智慧園區配用電技術的規劃設計研究

郝孟楊 孟賓 常娟娟

伴隨能源需求的日益增長與城市化進程的加速，智慧園區配用電技術已經成為可持續發展與智慧城市建設的重要組成部分，研究其規劃與設計具有重要現實意義。相較于傳統的配電系統，基于智慧園區配用電技術的配電系統更能適應和滿足智慧園區對靈活調控與高效利用能源的需求，如此一來，不僅能夠較好地滿足智慧園區智能化管理與調度能源的需求，提高智慧園區的可持續發展水平與能源利用效率，還顯著提高配電系統的靈活性、安全性與穩定性，從而提升智慧園區的吸引力與核心競爭力，推動與促進智慧園區建設的順利進行。

一、園區配用電系統現狀

（一）傳統園區配用電系統的特點

傳統園區配用電系統是指使用過去的設計思路與技術手段構建的配用電系統，其主要特點如下：（1）配電設備集中布置。傳統園區配用電系統中的配電房、變電站等設備常常集中布置在園區的某一區域，導致其因供電半徑較長而出現較大的輸電損耗。（2）單一供電方式。傳統園區配用電系統多采用交流供電等單一供電方式，這種供電方式不能較好滿足對多種能源的需求。（3）能源利用效率低。傳統園區配電系統在使用能源方面存在較大的浪費，如電能轉化過程中存在較大能量損耗，能源的管理與調度缺乏一定的靈活性。

（二）傳統園區配用電系統中存在的問題與不足

傳統園區配用電系統中存在諸多的問題與不足，如能源浪費、能源調度不靈活及存在一定的安全隱患等。在能源使用方面，傳統園區配電系統在能源的使用、轉換及傳輸方面存在較大的能量損失，這造成能源浪費與環境負擔；在能源調度方面，由于以往園區配電系統的能源管理與調度方式較為簡單，缺乏自動化與智能化的手段，因此不能很好地滿足多種能源需求的靈活管理與調控；在安全隱患方面，傳統園區配電系統存在諸多安全隱患，如線路過載、設備老化等問題，這極易造成安全風險與供電事故等[1]。

二、某智慧園區配用電系統需求分析

（一）需求分析

某智慧園區作為一個高效能源利用、智能化的示范項目，對配用電系統有著較高的要求與特殊的需求。該智慧園區作為一個綜合性多功能園區，具有以下整體需求：（1）高效能源利用。智慧園區要實現能源的高效利用，可以通過合理規劃和設計配用電，以達到節約與最大化利用能源的目的，同時使用先進的能源管理策略與技術，如能量存儲等，以此提高能源利用效率。（2）靈活調控。智慧園區需要結合實際需求與時間來靈活地調度資源，以更好地滿足智慧園區內不同用戶與設備在不同時間段的能源需求，通過使用智能化的能源管理系統來實時監測和動態調配能源，從而更好地適應園區內能源變化的需求。（3）可持續發展。智慧園區需要通過使用優化與改進的配用電系統來有效降低環境負擔與能源消耗等，以實現綠色生態與可持續發展，與此同時配合使用高效設備與清潔能源來大幅減少能源排放與使用，從而有效減少對環境的影響。

（二）特殊需求

除了上述需求以外，某智慧園區還存在以下一些特殊要求：在多能源供應方面，智慧園區需要做到多種能源的供應，如風能、太陽能等，以有效增加能源供應的可靠性與多樣性，可以通過建設和使用多能源供應系統來靈活選擇與優化能源來源，從而滿足智慧園區內對不同能源變化的需求；在智能化管理方面，智慧園區需要能夠智能化管理與監控配用電系統，包括但不限于設備狀態的遠程管理、能源消耗的實時監測等，通過綜合使用人工智能、大數據分析及物聯網等先進技術手段來智能監控、優化并診斷配用電系統，以此提高系統可靠性與運行效率；在高安全性與可靠性方面，智慧園區的配用電系統在安全性與可靠性方面有著較高的要求，需要采用有效措施來保證設備的可靠運行與供電的穩定性，如實時監控系統、備份供電方案及合理配置設備等，以提高配用電系統的抗干擾能力與可靠性，從而有效減少供電事故或中斷的發生[2]。實際規劃和設計時，需要綜合考慮上述整體需求與特殊需求，以設計出靈活、高效及可持續發展的智慧園區配用電系統。

