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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(shè)計及硬件選型

發(fā)布時間: 2023-05-30  點擊次數(shù): 456次

安科瑞 陳聰

 摘要:城區(qū)內(nèi)一般都具有錯綜復(fù)雜的能源系統(tǒng),且大部分能耗都集中于城區(qū)的各企、事業(yè)單位中。基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的綜合能源管控平臺將城區(qū)內(nèi)從能源產(chǎn)生到能源消耗的整體流動情況采用大屏清晰展示,便于監(jiān)管部門了解本地區(qū)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(shù)據(jù)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(yīng)措施節(jié)能降耗,降低運(yùn)營成本,還可以根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障問題,消除安全隱患。

   關(guān)鍵詞:能耗;管控;泛在電力物聯(lián)網(wǎng);數(shù)據(jù)分析

 


1、引言

   隨著社會的不斷地飛速發(fā)展,我國經(jīng)濟(jì)實現(xiàn)了巨大的騰飛。與此同時,社會生產(chǎn)的能耗也是逐年上升,全球主要大宗能源價格也是逐年上漲,資源對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約作用日益突出,針對企業(yè)能耗問題的研究逐漸成為了相關(guān)領(lǐng)域研究的重點[1]。人們逐漸認(rèn)識到了對于能耗監(jiān)測的重要性,若能實時監(jiān)測各類建筑能耗,并加以調(diào)控,進(jìn)而優(yōu)化管理制度和節(jié)能措施,切實有效地降低能耗,這對降低企業(yè)成本,營造綠色節(jié)能環(huán)境會有很大的幫助[2]。而社會中整體產(chǎn)業(yè)消耗能源時的具體表現(xiàn)形式可歸結(jié)為對于電力能源的消耗,因此迫切需  要一種有效的電能監(jiān)控的系統(tǒng)[3]。

   目前大部分地區(qū)在能耗管理方面雖已采用智能電表統(tǒng)計分析電能使用情況。但依舊存在能耗數(shù)據(jù)分析效率低、易出錯、耗時長數(shù)據(jù)分析不夠深入和無法追溯,考核指標(biāo)不準(zhǔn)確等缺點,難以實現(xiàn)對地區(qū)各企事業(yè)單位能耗的科學(xué)統(tǒng)計、有效監(jiān)測和系統(tǒng)分析[4]。管理者無法依據(jù)數(shù)據(jù)制定合適的決策,隨時了解到地區(qū)能耗情況。隨著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)營成本、提高綜合競爭力的角度出發(fā),加強(qiáng)能源管理[6]。為監(jiān)控和分析生產(chǎn)作業(yè)過程中的能耗狀況實現(xiàn)地區(qū)各單位及總體的能耗趨勢和能源利用水平的分析及監(jiān)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(qū)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(tǒng)各環(huán)節(jié),充分應(yīng)用移動互聯(lián)、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)、通信技術(shù),實現(xiàn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)萬物互聯(lián)、人機(jī)交互,具有狀態(tài)全面感知、信息處理、應(yīng)用便捷靈活特征的智慧服務(wù)系統(tǒng)[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(tǒng),可以實時監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各耗能單位的相關(guān)信息。各單位可登錄該系統(tǒng)查看自身能耗及其相關(guān)費用情況,據(jù)此進(jìn)行深入分析,結(jié)合單位實際情況,制定相應(yīng)措施節(jié)能減排、降低生產(chǎn)成本。而地區(qū)管理部門可以實時查看該監(jiān)控地區(qū)下所有用電單位能耗數(shù)據(jù),分析本地區(qū)能源使用趨勢,守護(hù)能源安全,及早進(jìn)行事件預(yù)警。該系統(tǒng)可精準(zhǔn)采集用電數(shù)據(jù)、較大程度上提高能耗數(shù)據(jù)分析效率、指標(biāo)分明、異常數(shù)據(jù)及時追溯,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(jié)構(gòu)

   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(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計與實現(xiàn)。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(qū)能源流動線路,展示全市能源使用概況,并對整體能耗進(jìn)行統(tǒng)計展示,便于分析整體能耗趨勢。之后,以該地區(qū)223家用電單位為監(jiān)控對象,以實現(xiàn)對該地區(qū)電力能耗科學(xué)、有效、自動化監(jiān)控管理模式。

   該系統(tǒng)基于計算機(jī)軟件平臺和電力線通信技術(shù)搭建多用戶多終端能耗群控平臺,對相關(guān)用能單位區(qū)域內(nèi)的各類建筑、公共設(shè)施進(jìn)行節(jié)能控制和能耗監(jiān)測管理,實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的分類分項統(tǒng)計和分析處理,同時與能耗監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心接軌并上報相關(guān)能耗分類分項數(shù)據(jù),實現(xiàn)多個企業(yè)的能耗分支、分時、分類的計量統(tǒng)計與節(jié)能管理,使其具有采集、存儲、處理、統(tǒng)計、查詢和分析能耗數(shù)據(jù)的功能。該系統(tǒng)主要包括三層結(jié)構(gòu):數(shù)據(jù)感知層、業(yè)務(wù)信息層、決策管理層。

