供水公司綜合能源智慧監(jiān)控平臺建設方案

王 璐 王曉林 高學健

（1.濟南水務集團有限公司東區(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，中國共產(chǎn)黨第十九屆中央委員會第五次全體會議通過了《中共中央關于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二〇三五年遠景目標的建議》，指出要推進能源革命，完善能源產(chǎn)供儲銷體系，建設智慧能源系統(tǒng)，推動能源清潔低碳安全高效利用。

綜合能源智慧監(jiān)控平臺的建設可實現(xiàn)降低能耗、提升能效、在全壽命周期內(nèi)節(jié)約資源、保護環(huán)境和減少污染，以先進互聯(lián)網(wǎng)技術提供便捷用能服務，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

1.1 平臺總體架構

智慧管理平臺自下而上分成物理層、設備層、感知層、中臺層和應用層，平臺的總體功能架構如下圖所示。

圖1 平臺總體功能架構

1.2 平臺功能

（1）數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測系統(tǒng)對廠區(qū)內(nèi)重點能耗設施、重點供電設備以及各監(jiān)測點用能數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集和統(tǒng)一管理。詳實的能耗數(shù)據(jù)監(jiān)測，全面、直觀地展示能源使用信息。

（2）統(tǒng)計分析與報表功能。對系統(tǒng)采集的基本數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。針對大功率，規(guī)模性耗電設備，如電機、超濾膜清洗等，進行橫向同類設備能效對比，縱向歷史能耗比對分析。

（3）異常告警與運維管理。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障或現(xiàn)場的設備出現(xiàn)故障及監(jiān)控的參數(shù)越限時，產(chǎn)生報警信號，依托移動終端實現(xiàn)智能派單、服務流程化管理。

（4）接口管理功能。可以基于相關數(shù)據(jù)、控制接口，實現(xiàn)與其他信息化系統(tǒng)的功能聯(lián)動。

（5）多場景設置功能。按照廠站設置的場景參數(shù)，定時定點的聯(lián)動設備切換相應場景。

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、高溫高濕等風險，有可能引起設備損壞，運行出現(xiàn)故障等問題。對人員進出管控難、追溯難，現(xiàn)場作業(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、門禁等相關設備，建設配電房智能監(jiān)控系統(tǒng)，為配電房提供通信平臺，實現(xiàn)配電設備的全面感知和控制。智能傳感 器和儀表可實現(xiàn)配電柜監(jiān)測和環(huán)境監(jiān)控，替代人工實現(xiàn)遠程例行巡查，在事故和特殊情況下可以實現(xiàn)特巡和定制性巡檢任務，實現(xiàn)遠程在線監(jiān)控。運維人員可遠程查看信息，也可遠程控制風機、空調(diào)等操作，在減少人工的同時，提升了運維的內(nèi)容和頻率，改變傳統(tǒng)運維方式，從而使得管理更規(guī)范、運行更安全、信息交流更快捷實時。最終可實現(xiàn)配電房的少人或無人值守，使用戶的維護模式從“被動搶修模式”變?yōu)椤爸鲃宇A防模式”。

2.3 系統(tǒng)功能設計

（1）電力設備監(jiān)控。電能質(zhì)量監(jiān)測儀安裝于配電總回路，實時監(jiān)測并記錄電路電能質(zhì)量情況，有異常時自動產(chǎn)生告警；開關柜局放監(jiān)測儀安裝于主開關柜內(nèi)，實時監(jiān)測開關柜在運行過程中的局部放電情況，可以及時對其絕緣異常狀態(tài)和放電性故障做出預警，為其正常運行提供必要的指導數(shù)據(jù)；線纜溫度探測器安裝于主回路母排或觸點處，實時監(jiān)測母排或觸點溫度情況，保證線受高溫影響時能及時發(fā)現(xiàn)并維護；主變超溫變送器安裝于變壓器旁，實時監(jiān)測變壓器溫度情況，若有異常或高溫情況自動產(chǎn)生告警。

（2）環(huán)境監(jiān)控對溫度、濕度、風力、水浸、SF6/02濃度、臭氧濃度、噪聲、煙霧等環(huán)境信息進行實時采集、處理和上傳；并根據(jù)實際情況，自動控制設備的啟、停及切換運行；與視頻監(jiān)控子系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)動；

