供水公司綜合能源智慧監控平臺建設方案

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濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標的建議》，指出要推進能源革命，完善能源產供儲銷體系，建設智慧能源系統，推動能源清潔低碳安全高效利用。

綜合能源智慧監控平臺的建設可實現降低能耗、提升能效、在全壽命周期內節約資源、保護環境和減少污染，以先進互聯網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）數據采集和監測系統對廠區內重點能耗設施、重點供電設備以及各監測點用能數據統一采集和統一管理。詳實的能耗數據監測，全面、直觀地展示能源使用信息。

（2）統計分析與報表功能。對系統采集的基本數據進行統計分析。針對大功率，規模性耗電設備，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。當系統出現故障或現場的設備出現故障及監控的參數越限時，產生報警信號，依托移動終端實現智能派單、服務流程化管理。

（4）接口管理功能?？梢曰谙嚓P數據、控制接口，實現與其他信息化系統的功能聯動。

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

2 配電房智能監控子系統

2.1 配電房存在的問題

圖2 智能配電房

配電室存在總數多、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，且環境情況缺少監控，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，運行出現故障等問題。對人員進出管控難、追溯難，現場作業安全性、合規性難以保障。

2.2 配電房改造方案

更換或增加監控儀表，安裝環境傳感器、視頻監控、門禁等相關設備，建設配電房智能監控系統，為配電房提供通信平臺，實現配電設備的全面感知和控制。智能傳感 器和儀表可實現配電柜監測和環境監控，替代人工實現遠程例行巡查，在事故和特殊情況下可以實現特巡和定制性巡檢任務，實現遠程在線監控。運維人員可遠程查看信息，也可遠程控制風機、空調等操作，在減少人工的同時，提升了運維的內容和頻率，改變傳統運維方式，從而使得管理更規范、運行更安全、信息交流更快捷實時。最終可實現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”變為“主動預防模式”。

2.3 系統功能設計

（1）電力設備監控。電能質量監測儀安裝于配電總回路，實時監測并記錄電路電能質量情況，有異常時自動產生告警；開關柜局放監測儀安裝于主開關柜內，實時監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和放電性故障做出預警，為其正常運行提供必要的指導數據；線纜溫度探測器安裝于主回路母排或觸點處，實時監測母排或觸點溫度情況，保證線受高溫影響時能及時發現并維護；主變超溫變送器安裝于變壓器旁，實時監測變壓器溫度情況，若有異?；蚋邷厍闆r自動產生告警。

（2）環境監控對溫度、濕度、風力、水浸、SF6/02濃度、臭氧濃度、噪聲、煙霧等環境信息進行實時采集、處理和上傳；并根據實際情況，自動控制設備的啟、停及切換運行；與視頻監控子系統實現聯動；

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

3 智慧照明控制子系統

3.1 照明情況

現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

將廠區日光燈和熒光燈，更換為LED節能燈，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、統計室內人數，根據設定的控制策略，對室內的照明進行控制。照明控制終端通過通信接口，實現遠程控制與管理，對廠區區域照明進行精細化用能管理和控制。

3.3 系統功能設計

（1）集中控制和遠程控制在智慧照明控制系統中實現所有燈具的集中控制，在任何一個地方均可遠程控制各區域的燈。

（2）人員監控。燈上集成存在傳感器，區域內如有人員活動，可以實時向后臺發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，控制燈開的數量。

4 空調節能控制子系統

4.1 空調現狀

大多數廠區的分體空調和柜式空調均沒有統一的管理和控制，各房間以及配電室內的空調都由人工控制關閉，缺乏強制管控措施，如有人員節能意識不強則很容易造成能源浪費。辦公樓內空調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 空調節能改造方案

把辦公室以及供水設備間的分體空調的插座全部換成智能插座，該插座采用先進的無線物聯網通訊技術，電力感應和環境感知技術，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、紅外命令發送功能。

4.3 系統功能設計

（1）空調能耗實時計量。實時監測空調進線，獲得各房間空調用電實時能耗數據，以及樓層或廠區設備運行空調用電能耗數據。

（2）運行狀態監測。用電回路電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、頻率等各種電力參數實時在線監測與分析；空調開關狀態、溫度等數據采集及實時監測；空調能效比監測、安全用電報警和事件管理。

5 用電信息管理子系統

5.1 用電信息采集現狀

目前各水廠用電量通過人工抄數（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需求的增長，降低水廠能耗勢在必行［1］。

5.2 系統建設方案

在各廠區內低壓電源進線不同分支回路出線處，裝設智能監控終端，采集用能及能效數據，通過4G無線網絡傳輸至綜合能源智慧管控平臺系統，進行能效、能耗分析。

5.3 系統功能設計

（1）自動采集。用能信息管理系統能夠實現與現場采集終端和儀表之間的數據通信和交互，對現場表計信息進行自動化采集，實現現場數據信息的電子化管理。對各類數據進行定制密度的采集，實現各類數據曲線，并進行圖形化展示，以便于直觀地查看各類數據。

（2）用能數據分析。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據、歷史日數據、歷史抄表日數據、事件數據、用戶信息、系統信息等。進行時段分析、負荷分析、同比分析、峰谷分析。

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

6 實驗室智能監控子系統

6.1 實驗室現狀

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

6.2 系統功能設計

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

（2）環境監控。水質化驗實驗室智能監控系統可以對實驗室溫濕度、空氣潔凈度、水浸情況實施監控和顯示，當實驗室內相關參數超出預警值時，啟動本地報警和手機短信報警。同時與風機和空調聯動，自動控制風機和空調系統的啟、停及切換運行。實時監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，并與消防系統聯動。

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

7 儲能管控子系統

7.1 分布式能源現狀

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

7.2 系統功能設計

（1）系統以微電網內各設備作為監控對象，如儲能系統的電池簇、BMS、箱變等。系統通過對相關設備運行數據和告警信息的采集處理，完成監測和控制，實時數據、運算產生的中間數據、分析計算結果等信息同步更新至實時數據庫和歷史數據庫，為高級應用提供全數據支持。

（2）微電網并離網控制：系統可提供并網控制、離網控制、轉換控制、負荷控制、儲能控制策略，確保微電網在并、離大電網運行時的安全、穩定。對于離網控制，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：儲能系統根據用戶峰谷時段，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控制蓄電池向電網放電。系統可以配置靈活的本地運行計劃，利用監控系統遙調功能，將提前設置的運行計劃下發到受控系統中，實現運行計劃的靈活自定義。系統具備有功協調控制、電壓/無功協調控制、緊急控制放電模式、SOC自動維護、異常監測觸發調節、閉鎖調節、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設備運行狀態的全景監視、動態感知、優化調度等的綜合智能展示。

（1）以客觀實際的宏觀數據指標展現整體概況，包括各水廠區內概況、功能分區、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。實時展現監控系統的實時運行數據，包括實時能耗、實時能效、實時用電量，配電房運行設備、空調、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網技術，以提升供水公司能效管理水平、降低供水生產用電成本為目標，實現由局部節能改造向系統級、平臺級綜合能效提升方式轉變?？蓪崿F能源高效轉化利用，滿足供水公司各廠區用電、空調、照明等用能需求，實現綜合能源智慧管控。以先進互聯網技術，優化供能策略，提升運維水平，提供便捷用能服務。通過全景數據展示，在廠區內進行節能教育和宣傳，增強全體員工的節能意識。