   系統(tǒng)運(yùn)行過程如下所述:位于數(shù)據(jù)感知層的智能電表采集用電單位在正常生產(chǎn)活動中所使用電能的各項指標(biāo)數(shù)據(jù),通過通信網(wǎng)絡(luò)實時傳輸至位于業(yè)務(wù)信息層的數(shù)據(jù)中心存儲;業(yè)務(wù)信息層會將采集的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過整合分析后制成相應(yīng)的數(shù)據(jù)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,管理人員通過決策管理層的能耗管理系統(tǒng)、能耗監(jiān)控系統(tǒng)、能耗分析系統(tǒng)查看現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù),并制定相應(yīng)的決策。

 

3、系統(tǒng)功能說明與展示

3.1多能全景監(jiān)測

   使用戶可以非常直觀、便捷地了解園區(qū)每個建筑物(樓層)的實時能源使用情況、設(shè)備健康狀態(tài)、主要能耗信息,支持用戶開展各類輔助服務(wù)。區(qū)域監(jiān)管用戶可在系統(tǒng)決策管理層登錄該系統(tǒng),分別查看該監(jiān)控區(qū)域內(nèi)源、網(wǎng)、儲、荷情況,包括光伏能源供應(yīng)、二氧化碳的減排量、市電容量、光伏容量、天然氣供應(yīng)量,以展示該系統(tǒng)內(nèi)能量流動方向。該部分可整體展示當(dāng)年數(shù)據(jù)及預(yù)期計劃。展示能源總量包括該地區(qū)能源消費總量、當(dāng)前地區(qū)用電量及用水量在用戶展示平臺可觀察監(jiān)測的客戶數(shù)量、配電房數(shù)量、變壓器容量、監(jiān)測點數(shù)、監(jiān)測類型、近30天用電情況統(tǒng)計、告警情況等實時運(yùn)行狀態(tài),將光標(biāo)放到監(jiān)測點上即可查詢被監(jiān)測站點的名稱、變電容量、當(dāng)前負(fù)荷、配電房數(shù)量、告警等信息。

3.2能源駕駛艙

   該部分可允許平臺監(jiān)管人員或監(jiān)控單位人員登錄查看。按照不同用電單位,展示包含多個指標(biāo)量的用電信息視圖,包括本月電量、本月需量、本月電量結(jié)構(gòu)、功率因素、一鍵體檢。主要展示當(dāng)月的累計電量、當(dāng)月及上月的每日電量使用情況對比、今日與昨日的各時段用電功率對比。其中展示電能使用數(shù)據(jù)對比圖及相關(guān)電量使用的特點統(tǒng)計、各用電單位電能使用總量數(shù)據(jù)以及不同時間的電量使用情況。在統(tǒng)計了本月每一天的電量使用情況的同時與上月每一天進(jìn)行對比;將今日的各時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(jiān)測

   根據(jù)用戶設(shè)置的告警規(guī)則,對實時采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷告警,展示該監(jiān)控區(qū)域內(nèi)用電客戶線路中的告警事件。用戶可根據(jù)設(shè)置不同的站點、配電房、設(shè)備類型、告警級別、告警發(fā)生時間,查詢并顯示不同狀態(tài)類型(未處理或已處理)情況下配電房設(shè)備的告警結(jié)果??蔀楦婢Y(jié)果添加備注或?qū)Ω婢Y(jié)果進(jìn)行處理。頁面右側(cè)顯示告警規(guī)則及數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能,用戶可點擊查看內(nèi)容。

3.4實時監(jiān)測

   每個用電單位的能源系統(tǒng)中都安裝了智能電表,該系統(tǒng)將智能電表所檢測到的主要運(yùn)行參數(shù)實時傳回系統(tǒng)后臺,后臺將該數(shù)據(jù)與設(shè)備關(guān)聯(lián),為監(jiān)管部門建立包括多個公用能源系統(tǒng)和設(shè)備的模型。監(jiān)控參數(shù)主要包括變壓器的有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、有功電度示值、線電壓、相電壓、電流、諧波電壓、諧波電流及需量等。用戶可通過設(shè)置不同的站點、配電房、變壓器設(shè)備、選擇時間,可查詢?nèi)我鈺r間段內(nèi)數(shù)據(jù)變化曲線。