（3）安防監(jiān)控遠程及室內(nèi)就地控制門鎖的開、關；非法闖入、非法卡刷卡報警時，與視頻監(jiān)控子系統(tǒng)實現(xiàn)“視頻聯(lián)動”并啟動錄像；遠方和室內(nèi)人員可實時雙向語音對講。

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，因而照明的浪費較為嚴重。

3.2 照明改造方案

將廠區(qū)日光燈和熒光燈，更換為LED節(jié)能燈，同時配置光照度傳感器、紅外傳感器、移動探測器，測量光照度、統(tǒng)計室內(nèi)人數(shù)，根據(jù)設定的控制策略，對室內(nèi)的照明進行控制。照明控制終端通過通信接口，實現(xiàn)遠程控制與管理，對廠區(qū)區(qū)域照明進行精細化用能管理和控制。

3.3 系統(tǒng)功能設計

（1）集中控制和遠程控制在智慧照明控制系統(tǒng)中實現(xiàn)所有燈具的集中控制，在任何一個地方均可遠程控制各區(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，可以實時向后臺發(fā)送信息并在后臺自動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)都由人工控制關閉，缺乏強制管控措施，如有人員節(jié)能意識不強則很容易造成能源浪費。辦公樓內(nèi)空調(diào)溫度設定值普遍存在偏低的情況，從而導致耗電量過高。

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，該插座采用先進的無線物聯(lián)網(wǎng)通訊技術，電力感應和環(huán)境感知技術，高度集成超低功耗設計，具有計量及控制雙重功能，不僅可對各種電力參數(shù)進行實時測量，還可以實時測量房間溫度，同時具有紅外命令學習、紅外命令發(fā)送功能。

4.3 系統(tǒng)功能設計

（1）空調(diào)能耗實時計量。實時監(jiān)測空調(diào)進線，獲得各房間空調(diào)用電實時能耗數(shù)據(jù)，以及樓層或廠區(qū)設備運行空調(diào)用電能耗數(shù)據(jù)。

（2）運行狀態(tài)監(jiān)測。用電回路電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率等各種電力參數(shù)實時在線監(jiān)測與分析；空調(diào)開關狀態(tài)、溫度等數(shù)據(jù)采集及實時監(jiān)測；空調(diào)能效比監(jiān)測、安全用電報警和事件管理。

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)（每小時一次）以及每月供電局提供的繳費單獲得，未對電能實現(xiàn)精細化管理。千噸電耗通過人工計算，不能對電耗進行實時觀測，對異常能耗不能及時采取措施。隨著社會對供水量和供水水質(zhì)需求的增長，降低水廠能耗勢在必行［1］。

5.2 系統(tǒng)建設方案

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

5.3 系統(tǒng)功能設計

（1）自動采集。用能信息管理系統(tǒng)能夠實現(xiàn)與現(xiàn)場采集終端和儀表之間的數(shù)據(jù)通信和交互，對現(xiàn)場表計信息進行自動化采集，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息的電子化管理。對各類數(shù)據(jù)進行定制密度的采集，實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)曲線，并進行圖形化展示，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能源計量點的實時數(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。進行時段分析、負荷分析、同比分析、峰谷分析。

（3）異常監(jiān)測管理。通過對采集設備、計量設備的異常事件信息進行統(tǒng)計分析。按異常類型統(tǒng)計各區(qū)域的異常事件信息，按區(qū)域、異常類型、日期等條件進行查詢。異常檢測數(shù)據(jù)項可在系統(tǒng)當中設置閾值，并支持實時告警，避免因供電問題影響正常生產(chǎn)。主要包含突變分析、變壓器負載監(jiān)測、三相不平衡告警及自動調(diào)節(jié)、供電質(zhì)量查詢統(tǒng)計、損耗分析等。

6 實驗室智能監(jiān)控子系統(tǒng)

6.1 實驗室現(xiàn)狀

水廠水質(zhì)檢測中心因實驗人員數(shù)量多，工作環(huán)境特殊，檢測過程中使用的藥品以及儀器、電氣設備等一旦出現(xiàn)問題，會造成相應程度的不良影響，設計實驗室智能監(jiān)控子系統(tǒng)可有效的防患于未然。

