高校電力能源管理系統(tǒng)的建設(shè)與研究

(中國人民大學(xué) 校園建設(shè)管理處，北京 100872)

0 引言

隨著社會科技的不斷進(jìn)步，高校的能源建筑監(jiān)測系統(tǒng)變的非常的普及。為了貫徹科學(xué)的發(fā)展、加快智能建筑的節(jié)約減排，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展性，國家的教育部與住建部發(fā)布了《高等學(xué)校節(jié)約型校園建設(shè)管理與技術(shù)導(dǎo)則》等相關(guān)的技術(shù)規(guī)范。通過高校的能源管理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)節(jié)約型的大學(xué)校園建設(shè)。國家對綠色的校園節(jié)能的校園也是非常的重視通過《綠色校園評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，對于綠色校園的設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)營提出了一系列評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[1]。

通過近些年的不懈努力，教育部、住建部的建筑節(jié)能建筑改造獲得了大力的推進(jìn)與發(fā)展。已經(jīng)在穩(wěn)步的形成了一整套的管理體系，通過智能改造，智能分析，智能建設(shè)與科學(xué)的規(guī)劃實(shí)現(xiàn)了校園能源的高效利用，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排，科學(xué)發(fā)展的目的。截止到目前來說，在全國的范圍內(nèi)已經(jīng)立項(xiàng)并且實(shí)施了高校的能源管理系統(tǒng)的大學(xué)校園初步統(tǒng)計(jì)大約有三百所高校。通過驗(yàn)收能源監(jiān)控管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備的智能監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)電力的合理安排與調(diào)度，通過分析電力參數(shù)實(shí)現(xiàn)能源的高效利用。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)與原則

高校電力能源管理系統(tǒng)作為學(xué)校實(shí)施能源管理的重要內(nèi)容，旨在提升高校用電效率，并進(jìn)一步改善用電方法，提供供電參數(shù)檢測、減少電氣故障發(fā)生率[2]。高校電力能源管理系統(tǒng)作為新理念，其實(shí)質(zhì)在于以監(jiān)測為主要依據(jù)，系統(tǒng)分析為基礎(chǔ)順利實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)分析與監(jiān)測，提升高校用電質(zhì)量。高校設(shè)計(jì)電力能源管理系統(tǒng)目標(biāo)如下：(1)提升供電管理效率，有助于高校科學(xué)、合理地用電；(2)自動統(tǒng)計(jì)各學(xué)院電力能源消耗，為高校績效考核提供依據(jù)；(3)提升高校供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和電力服務(wù)質(zhì)量，進(jìn)一步降低系統(tǒng)故障發(fā)生率；(4)提高學(xué)校的電力運(yùn)行管理水平[3-4]。

1.2 系統(tǒng)監(jiān)測點(diǎn)分析

為確保高校電能輸送的安全性、經(jīng)濟(jì)性，供電系統(tǒng)需要滿足一定電能質(zhì)量要求。依據(jù)高校實(shí)際情況及國家電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)對供電系統(tǒng)部分參數(shù)實(shí)施監(jiān)測，包含以下方面：(1)對于低壓配電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)展開監(jiān)測，能夠合理展現(xiàn)各模擬量情況，例如：系統(tǒng)有功、無功電度；系統(tǒng)頻率、變壓器溫度等；(2)對于中壓配電系統(tǒng)的電流、電壓、功率等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測；(3)對低壓配電系統(tǒng)的各狀態(tài)量實(shí)施直觀、有效監(jiān)測，例如：開關(guān)信號等[5]。

1.3 系統(tǒng)主要設(shè)備

因多數(shù)高校已具有成熟、可靠、穩(wěn)定的局域網(wǎng)，通過綜合分析及實(shí)踐研究，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)可依托學(xué)校已有局域網(wǎng)的方法實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)所用設(shè)備清單如表1所示。

表1 系統(tǒng)主要設(shè)備

2 智慧能源管理技術(shù)路線

2.1 智能電力儀表

為了解決分散與落后的一系列問題可以采用小型化的智能儀表來實(shí)現(xiàn)電力的參數(shù)測量。小型化智能電表突破了傳統(tǒng)電表的安裝方式和設(shè)計(jì)理念，采用全新的小型模塊化設(shè)計(jì)、具有高精度測量，安裝方式簡易、性能可靠穩(wěn)定、工作電壓范圍寬、防竊電、自身功耗低等優(yōu)點(diǎn)[6]。可直接安裝在動力箱、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。智能儀表應(yīng)用的接線方式，如圖1所示。

圖1 智能電表接線方式

采用三相四線接線方式接入系統(tǒng)之中，可以檢測到A、B、C三相電壓與三相電流，并且測量三相功率、有功與無功功率電能等電量參數(shù)。全部性能指標(biāo)符合GB/T 17883《0.2S級和0.5S級靜止式交流有功電度表》的要求。

