèn)證（或到實(shí)驗(yàn)時(shí)間），電源自動(dòng)開啟，實(shí)驗(yàn)完后，電源自動(dòng)關(guān)閉。

（4）安防監(jiān)控。對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行監(jiān)控。對(duì)人員出入刷卡授權(quán)并詳細(xì)記錄，如：姓名、進(jìn)、出時(shí)間等。實(shí)時(shí)監(jiān)控人員活動(dòng)狀況。

7 儲(chǔ)能管控子系統(tǒng)

7.1 分布式能源現(xiàn)狀

隨著充電樁、光伏、分布式儲(chǔ)能的試點(diǎn)建設(shè)，部分區(qū)域已具備了微電網(wǎng)的建設(shè)基礎(chǔ)，但目前缺少管理抓手和系統(tǒng)性的源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同機(jī)制，建設(shè)儲(chǔ)能管控子系統(tǒng)作為解決上述問題的關(guān)鍵措施被提出。

7.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)以微電網(wǎng)內(nèi)各設(shè)備作為監(jiān)控對(duì)象，如儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池簇、BMS、箱變等。系統(tǒng)通過對(duì)相關(guān)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)和告警信息的采集處理，完成監(jiān)測(cè)和控制，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、運(yùn)算產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)、分析計(jì)算結(jié)果等信息同步更新至實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，為高級(jí)應(yīng)用提供全數(shù)據(jù)支持。

（2）微電網(wǎng)并離網(wǎng)控制：系統(tǒng)可提供并網(wǎng)控制、離網(wǎng)控制、轉(zhuǎn)換控制、負(fù)荷控制、儲(chǔ)能控制策略，確保微電網(wǎng)在并、離大電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的安全、穩(wěn)定。對(duì)于離網(wǎng)控制，需要針對(duì)負(fù)荷屬性進(jìn)行分類和重要性分級(jí)，有策略地保證不同屬性負(fù)荷的供電。

（3）目標(biāo)控制管理：儲(chǔ)能系統(tǒng)根據(jù)用戶峰谷時(shí)段，制定充放電策略，遵從“高負(fù)載慢充，低負(fù)載快充”的原則。在低谷時(shí)段，控制PCS向蓄電池充電，在高峰時(shí)段PCS控制蓄電池向電網(wǎng)放電。系統(tǒng)可以配置靈活的本地運(yùn)行計(jì)劃，利用監(jiān)控系統(tǒng)遙調(diào)功能，將提前設(shè)置的運(yùn)行計(jì)劃下發(fā)到受控系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行計(jì)劃的靈活自定義。系統(tǒng)具備有功協(xié)調(diào)控制、電壓/無(wú)功協(xié)調(diào)控制、緊急控制放電模式、SOC自動(dòng)維護(hù)、異常監(jiān)測(cè)觸發(fā)調(diào)節(jié)、閉鎖調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)方就地切換等多項(xiàng)控制功能和運(yùn)行模式。

8 大屏綜合展示

綜合展示與宣傳對(duì)水廠內(nèi)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的全景監(jiān)視、動(dòng)態(tài)感知、優(yōu)化調(diào)度等的綜合智能展示。

（1）以客觀實(shí)際的宏觀數(shù)據(jù)指標(biāo)展現(xiàn)整體概況，包括各水廠區(qū)內(nèi)概況、功能分區(qū)、文化宣傳、成果展示、能源概況等，采用3D建模及渲染技術(shù)展示全景畫面、沙盤畫面等。

（2）重點(diǎn)設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。實(shí)時(shí)展現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括實(shí)時(shí)能耗、實(shí)時(shí)能效、實(shí)時(shí)用電量，配電房運(yùn)行設(shè)備、空調(diào)、照明燈具等的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況。

圖3 綜合展示

9 結(jié)束語(yǔ)

本方案基于電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以提升供水公司能效管理水平、降低供水生產(chǎn)用電成本為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)由局部節(jié)能改造向系統(tǒng)級(jí)、平臺(tái)級(jí)綜合能效提升方式轉(zhuǎn)變?？蓪?shí)現(xiàn)能源高效轉(zhuǎn)化利用，滿足供水公司各廠區(qū)用電、空調(diào)、照明等用能需求，實(shí)現(xiàn)綜合能源智慧管控。以先進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，優(yōu)化供能策略，提升運(yùn)維水平，提供便捷用能服務(wù)。通過全景數(shù)據(jù)展示，在廠區(qū)內(nèi)進(jìn)行節(jié)能教育和宣傳，增強(qiáng)全體員工的節(jié)能意識(shí)。