6.2 系統(tǒng)功能設計

（1）氣體監(jiān)控。實驗室智能監(jiān)控系統(tǒng)可以對實驗室的常規(guī)氣體、有毒氣體、有機揮發(fā)性氣體、可燃氣體、放射性氣體做出監(jiān)控。當其濃度超出預警標準值時，系統(tǒng)會根據(jù)用戶設置的策略自動報警和預警。

（2）環(huán)境監(jiān)控。水質(zhì)化驗實驗室智能監(jiān)控系統(tǒng)可以對實驗室溫濕度、空氣潔凈度、水浸情況實施監(jiān)控和顯示，當實驗室內(nèi)相關參數(shù)超出預警值時，啟動本地報警和手機短信報警。同時與風機和空調(diào)聯(lián)動，自動控制風機和空調(diào)系統(tǒng)的啟、停及切換運行。實時監(jiān)測實驗室的煙霧情況，當檢測到煙霧時，啟動本地和手機短信報警，并與消防系統(tǒng)聯(lián)動。

（3）電力監(jiān)控。對實驗室的工位或儀器設備進行智能遠程電控管理，結合門禁視頻，實驗人員預約對應的實驗工位或儀器，通過身份認證（或到實驗時間），電源自動開啟，實驗完后，電源自動關閉。

（4）安防監(jiān)控。對實驗室內(nèi)進行監(jiān)控。對人員出入刷卡授權并詳細記錄，如：姓名、進、出時間等。實時監(jiān)控人員活動狀況。

7 儲能管控子系統(tǒng)

7.1 分布式能源現(xiàn)狀

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

7.2 系統(tǒng)功能設計

（1）系統(tǒng)以微電網(wǎng)內(nèi)各設備作為監(jiān)控對象，如儲能系統(tǒng)的電池簇、BMS、箱變等。系統(tǒng)通過對相關設備運行數(shù)據(jù)和告警信息的采集處理，完成監(jiān)測和控制，實時數(shù)據(jù)、運算產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)、分析計算結果等信息同步更新至實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫，為高級應用提供全數(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、轉換控制、負荷控制、儲能控制策略，確保微電網(wǎng)在并、離大電網(wǎng)運行時的安全、穩(wěn)定。對于離網(wǎng)控制，需要針對負荷屬性進行分類和重要性分級，有策略地保證不同屬性負荷的供電。

（3）目標控制管理：儲能系統(tǒng)根據(jù)用戶峰谷時段，制定充放電策略，遵從“高負載慢充，低負載快充”的原則。在低谷時段，控制PCS向蓄電池充電，在高峰時段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行計劃，利用監(jiān)控系統(tǒng)遙調(diào)功能，將提前設置的運行計劃下發(fā)到受控系統(tǒng)中，實現(xiàn)運行計劃的靈活自定義。系統(tǒng)具備有功協(xié)調(diào)控制、電壓/無功協(xié)調(diào)控制、緊急控制放電模式、SOC自動維護、異常監(jiān)測觸發(fā)調(diào)節(jié)、閉鎖調(diào)節(jié)、遠方就地切換等多項控制功能和運行模式。

8 大屏綜合展示

綜合展示與宣傳對水廠內(nèi)設備運行狀態(tài)的全景監(jiān)視、動態(tài)感知、優(yōu)化調(diào)度等的綜合智能展示。

（1）以客觀實際的宏觀數(shù)據(jù)指標展現(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建模及渲染技術展示全景畫面、沙盤畫面等。

（2）重點設備實時運行狀態(tài)。實時展現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的實時運行數(shù)據(jù)，包括實時能耗、實時能效、實時用電量，配電房運行設備、空調(diào)、照明燈具等的實時運行情況。

圖3 綜合展示

9 結束語

本方案基于電力物聯(lián)網(wǎng)技術，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，實現(xiàn)由局部節(jié)能改造向系統(tǒng)級、平臺級綜合能效提升方式轉變。可實現(xiàn)能源高效轉化利用，滿足供水公司各廠區(qū)用電、空調(diào)、照明等用能需求，實現(xiàn)綜合能源智慧管控。以先進互聯(lián)網(wǎng)技術，優(yōu)化供能策略，提升運維水平，提供便捷用能服務。通過全景數(shù)據(jù)展示，在廠區(qū)內(nèi)進行節(jié)能教育和宣傳，增強全體員工的節(jié)能意識。