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)整合管理器，將數(shù)據(jù)整合傳輸?shù)侥茉垂芾硐到y(tǒng)中心，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測。

2.2 能耗分析系統(tǒng)

校園運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控管理平臺可以實(shí)時(shí)對關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測、用電安全隨時(shí)監(jiān)控、用能調(diào)配計(jì)劃預(yù)警提示，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)測管理中心，科學(xué)制定用能計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)能源分配最優(yōu)化[7-8]。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)部門對地區(qū)能源統(tǒng)計(jì)、能源總量對比，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),學(xué)校可以通過校園運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控管理平臺對整個(gè)學(xué)校在教學(xué)過程中所有用電、等各種能耗數(shù)據(jù)，對學(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)施監(jiān)測，并對過程中出現(xiàn)能耗異常的數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警提示，還可以對過程中的能耗信息以圖表或者數(shù)據(jù)表格方式提供數(shù)據(jù)分析和比較功能[9]。而通過周與周、月與月之間的縱向比較，可根據(jù)不同時(shí)段進(jìn)行分別計(jì)量方式，找出能源消耗過程中存在的浪費(fèi)和隱患[10]。通過向設(shè)計(jì)各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表建立校園能耗設(shè)備評估系統(tǒng)，來優(yōu)化校園的能源消耗，來提高學(xué)校能耗使用效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排綠色校園。

用電及能效管理信息系統(tǒng)在線監(jiān)測整個(gè)校園能耗動態(tài)信息，并將這些能耗數(shù)據(jù)與相對應(yīng)的設(shè)備相結(jié)合，現(xiàn)場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)、能耗變化趨勢和實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)等信息[11]。監(jiān)控界面顯示用電數(shù)據(jù)，如圖2所示。

圖2 設(shè)備監(jiān)測界面

校園系統(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，并可對多種參量的變化趨勢進(jìn)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(jìn)、優(yōu)化提出方案和建議[12]。使校園的單位能耗和能源效率保持在科學(xué)、合理水平上。系統(tǒng)界面如圖3所示，展示了能耗管理分析模型，展示了系統(tǒng)的能源使用情況。

從分類能源角度，如電量、水耗量、集中供熱耗熱量、集中供冷耗冷量、集中熱水供應(yīng)量等能源進(jìn)行分析。

校園管理層領(lǐng)導(dǎo)可通過瀏覽系統(tǒng)提供的綜合能效統(tǒng)計(jì)報(bào)表，了解校園整體能耗和能效情況。包括校園宏觀的能耗數(shù)據(jù)和相關(guān)信息，反映校園能效信息等。報(bào)表顯示能耗的報(bào)表。如圖4所示。

圖3 能耗分析界面

圖4 能耗報(bào)表界面

2.3 整體系統(tǒng)

項(xiàng)目實(shí)施需要采用用電監(jiān)控儀表、數(shù)據(jù)采集器、DTU數(shù)據(jù)傳輸終端和校園能耗動態(tài)監(jiān)測管理系統(tǒng)平臺。系統(tǒng)整體圖如圖5所示。展示了系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)與建設(shè)研究。

圖5 整體方案設(shè)計(jì)圖

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(電業(yè)局計(jì)量收費(fèi)電表下端)增設(shè)校園用電監(jiān)控儀表，同時(shí)建議從新安裝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)線CT以及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)線PT，用于電流/電壓測量功能(如公用電業(yè)局測量CT/PT，需經(jīng)過電業(yè)局同意)。

數(shù)據(jù)采集器：用于通過具有的RS-485通訊功能采集用電監(jiān)控儀表所有用電信息，上傳到校園能耗數(shù)據(jù)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)上傳共享到企業(yè)能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)平臺，用于校園內(nèi)用電情況的掌控。

DTU數(shù)據(jù)傳輸終端：采用GPRS無線通訊將數(shù)據(jù)采集器中的電量信息分別上傳到校園能耗數(shù)據(jù)管理中心，用于領(lǐng)導(dǎo)部門實(shí)時(shí)掌握校園電力能耗運(yùn)行情況的了解。

3 總結(jié)

本文主要介紹了高校能源管理系統(tǒng)的建設(shè)與研究，通過采集用電設(shè)備信息，通過能源管理系統(tǒng)來整合分析數(shù)據(jù)。通過分析高校能源管理系統(tǒng)的弊端，有針對性的加以改善解決問題，采用大數(shù)據(jù)分析管理的方式方法來實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，能源的高效利用。在保證高效教學(xué)的正常運(yùn)行前提下，實(shí)現(xiàn)能源的充分利用與可持續(xù)性的發(fā)展。