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(yīng)日、月、年用電量及電費趨勢、用電結(jié)構(gòu)組成。通過設(shè)置站點名稱、計費點,查詢該站點當(dāng)期用電量顯示及組成、當(dāng)期電費及組成,顯示當(dāng)前計費點的報裝信息維護(hù)。通過選擇時間,查詢并顯示電量電費趨勢。顯示該時間段內(nèi)用電量和電度電費。該部分還可針對電費結(jié)構(gòu)進(jìn)行多維度分析主要包括;度電單價分析、基本電費分析、電度電費分析、力調(diào)電費分析,并分別繪制相應(yīng)曲線圖。

3.6電能質(zhì)量監(jiān)測

   電能質(zhì)量指標(biāo)主要包括電壓偏差、功率因數(shù)、諧波電壓,通過設(shè)定合理值規(guī)則,將實時監(jiān)測值與設(shè)置值對比,記錄異常數(shù)據(jù)。系統(tǒng)管理員登錄后可查詢?nèi)空军c或單個站點近一年內(nèi)存在電能質(zhì)量問題的監(jiān)測點數(shù)量,而當(dāng)一般用電單位登錄該系統(tǒng)時只可查看該用電單位的以往數(shù)據(jù)。通過設(shè)置電壓偏差、功率因數(shù)、諧波電壓或全部指標(biāo),也能查詢存在電能質(zhì)量問題的配電房信息。

   透過上述參數(shù),該監(jiān)控系統(tǒng)展示各用電單位電能質(zhì)量變化趨勢,統(tǒng)籌把握電能質(zhì)量情況。更進(jìn)一步,對于電壓偏差數(shù)據(jù),將記錄電壓合格率、電壓越上時間、電壓越下時間統(tǒng)計結(jié)果;對于功率因數(shù)數(shù)據(jù),將記錄實時功率因數(shù)和無功功率的監(jiān)測結(jié)果;對于諧波電壓數(shù)據(jù),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(tǒng)頁面展示

   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(shù)據(jù)展示平臺,由智能電表采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)后,采用大數(shù)據(jù)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編程語言編寫而成。主要功能頁面展示如下文所示:

   多能全景監(jiān)測頁面是基于GIS的能源全景概覽,可以監(jiān)控該區(qū)域內(nèi)多種能源流動及用電單位用電情況。并對該地區(qū)相關(guān)的能耗結(jié)構(gòu)及能耗總量進(jìn)行展示,顯示整體統(tǒng)計數(shù)據(jù),便于管理人員了解當(dāng)?shù)啬茉词褂酶艣r。

   能源駕駛艙則是針對每一個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(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,針對每月用電量及每日用電功率波動情況進(jìn)行環(huán)比分析。

   告警監(jiān)測頁面則是展示監(jiān)控區(qū)域內(nèi)電能質(zhì)量告警事件詳細(xì)信息,智能電表監(jiān)控的數(shù)據(jù)經(jīng)后臺算法分析出現(xiàn)異常后,會及時發(fā)出告警信號,并將出現(xiàn)異常的地點、設(shè)備名稱及異常內(nèi)容等詳細(xì)信息。

   實時監(jiān)測部分可實時查詢某一站點的智能電表從現(xiàn)場發(fā)回的電能質(zhì)量數(shù)據(jù),可選擇查看有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、線電壓、相電壓、諧波電壓等電能質(zhì)量參數(shù)數(shù)據(jù)描繪的趨勢圖,更直觀的發(fā)現(xiàn)該用電站點的電能供應(yīng)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(shù)據(jù)。此頁面可觀察到任意監(jiān)控站點的電量電費數(shù)據(jù)

 

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)開放平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺,建立統(tǒng)一的上下行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn),為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)的平臺。 用戶僅需購買安科瑞物聯(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(jī)和電腦得到所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)。

   該平臺提供數(shù)據(jù)駕駛艙、電氣安全監(jiān)測、電能質(zhì)量分析、用電管理、預(yù)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(yùn)維管理等功能,并支持多平臺、多語言、多終端數(shù)據(jù)訪問。

 

5、應(yīng)用場所

   本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統(tǒng)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(yùn)維等領(lǐng)域。

 

6、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

 

 

7、平臺功能

7.1   可定制駕駛艙

   可定制化的駕駛艙:可根據(jù)客戶的行業(yè)特性,行業(yè)需求,經(jīng)過培訓(xùn)的工程或調(diào)試人員自行繪制客戶所需的駕駛艙頁面。

   例如下圖所示的智慧物業(yè)駕駛艙,內(nèi)容有:預(yù)付費、充電樁、電梯、空調(diào)、照明等設(shè)備管理、能耗統(tǒng)計、收益統(tǒng)計、運(yùn)維情況等。其中地圖可以選配成BIM建筑模型,任何傳感器報警時可以在BIM模型中預(yù)警顯示。

  

