基于物聯(lián)網(wǎng)表計(jì)的綜合能源管理方案

安科瑞 陳聰

為加快推進(jìn)國家“雙碳”戰(zhàn)略和新型能源體系建設(shè)，努力實(shí)現(xiàn)負(fù)荷準(zhǔn)確控制和用戶精細(xì)化管理，按照“政府主導(dǎo)、電網(wǎng)組織、政企協(xié)同、用戶實(shí)施”的指導(dǎo)原則，多地成立市/縣級(jí)電力負(fù)荷管理中心，包括浙江寧波、慈溪、遼寧大連、湖南株洲、婁底、湖北宜昌、黃岡、山西臨汾等地，標(biāo)志著各地在能源領(lǐng)域數(shù)字化改革邁出了實(shí)質(zhì)性的關(guān)鍵一步，對(duì)加快推進(jìn)新型能源體系建設(shè)、實(shí)施能源大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略、發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)、建設(shè)智慧城市具有重要意義。比如寧波市能源大數(shù)據(jù)管理中心已接入寧波1萬余戶規(guī)上企業(yè)及3079家用能企業(yè)用能數(shù)據(jù)、698個(gè)公共建筑單位空調(diào)負(fù)荷數(shù)據(jù)，上線了公共建筑空調(diào)負(fù)荷管理、產(chǎn)業(yè)園能源管理、綠色工廠能源監(jiān)測(cè)等20余項(xiàng)能源大數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

以上市級(jí)電力負(fù)荷管理中心建設(shè)安科瑞也部分參與，本文結(jié)合城市新型智慧能源體系對(duì)能源數(shù)字化系統(tǒng)的要求和安科瑞能源數(shù)字化技術(shù)，為能源互聯(lián)、交互以及協(xié)調(diào)優(yōu)化，持續(xù)推進(jìn)新型能源體系建設(shè)提供初步解決方案。

1. 綜合智慧能源系統(tǒng)概述

傳統(tǒng)的能源管理系統(tǒng)模式圍繞單一主體進(jìn)行電力等能源的監(jiān)測(cè)已經(jīng)無法滿足新型能源體系需求，而科學(xué)、系統(tǒng)性的綜合智慧能源管理采用大數(shù)據(jù)信息集成模式,既實(shí)現(xiàn)了對(duì)新能源消納的優(yōu)化和能源利用效率的改善,還實(shí)現(xiàn)了單一設(shè)備節(jié)能向智能化、系統(tǒng)化等方向轉(zhuǎn)變。綜合智慧能源管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)能源系統(tǒng)各個(gè)單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)與管理,從而為高質(zhì)量利用能源和提供服務(wù)打下了良好的基礎(chǔ)，各地建設(shè)電力負(fù)荷中心的目的也是如此。綜合智慧能源系統(tǒng)根據(jù)動(dòng)態(tài)能源價(jià)格機(jī)制，以電網(wǎng)、分布式發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)、可調(diào)負(fù)荷、電動(dòng)汽車充電樁為物理基礎(chǔ),根據(jù)不同階段的電力需求進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié),保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。總體上來說,綜合智慧能源管理系統(tǒng)已經(jīng)成為新型能源體系建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。

2. 綜合智慧能源管理系統(tǒng)總體架構(gòu)

綜合智慧能源管理系統(tǒng)的參與方很多，包括電網(wǎng)、能源服務(wù)商、大中小微用能企業(yè)甚至個(gè)人等，這是一個(gè)需要多方參與的系統(tǒng)，系統(tǒng)需要有很好的兼容性和易用性。首先,系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要支持多種工業(yè)接口的應(yīng)用,如第三方系統(tǒng)接口、智能感知設(shè)備接口以及用能設(shè)備等。其次,系統(tǒng)需要支持方便的數(shù)據(jù)獲取和互動(dòng)，包括移動(dòng)端APP、小程序、WEB端等。此外,系統(tǒng)需要接入的智能設(shè)備分布廣，數(shù)量大，可以根據(jù)實(shí)際需求和網(wǎng)絡(luò)情況,實(shí)現(xiàn)有線和無線混合組網(wǎng)模式，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各種能源的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析和優(yōu)化控制管理，如圖1所示。

