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淺談基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的綜合能源管控平臺設計及硬件選型
時(shí)間: 2023-05-22 13:28 發(fā)布人:admin

   摘要:城區內一般都具有錯綜復雜的能源系統,且大部分能耗都集中于城區的各企、事業(yè)單位中?;诜涸陔娏ξ锫?lián)網(wǎng)的綜合能源管控平臺將城區內從能源產(chǎn)生到能源消耗的整體流動(dòng)情況采用大屏清晰展示,便于監管部門(mén)了解本地區的能源使用情況。利用泛在電力物聯(lián)網(wǎng),將各用電企業(yè)的電能數據匯總分析,不僅可以借此分析用電企業(yè)的能耗情況,采取對應措施節能降耗,降低運營(yíng)成本,還可以根據監控數據發(fā)現設備故障問(wèn)題,消除安全隱患。

   關(guān)鍵詞:能耗;管控;泛在電力物聯(lián)網(wǎng);數據分析

 

1、引言

   隨著(zhù)社會(huì )的不斷地飛速發(fā)展,我國經(jīng)濟實(shí)現了巨大的騰飛。與此同時(shí),社會(huì )生產(chǎn)的能耗也是逐年上升,全球主要大宗能源價(jià)格也是逐年上漲,資源對經(jīng)濟發(fā)展的制約作用日益突出,針對企業(yè)能耗問(wèn)題的研究逐漸成為了相關(guān)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)[1]。人們逐漸認識到了對于能耗監測的重要性,若能實(shí)時(shí)監測各類(lèi)建筑能耗,并加以調控,進(jìn)而優(yōu)化管理制度和節能措施,切實(shí)有效地降低能耗,這對降低企業(yè)成本,營(yíng)造綠色節能環(huán)境會(huì )有很大的幫助[2]。而社會(huì )中整體產(chǎn)業(yè)消耗能源時(shí)的具體表現形式可歸結為對于電力能源的消耗,因此迫切需  要一種有效的電能監控的系統[3]。

   目前, 大部分地區在能耗管理方面雖已采用智能電表統計分析電能使用情況。但依舊存在能耗數據分析效率低、易出錯、耗時(shí)長(cháng), 數據分析不夠深入和無(wú)法追溯,考核指標不準確等缺點(diǎn),難以實(shí)現對地區各企事業(yè)單位能耗的科學(xué)統計、有效監測和系統分析[4]。管理者無(wú)法依據數據制定合適的決策,隨時(shí)了解到地區能耗情況。隨著(zhù)能源資源的日趨緊張以及能源需求的日益增加, 能源成本在各企事業(yè)單位生產(chǎn)成本中所占比例逐步上升[5], 使得各單位不得不從降低經(jīng)營(yíng)成本、提高綜合競爭力的角度出發(fā),加強能源管理[6]。為監控和分析生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中的能耗狀況, 實(shí)現地區各單位及總體的能耗趨勢和能源利用水平的分析及監控,提高能源管理水平和降低能源成本。因此,有必要建立地區綜合性能源管控平臺[7]。

   而泛在電力物聯(lián)網(wǎng),就是圍繞電力系統各環(huán)節,充分應用移動(dòng)互聯(lián)、人工智能等現代信息技術(shù)、先進(jìn)通信技術(shù),實(shí)現電力系統各環(huán)節萬(wàn)物互聯(lián)、人機交互,具有狀態(tài)全面感知、信息處理、應用便捷靈活特征的智慧服務(wù)系統[8]。融合泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)打造的綜合能源管控平臺系統,可以實(shí)時(shí)監控系統內各耗能單位的相關(guān)信息。各單位可登錄該系統查看自身能耗及其相關(guān)費用情況,據此進(jìn)行深入分析,結合單位實(shí)際情況,制定相應措施節能減排、降低生產(chǎn)成本。而地區管理部門(mén)可以實(shí)時(shí)查看該監控地區下所有用電單位能耗數據,分析本地區能源使用趨勢,守護能源安全,及早進(jìn)行事件預警。該系統可精準采集用電數據、較大程度上提高能耗數據分析效率、指標分明、異常數據及時(shí)追溯,有效提高能源管理水平,降低企業(yè)成本。