7.2   電力集抄

   電力集抄模塊可以實現(xiàn)對各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢、分析、預(yù)警及綜合展示,以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實現(xiàn)供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測'、遙信、遙控控制,對系統(tǒng)進(jìn)行綜合檢測和統(tǒng)一管理;在數(shù)據(jù)資源管理方面,可以顯示或查詢供配電室內(nèi)各設(shè) 備運(yùn)行(包括歷史和實時參數(shù),并根據(jù)實際情況進(jìn)行日報、月報和年報查詢或打印,提高工作效率,節(jié)約人力資源。

 

變壓器監(jiān)控

 

配電圖

7.3   能耗分析

   能耗分析模塊采用自動化、信息化技術(shù),實現(xiàn)從能源數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、能源介質(zhì)消耗分析、能耗管理等全過程的自動 化、科學(xué)化管理,使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過程有機(jī)結(jié)合起來,運(yùn)用數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù),進(jìn)行離線生產(chǎn)分析 與管理,實現(xiàn)全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)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(dá)到節(jié)能降耗和提 升整體能源管理水平的目的。

 

 能耗概況

7.4預(yù)付費管理

1)登陸管理:管理操作員賬戶及權(quán)限分配,查看系統(tǒng)日志等功能;

2)系統(tǒng)配置:對建筑、通訊管理機(jī)、儀表及默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行配置;

3)用戶管理:對商鋪用戶執(zhí)行開戶、銷戶、遠(yuǎn)程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作;

4)售電管理:對已開戶的表進(jìn)行遠(yuǎn)程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作;

5)售水管理:對已開戶的表進(jìn)行遠(yuǎn)程售水、退水、記錄查詢等操作;

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,本系統(tǒng)所有的報表及記錄查詢,都支持excel格式導(dǎo)出。

 預(yù)付費看板

7.5 充電樁管理

   通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進(jìn)行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控,同時對各類故障如充電機(jī)過溫保護(hù)、充電機(jī)輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警。云平臺包含了充電收費和充電樁運(yùn)營的所有功能,包括城市級大屏、交易管理、財務(wù)管理、變壓器監(jiān)控、運(yùn)營分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能。

 

 充電樁看板

7.6   智能照明

   智能照明通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對安裝在城市各區(qū)域的室內(nèi)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(shù)據(jù)監(jiān)測,也可以實現(xiàn)定時開關(guān)策略配置及后臺遠(yuǎn)程管理和移動管理等,降低路燈設(shè)施的維護(hù)難度和成本,提升管理水平,并達(dá)到一定節(jié)能減掛的效果。

 

 照明實時監(jiān)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(zāi)探測器,對引發(fā)電氣火災(zāi)的主要因素(導(dǎo)線溫度、電流和剩余電流)進(jìn)行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計分析,并將發(fā)現(xiàn)的各種隱患信息及時推送給企業(yè)管理人員,指導(dǎo)企業(yè)實現(xiàn)快速時間的排查和治理,達(dá)到消除潛在電氣火災(zāi)安全隱患,實現(xiàn)“防患于未然"的目的。

 

7.8 智慧消防

   通過云平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析,幫助實現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。補(bǔ)了原先針對“九小場所"和?;飞a(chǎn)企業(yè)無法有效監(jiān)控的空白,適應(yīng)于所有公建和民建,實現(xiàn)了無人化值守智慧消防,實現(xiàn)智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統(tǒng)化"、用電管理“精細(xì)化"的實際需求。

 

 智慧消防看板

 

8、系統(tǒng)硬件配置

 

 

結(jié)語:

   經(jīng)實踐運(yùn)行,本文所提出的綜合能源管控平臺系統(tǒng)將能耗監(jiān)管成功應(yīng)用在地區(qū)用電平臺上,利用網(wǎng)頁端搭建的數(shù)據(jù)后臺展示平臺,實現(xiàn)對各用電單位內(nèi)的總能耗、總電量、分戶、分類、分項等能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析和對建所有電能指數(shù)進(jìn)行橫向、縱向?qū)Ρ确治?/span>,以及提供報表生成打印功能。繼而在采集大量實時數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上開展更深層次的耗能分析工作,探究更深層次的能源消費規(guī)律。該系統(tǒng)實現(xiàn)了集監(jiān)測、控制、管理為一體的目標(biāo),使得地區(qū)監(jiān)管單位更加有效的調(diào)節(jié)能源供需平衡,各用電單位更可直觀了解本單位能耗趨勢及其存在的問題,以便進(jìn)一步采取節(jié)能措施降低企業(yè)運(yùn)營成本。尤其針對本地區(qū)大型大型工廠、企業(yè)等用電單位來說,此類用電客戶節(jié)能潛力大,是國家節(jié)能減排政策的重點關(guān)注對象。該管控平臺為政府及相關(guān)部門提供了更為科學(xué)的數(shù)據(jù)依據(jù),對宏觀的政策、法律法規(guī)的制訂具有一定的參考價值。

參考文獻(xiàn):

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[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05


聯(lián)


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