圖1 綜合智慧能源管理系統(tǒng)架構(gòu)

3. 綜合智慧能源管理系統(tǒng)軟件架構(gòu)

軟件架構(gòu)主要包括感知層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層、展現(xiàn)層，如圖2所示。感知層是由現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)、測(cè)量、控制設(shè)備和其它子系統(tǒng)組成，通過有線/無線方式傳輸至數(shù)據(jù)中臺(tái)；中臺(tái)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)和交互，并分發(fā)給各類應(yīng)用層；應(yīng)用層根據(jù)用戶需要，從能源供應(yīng)、能源管理、負(fù)荷管理、能耗分析預(yù)測(cè)、能源運(yùn)維運(yùn)營(yíng)等多個(gè)角度使用數(shù)據(jù)，并展示給不同的使用者，完成能源管理功能。綜合智慧管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多種類型的能源介質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集和監(jiān)控,并利用數(shù)字化技術(shù)更加直觀地對(duì)能源數(shù)據(jù)進(jìn)行展示和調(diào)控，使能源得到更好的利用。

圖2 綜合智慧能源管理系統(tǒng)軟件架構(gòu)

4. 安科瑞綜合智慧能源管理系統(tǒng)的應(yīng)用

AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理系統(tǒng)和Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)解決方案正是基于上述理念而設(shè)計(jì)的綜合智慧能源管理系統(tǒng)。AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理系統(tǒng)是針對(duì)行業(yè)用戶的能源管理平臺(tái)，包括醫(yī)療建筑、教育建筑、高速公路、電子廠房等，提供基于行業(yè)特點(diǎn)細(xì)分的能效管理解決方案；而Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)針對(duì)地域分散、數(shù)量眾多的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，提供免調(diào)試方案，方便中小微用戶更方便的把設(shè)備接入平臺(tái)并低成本獲取所需數(shù)據(jù)，比如充電樁運(yùn)營(yíng)、分散的能源計(jì)量和收費(fèi)等，對(duì)用戶無地域限制、無專業(yè)技能要求，目前已經(jīng)為多個(gè)國家的用戶提供能源數(shù)據(jù)服務(wù)。兩套系統(tǒng)基于同樣的數(shù)據(jù)中臺(tái)，衍生不同的應(yīng)用為不同類型的用戶提供覆蓋“源網(wǎng)荷儲(chǔ)充維”一體化的能源管理解決方案，并根據(jù)用戶設(shè)置的策略來管理能源的使用和調(diào)度。

4.1 基于行業(yè)能效提升的AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理系統(tǒng)應(yīng)用

AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理系統(tǒng)提供基于行業(yè)特點(diǎn)細(xì)分的能效管理解決方案，支持有線/無線方案接入各類智能設(shè)備，并提供多種第三方系統(tǒng)接口協(xié)議，融合企業(yè)微電網(wǎng)電力監(jiān)控、能耗統(tǒng)計(jì)、電能質(zhì)量分析及治理、智能照明控制、主要用能設(shè)備監(jiān)控、充電樁運(yùn)營(yíng)管理、分布式光伏監(jiān)控、儲(chǔ)能管理等功能，通過一個(gè)平臺(tái)即可全局、整體的對(duì)企業(yè)電網(wǎng)進(jìn)行進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一運(yùn)維，滿足企業(yè)用電可靠、安全、節(jié)約、有序用電要求。平臺(tái)支持中英文切換，現(xiàn)已應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)和地區(qū)用戶側(cè)能源管理和電力運(yùn)維平臺(tái)，單個(gè)平臺(tái)已接入1600多個(gè)用戶變電所數(shù)據(jù)，提供能源分析和運(yùn)維管理功能。