三、某智慧園區配用電系統總體架構

（一）規劃設計原則

某智慧園區配用電系統的規劃與設計需要遵循以下幾點原則：第一，全面感知原則。全面感知包括全過程感知、資產全壽命感知以及客戶全方位感知等，其中全過程感知是指在信息收集與匯聚處理的基礎上全面感知智慧園區配用電系統各環節的信息，包括但不限于用戶需求、能源消耗情況及供電設備運行狀態等，通過使用監測設備和傳感器等來全面全方位感知配用電系統。資產全壽命感知通過使用智能傳感器與監測設備來實時監測設備健康狀況以及系統的運行狀態等，以此延長設備使用壽命，并及時發現與處理潛在問題。客戶全方位感知是指通過與用戶進行交互與溝通，及時了解用戶的反饋信息與能源需求，從而為用戶提供個性化的能源服務與能源利用優化。第二，數據互聯互通原則。需要使用物聯網標準化通信協議以及通信網絡，以實現配電系統中各傳感器、應用系統以及設備之間的數據互聯互通，并通過使用統一的網絡架構與通信協議來保障數據的有效交互與傳遞，以支撐系統的優化運行與智能化管理。第三，數據通信可靠安全原則。其一，需要采用多種通訊方式，如無線專網、載波、數據總線以及互聯網等，以保證配電系統應用層與感知層之間信息傳輸的高速性、安全性及可靠性；其二，需要采用身份驗證機制與數據加密算法等有效措施來確保配用電系統中的數據安全，有效防范并避免未授權訪問與敏感數據泄漏等情況。第四，云平臺與智能化數據處理原則。其一，構建配用電的能源大數據平臺，用來收集、存儲和運算配電系統的海量數據，同時結合云計算技術與分布式數據庫來高效運算和存儲數據；其二，綜合利用數據挖掘技術及智能算法等來深入挖掘與分析配用電系統的數據，提取出數據中的高價值信息，為系統的優化運行與智能化決策提供有力數據支撐[3]。第五，智能配電系統企業IT融合原則。智能配電系統作為企業IT架構的延伸，需要與企業現有先進技術進行有效整合與銜接，從而實現配電系統與其他系統之間的數據共享與交換，與此同時智能配電系統還需要補充與完善企業IT架構的服務與功能，提供實時的報表分析、能源數據及能源管理等功能，以更好地支持企業的能源優化、管理及決策。

某智慧園區整體架構包括數據采集、能耗管理分析、設備運行以及可視化展示等組成部分，旨在實現智慧園區用戶管理、綜合管理、權限以及安全管理等。其中，數據實時采集負責收集各數據源數據，如手工錄入的數據、園區自動采集的數據以及其他管理系統中的數據等；能耗管理分析基于多維度能耗分析模型，實現能耗多維度對比，而后利用GIS可視化呈現給相關用戶；設備運行包括能源預測管理與重點設備運行管理等，負責實時監控與預測重點設備與系統的運行情況；系統可視化展示主要為三類用戶提供可視化數據服務，分別是集團管理者、園區管理者及運維人員[4]。某智慧園區具體的架構圖如圖1所示。

圖1 智慧園區架構圖

（二）總體架構設計

基于上述需求分析與規劃設計原則，對某智慧園區配用電監控系統進行總體架構設計，其主要包括綜合管理平臺、園區內網、電力監控及設備管理系統、安防管控管理系統、綜合管理系統、能源管理系統以及智慧室安全用電隱患監管服務平臺等。其中，綜合管理平臺作為數據中心，負責收集、存儲與分析數據；園區內網各設備之間使用生產交換機相連，其與數據中心通過核心交換機相連，其負責連接園區內相關用電設備；電力監控及設備管理系統主要作用是輔助相關運維人員及時識別系統中的潛在問題與危險并處理，以維護智慧園區配用電系統及相關設備的安全運行；安防管控管理系統位于保安室，旨在監控與管理智慧園區的安全情況，通常配合門禁系統、入侵檢測及攝像頭等設備來實時監測園區的安全狀況，以及時發現與應對突發情況與安全事件；綜合管理系統位于集團總裁室，旨在給集團總裁與高層管理人員提供全面的園區運行情況與業務數據，以提供合理的管理調整與科學的決策支持；能源管理系統位于園區經理室，用來實時監測與管理能源情況；智慧室安全用電隱患監管服務平臺為智慧園區提供隱患監管等服務，以保障用戶的安全用電需求[5]。某園區配用電監控系統架構如圖2所示。

圖2 園區配用電監控系統架構

四、案例分析

某智慧園區采用上述系統架構，其中，綜合管理平臺包括APP端執行軟件與Web端管理平臺，融合設備資產管理、能源管理、安防監控、運維管理、電力監控以及事件報警處理等子系統，通過一站式管理、智能分析與可視化呈現，顯著提升了該智慧園區的用電安全與運營效率。該系統在異常負荷監控與能效優化等方面發揮著重要作用，如某條線路在夜間發生異常負荷情況，平時該線路是穩定低負荷的，通過系統實時監控及時發現設備存在頻繁高負荷啟動，針對這一問題，相關維護人員排查具體原因，并采取針對性措施，有效降低因異常負荷而造成的能耗損失。又如通過實時監控空壓機有功功率，發現某空壓機在一天夜間頻繁啟動，負荷多集中在50kW，最高可達80kW，針對這一問題，采取避峰填谷的方式，顯著提高空壓機的能效，與此同時，對注塑機等能耗大戶同樣采用避峰填谷的運行模式，實現更高效經濟的運行模式[6]。通過規劃與改造智慧園區配電技術，相較之前該智慧園區的用電故障率減少25%，年用電成本降低20%，故障解決到位率高達95%。這充分表明本文提出的方案在智慧園區優化能耗以及監控異常負荷等方面具有重要作用。

結束語

綜上所述，通過分析傳統配電系統的特點與存在的不足，確定智慧園區配用電系統的需求，在此基礎上為某智慧園區規劃并設計一套配用電系統總體架構，并驗證該設計方案的有效性與可行性。該研究在降低能源消耗、提高能源利用效率及智能化管理與控制能源等方面具有積極意義，有助于提升智慧園區的吸引力與競爭力，并推動和促進智慧園區的可持續發展。未來，研究將不斷探索與實踐，以創新出更先進的配用電技術與更有效的解決方案，以促進智慧園區配用電技術的創新與發展，為構建智慧、可持續的城市環境作出貢獻。