 

2、綜合能源管控平臺結構

   本文以溫州市各主要單位的電力能耗為研究對象,對綜合能源管控系統進(jìn)行了設計與實(shí)現。首先從源、網(wǎng)、荷、儲四方面記錄相關(guān)企、事業(yè)單位信息,借助于地圖平臺整體展示該地區能源流動(dòng)線(xiàn)路,展示全市能源使用概況,并對整體能耗進(jìn)行統計展示,便于分析整體能耗趨勢。之后,以該地區223家用電單位為監控對象,以實(shí)現對該地區電力能耗科學(xué)、有效、自動(dòng)化監控管理模式。

   該系統基于計算機軟件平臺和電力線(xiàn)通信技術(shù), 搭建多用戶(hù)多終端能耗群控平臺,對相關(guān)用能單位區域內的各類(lèi)建筑、公共設施進(jìn)行節能控制和能耗監測管理,實(shí)現能耗數據的分類(lèi)分項統計和分析處理,同時(shí)與能耗監測系統數據中心接軌并上報相關(guān)能耗分類(lèi)分項數據,實(shí)現多個(gè)企業(yè)的能耗分支、分時(shí)、分類(lèi)的計量統計與節能管理,使其具有采集、存儲、處理、統計、查詢(xún)和分析能耗數據的功能。該系統主要包括三層結構:數據感知層、業(yè)務(wù)信息層、決策管理層。

   系統運行過(guò)程如下所述:位于數據感知層的智能電表采集用電單位在正常生產(chǎn)活動(dòng)中所使用電能的各項指標數據,通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)傳輸至位于業(yè)務(wù)信息層的數據中心存儲;業(yè)務(wù)信息層會(huì )將采集的原始數據經(jīng)過(guò)整合分析后制成相應的數據報表展示在決策管理層中;決策管理層則是直接面向管理人員,管理人員通過(guò)決策管理層的能耗管理系統、能耗監控系統、能耗分析系統查看現場(chǎng)采集的數據,并制定相應的決策。

 

3、系統功能說(shuō)明與展示

3.1多能全景監測

   使用戶(hù)可以非常直觀(guān)、便捷地了解園區每個(gè)建筑物(樓層)的實(shí)時(shí)能源使用情況、設備健康狀態(tài)、主要能耗信息,支持用戶(hù)開(kāi)展各類(lèi)輔助服務(wù)。區域監管用戶(hù)可在系統決策管理層登錄該系統,分別查看該監控區域內源、網(wǎng)、儲、荷情況,包括光伏能源供應、二氧化碳的減排量、市電容量、光伏容量、天然氣供應量,以展示該系統內能量流動(dòng)方向。該部分可整體展示當年數據及預期計劃。展示能源總量包括該地區能源消費總量、當前地區用電量及用水量在用戶(hù)展示平臺可觀(guān)察監測的客戶(hù)數量、配電房數量、變壓器容量、監測點(diǎn)數、監測類(lèi)型、近30天用電情況統計、告警情況等實(shí)時(shí)運行狀態(tài),將光標放到監測點(diǎn)上即可查詢(xún)被監測站點(diǎn)的名稱(chēng)、變電容量、當前負荷、配電房數量、告警等信息。

3.2能源駕駛艙

   該部分可允許平臺監管人員或監控單位人員登錄查看。按照不同用電單位,展示包含多個(gè)指標量的用電信息視圖,包括本月電量、本月需量、本月電量結構、功率因素、一鍵體檢。主要展示當月的累計電量、當月及上月的每日電量使用情況對比、今日與昨日的各時(shí)段用電功率對比。其中展示電能使用數據對比圖及相關(guān)電量使用的特點(diǎn)統計、各用電單位電能使用總量數據以及不同時(shí)間的電量使用情況。在統計了本月每一天的電量使用情況的同時(shí)與上月每一天進(jìn)行對比;將今日的各時(shí)段的電能功率因素與昨日相對比;各用電單位不同回路用電占比進(jìn)行比較分析。