圖3 AcrelEMS能效管理平臺(tái)應(yīng)用

電力監(jiān)控

對(duì)企業(yè)高低壓變配電系統(tǒng)的變壓器、斷路器、直流屏、母排、無功補(bǔ)償柜及電纜等配電相關(guān)設(shè)備的電氣參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)、接點(diǎn)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，監(jiān)測(cè)企業(yè)微電網(wǎng)主要回路的電能質(zhì)量并進(jìn)行治理，對(duì)故障及時(shí)處理并發(fā)出告警信息，提高企業(yè)供電可靠性。

圖4 電力監(jiān)控功能

能耗分析

采集企業(yè)電、水、燃?xì)獾饶茉聪?，進(jìn)行分類分項(xiàng)能耗統(tǒng)計(jì)，計(jì)算單位面積或單位產(chǎn)品的能耗數(shù)據(jù)以及趨勢(shì)，對(duì)標(biāo)主要用能設(shè)備能效進(jìn)行能效診斷，計(jì)算企業(yè)碳排放，為企業(yè)制定碳達(dá)峰、碳中和路線提供數(shù)據(jù)支持。

圖5 能耗分析功能

照明控制

智能照明控制功能可以根據(jù)企業(yè)情況實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制、光照感應(yīng)控制、場(chǎng)景控制、調(diào)光控制等，并結(jié)合紅外傳感器、超聲波傳感器，實(shí)現(xiàn)人來燈亮、人走燈滅，并可以根據(jù)系統(tǒng)的控制策略實(shí)現(xiàn)集中控制，為企業(yè)節(jié)約照明用電。

圖6照明控制功能

分布式光伏監(jiān)控

監(jiān)測(cè)企業(yè)分布式光伏電站運(yùn)行情況，包括逆變器運(yùn)行數(shù)據(jù)、光伏發(fā)電效率分析、發(fā)電量及收益統(tǒng)計(jì)以及光伏發(fā)電功率控制。

圖7 分布式光伏發(fā)電監(jiān)測(cè)

儲(chǔ)能管理

監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)(BMS)和儲(chǔ)能變流器(PCS)運(yùn)行，包括運(yùn)行模式、功率控制模式，功率、電壓、電流、頻率等預(yù)定值信息、儲(chǔ)能電池充放電電壓、電流、SOC、溫度，根據(jù)企業(yè)峰谷特點(diǎn)和電價(jià)波動(dòng)以及上級(jí)平臺(tái)指令設(shè)置儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電策略，控制儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電，實(shí)現(xiàn)削峰填谷，降低企業(yè)用電成本。  

圖8 儲(chǔ)能管理

充電樁運(yùn)營(yíng)管理 

監(jiān)測(cè)企業(yè)充電樁的運(yùn)行狀態(tài)，提供充電樁收費(fèi)管理和狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能，并根據(jù)企業(yè)負(fù)荷率變化和虛擬電廠的調(diào)度指令調(diào)節(jié)充電樁的充電功率，使企業(yè)微電網(wǎng)穩(wěn)定安全運(yùn)行。

圖9 充電樁管理

4.2 基于大數(shù)據(jù)的Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)應(yīng)用

Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺(tái)，執(zhí)行統(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PAAS平臺(tái)，平臺(tái)支持中英文切換和自定義功能設(shè)置。用戶安裝物聯(lián)網(wǎng)傳感器安裝后掃碼操作即可把設(shè)備接入Acrel-EIoT平臺(tái)，使用手機(jī)和電腦得到所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)，無需關(guān)注平臺(tái)本身，不再需要知道下行硬件的結(jié)構(gòu)和協(xié)議，不需要用戶有專業(yè)的知識(shí)即可使用，目前已經(jīng)多個(gè)國家的用戶提供基于安科瑞產(chǎn)品的能源數(shù)據(jù)服務(wù)。