3.3告警監測

   根據用戶(hù)設置的告警規則,對實(shí)時(shí)采集的數據進(jìn)行判斷告警,展示該監控區域內用電客戶(hù)線(xiàn)路中的告警事件。用戶(hù)可根據設置不同的站點(diǎn)、配電房、設備類(lèi)型、告警級別、告警發(fā)生時(shí)間,查詢(xún)并顯示不同狀態(tài)類(lèi)型(未處理或已處理)情況下配電房設備的告警結果??蔀楦婢Y果添加備注或對告警結果進(jìn)行處理。頁(yè)面右側顯示告警規則及數據導出功能,用戶(hù)可點(diǎn)擊查看內容。

3.4實(shí)時(shí)監測

   每個(gè)用電單位的能源系統中都安裝了智能電表,該系統將智能電表所檢測到的主要運行參數實(shí)時(shí)傳回系統后臺,后臺將該數據與設備關(guān)聯(lián),為監管部門(mén)建立包括多個(gè)公用能源系統和設備的模型。監控參數主要包括變壓器的有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數、有功電度示值、線(xiàn)電壓、相電壓、電流、諧波電壓、諧波電流及需量等。用戶(hù)可通過(guò)設置不同的站點(diǎn)、配電房、變壓器設備、選擇時(shí)間,可查詢(xún)任意時(shí)間段內數據變化曲線(xiàn)。

3.5量費特性概覽

   查看各用電單位的總用電量及電費信息,反應日、月、年用電量及電費趨勢、用電結構組成。通過(guò)設置站點(diǎn)名稱(chēng)、計費點(diǎn),查詢(xún)該站點(diǎn)當期用電量顯示及組成、當期電費及組成,顯示當前計費點(diǎn)的報裝信息維護。通過(guò)選擇時(shí)間,查詢(xún)并顯示電量電費趨勢。顯示該時(shí)間段內用電量和電度電費。該部分還可針對電費結構進(jìn)行多維度分析主要包括;度電單價(jià)分析、基本電費分析、電度電費分析、力調電費分析,并分別繪制相應曲線(xiàn)圖。

3.6電能質(zhì)量監測

   電能質(zhì)量指標主要包括電壓偏差、功率因數、諧波電壓,通過(guò)設定合理值規則,將實(shí)時(shí)監測值與設置值對比,記錄異常數據。系統管理員登錄后可查詢(xún)全部站點(diǎn)或單個(gè)站點(diǎn)近一年內存在電能質(zhì)量問(wèn)題的監測點(diǎn)數量,而當一般用電單位登錄該系統時(shí)只可查看該用電單位的以往數據。通過(guò)設置電壓偏差、功率因數、諧波電壓或全部指標,也能查詢(xún)存在電能質(zhì)量問(wèn)題的配電房信息。

   透過(guò)上述參數,該監控系統完全展示各用電單位電能質(zhì)量變化趨勢,統籌把握電能質(zhì)量情況。更進(jìn)一步,對于電壓偏差數據,將記錄電壓合格率、電壓越上限時(shí)間、電壓越下限時(shí)間統計結果;對于功率因數數據,將記錄實(shí)時(shí)功率因數和無(wú)功功率的監測結果;對于諧波電壓數據,將記錄最大A相電壓總畸變率、最大B相電壓總畸變率、最大C相電壓總畸變率。

3.7系統頁(yè)面展示

   本文所提綜合能源管控平臺是基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的數據展示平臺,由智能電表采集現場(chǎng)數據后,采用大數據技術(shù)進(jìn)行分層展示。該平臺Web前端展示部分采用Django框架,后端使用python3.6編程語(yǔ)言編寫(xiě)而成。主要功能頁(yè)面展示如下文所示:

   多能全景監測頁(yè)面是基于GIS的能源全景概覽,可以監控該區域內多種能源流動(dòng)及用電單位用電情況。并對該地區相關(guān)的能耗結構及能耗總量進(jìn)行展示,顯示整體統計數據,便于管理人員了解當地能源使用概況。

   能源駕駛艙則是針對每一個(gè)具體用電單位用電信息進(jìn)行深入分析,除展示其用電總量外還對其用電結構進(jìn)行分析,針對每月用電量及每日用電功率波動(dòng)情況進(jìn)行環(huán)比分析。

   告警監測頁(yè)面則是展示監控區域內電能質(zhì)量告警事件詳細信息,智能電表監控的數據經(jīng)后臺算法分析出現異常后,會(huì )及時(shí)發(fā)出告警信號,并將出現異常的地點(diǎn)、設備名稱(chēng)及異常內容等詳細信息。

   實(shí)時(shí)監測部分可實(shí)時(shí)查詢(xún)某一站點(diǎn)的智能電表從現場(chǎng)發(fā)回的電能質(zhì)量數據,可選擇查看有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數、線(xiàn)電壓、相電壓、諧波電壓等電能質(zhì)量參數數據描繪的趨勢圖,更直觀(guān)的發(fā)現該用電站點(diǎn)的電能供應質(zhì)量。

   量費特性概覽則是展示某一用電單位的所用電量及因此產(chǎn)生的電費數據。此頁(yè)面可觀(guān)察到任意監控站點(diǎn)的電量電費數據

 

4、安科瑞Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)平臺概述

           Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)放平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數據中臺,建立統一的上下行數據標準,為互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)提供能源物聯(lián)網(wǎng)數據服務(wù)的平臺。 用戶(hù)僅需購買(mǎi)安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器,選配網(wǎng)關(guān),自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業(yè)數據服務(wù)。

   該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監測、電能質(zhì)量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能,并支持多平臺、多語(yǔ)言、多終端數據訪(fǎng)問(wèn)。

 

5、應用場(chǎng)所

   本平臺適用于公寓出租戶(hù)、連鎖小超市、小型工廠(chǎng)、樓管系統集成商、小型物業(yè)、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業(yè)能耗、智能燈塔、電力運維等領(lǐng)域。

 

6、組網(wǎng)結構

 

 

7、平臺功能

7.1   可定制駕駛艙

   可定制化的駕駛艙:可根據客戶(hù)的行業(yè)特性,行業(yè)需求,經(jīng)過(guò)培訓的工程或調試人員自行繪制客戶(hù)所需的駕駛艙頁(yè)面。

   例如下圖所示的智慧物業(yè)駕駛艙,內容有:預付費、充電樁、電梯、空調、照明等設備管理、能耗統計、收益統計、運維情況等。其中百度地圖可以選配成BIM建筑模型,任何傳感器報警時(shí)可以在BIM模型中預警顯示。

  

7.2   電力集抄

   電力集抄模塊可以實(shí)現對各種監測數據的查詢(xún)、分析、預警及綜合展示,以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實(shí)現供配電監控系統的遙測'、遙信、遙控控制,對系統進(jìn)行綜合檢測和統一管理;在數據資源管理方面,可以顯示或查詢(xún)供配電室內各設 備運行(包括歷史和實(shí)時(shí)參數,并根據實(shí)際情況進(jìn)行日報、月報和年報查詢(xún)或打印,提高工作效率,節約人力資源。

 

變壓器監控

 

配電圖

7.3   能耗分析

   能耗分析模塊采用自動(dòng)化、信息化技術(shù),實(shí)現從能源數據采集、過(guò)程監控、能源介質(zhì)消耗分析、能耗管理等全過(guò)程的自動(dòng) 化、科學(xué)化管理,使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過(guò)程有機結合起來(lái),運用數據處理與分析技術(shù),進(jìn)行離線(xiàn)生產(chǎn)分析 與管理,實(shí)現全廠(chǎng)能源系統的統一調度,優(yōu)化能源介質(zhì)平衡、有效利用能源,提高能源質(zhì)量、降低能源消耗,達到節能降耗和提 升整體能源管理水平的目的。

 

 能耗概況

7.4預付費管理

1)登陸管理:管理操作員賬戶(hù)及權限分配,查看系統日志等功能;

2)系統配置:對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數進(jìn)行配置;

3)用戶(hù)管理:對商鋪用戶(hù)執行開(kāi)戶(hù)、銷(xiāo)戶(hù)、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢(xún)等操作;

4)售電管理:對已開(kāi)戶(hù)的表進(jìn)行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢(xún)等操作;

5)售水管理:對已開(kāi)戶(hù)的表進(jìn)行遠程售水、退水、記錄查詢(xún)等操作;

6)報表中心:提供售電、售水財務(wù)報表、用能報表、報警報表等查詢(xún),本系統所有的報表及記錄查詢(xún),都支持excel格式導出。

 預付費看板

7.5 充電樁管理

   通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),對接入系統的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地數據采集和監控,同時(shí)對各類(lèi)故障如充電機過(guò)溫保護、充電機輸入輸出過(guò)壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營(yíng)的所有功能,包括城市級大屏、交易管理、財務(wù)管理、變壓器監控、運營(yíng)分析、基礎數據管理等功能。

 

 充電樁看板

7.6   智能照明

   智能照明通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對安裝在城市各區域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進(jìn)行不間斷地數據監測,也可以實(shí)現定時(shí)開(kāi)關(guān)策略配置及后臺遠程管理和移動(dòng)管理等,降低路燈設施的維護難度和成本,提升管理水平,并達到一定節能減掛的效果。

 

 照明實(shí)時(shí)監控

7.7 安全用電

   安全用電采用自主研發(fā)的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災探測器,對引發(fā)電氣火災的主要因素(導線(xiàn)溫度、電流和剩余電流)進(jìn)行不間斷的數據跟蹤與統計分析,并將發(fā)現的各種隱患信息及時(shí)推送給企業(yè)管理人員,指導企業(yè)實(shí)現快速時(shí)間的排查和治理,達到消除潛在電氣火災安全隱患,實(shí)現“防患于未然”的目的。

 

7.8 智慧消防

   通過(guò)云平臺進(jìn)行數據分析、挖掘和趨勢分析,幫助實(shí)現科學(xué)預警火災、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責任監管等目標。填補了原先針對“九小場(chǎng)所”和?;飞a(chǎn)企業(yè)無(wú)法有效監控的空白,適應于所有公建和民建,實(shí)現了無(wú)人化值守智慧消防,實(shí)現智慧消防“自動(dòng)化”、“智能化”、“系統化”、用電管理“精細化”的實(shí)際需求。

 

 智慧消防看板

 

{C}8、{C}{C}{C}{C}{C}系統硬件配置

 

 

結語(yǔ):

   經(jīng)實(shí)踐運行,本文所提出的綜合能源管控平臺系統將能耗監管成功應用在地區用電平臺上,利用網(wǎng)頁(yè)端搭建的數據后臺展示平臺,實(shí)現對各用電單位內的總能耗、總電量、分戶(hù)、分類(lèi)、分項等能耗數據進(jìn)行統計分析和對建所有電能指數進(jìn)行橫向、縱向對比分析,以及提供報表生成打印功能。繼而在采集大量實(shí)時(shí)數據的基礎之上開(kāi)展更深層次的耗能分析工作,探究更深層次的能源消費規律。該系統實(shí)現了集監測、控制、管理為一體的目標,使得地區監管單位更加有效的調節能源供需平衡,各用電單位更可直觀(guān)了解本單位能耗趨勢及其存在的問(wèn)題,以便進(jìn)一步采取節能措施降低企業(yè)運營(yíng)成本。尤其針對本地區大型大型工廠(chǎng)、企業(yè)等用電單位來(lái)說(shuō),此類(lèi)用電客戶(hù)節能潛力大,是國家節能減排政策的重點(diǎn)關(guān)注對象。該管控平臺為政府及相關(guān)部門(mén)提供了更為科學(xué)的數據依據,對宏觀(guān)的政策、法律法規的制訂具有一定的參考價(jià)值。

參考文獻:

[1]聞欣,洪海明,張拓,杭琳.大型公共建筑能耗監控系統信息化管理技術(shù)研究[J].設備管理與維修,2019(21):26-29.

[2]王紹荃,基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的綜合能源管控平臺.

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05

作者簡(jiǎn)介:

王琪,男,現任職于江蘇安科瑞電器制造有限公司,主要研究方向為能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺領(lǐng)域。

 

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