自定義駕駛艙

可根據(jù)用戶的關(guān)注點(diǎn)自行繪制所需的駕駛艙頁面，包括能源預(yù)收費(fèi)、充電樁運(yùn)營(yíng)、電梯、空調(diào)、照明等各種設(shè)備的能耗統(tǒng)計(jì)、收益統(tǒng)計(jì)、運(yùn)維情況等。

圖10 能源物聯(lián)網(wǎng)駕駛艙定義

數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各配電柜的電壓、電流等電力參數(shù)，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、遙控。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各配電室溫濕度、煙感、水浸等環(huán)境參數(shù)。監(jiān)視變壓器的運(yùn)行狀態(tài)及用能參數(shù)，測(cè)算損耗，找出經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間，降低能源損耗。

圖11 數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)

能耗統(tǒng)計(jì)分析

主要是對(duì)能耗的數(shù)據(jù)、能耗分項(xiàng)以及區(qū)域能耗和能耗指標(biāo)等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。其中還包含總能耗定比,也就是指實(shí)際消耗的能量所占據(jù)總能量的百分比,并利用各種圖形的方式進(jìn)行表示，用于綜合能耗分析。

圖12 能耗統(tǒng)計(jì)分析

電氣和消防安全管理

接入電氣火災(zāi)探測(cè)器、無線測(cè)溫傳感器、智能斷路器等設(shè)備，對(duì)配電回路的剩余電流、線纜溫度等火災(zāi)危險(xiǎn)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。在消防水池、消防水箱等地方安裝消防水位表，檢測(cè)消防水位的變化；消防水管、噴淋等地方安裝消防水壓表，檢測(cè)消防管道的壓力。在家庭、賓館、公寓等存在煙霧、可燃?xì)怏w的室內(nèi)場(chǎng)所，安裝獨(dú)立式煙感或可燃?xì)怏w探測(cè)器，檢測(cè)這些場(chǎng)所是否存在煙霧和可燃?xì)怏w。

圖13 電氣消防安全管理

能源收費(fèi)管理

適用于物業(yè)租賃方對(duì)出租物業(yè)的能源收費(fèi)管理，支持水電一體化收費(fèi)管理，具備租戶開戶、銷戶、退差操作，支持分時(shí)電價(jià)和階梯電價(jià)設(shè)置和功率過載閾值設(shè)置，可對(duì)接支付應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)自助支付。

圖14 能耗收費(fèi)管理

充電樁運(yùn)營(yíng)管理

當(dāng)用戶要管理多個(gè)充電站的充電樁時(shí)可把充電樁自助接入平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)充電樁狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和掃碼、刷卡充電收費(fèi)管理。在用電高峰期如充電負(fù)荷過高超出供電變壓器承受范圍還可以自動(dòng)設(shè)置充電功率限制或新增充電限制，或投入新能源，確保能源供應(yīng)安全。

圖15 充電樁運(yùn)營(yíng)管理

照明控制管理

可遠(yuǎn)程控制照明設(shè)備的開關(guān)，并可以根據(jù)光照度、經(jīng)緯度日出日落時(shí)間和時(shí)間設(shè)置策略來自動(dòng)控制燈光，節(jié)約照明能源。

圖16 照明控制管理

碳排放分析

統(tǒng)計(jì)用戶的碳排放量并追蹤碳排放足跡，提供碳排放清單，進(jìn)行配額核算和配額考核。

圖17 碳排放分析

4.3 安科瑞綜合智慧能源管理感知設(shè)備

安科瑞針對(duì)綜合智慧能源管理系統(tǒng)除了軟件外，還具備現(xiàn)場(chǎng)傳感器、智能網(wǎng)關(guān)等設(shè)備，組成了完整的“云-邊-端”數(shù)字化體系，具體包括高低壓配電綜合保護(hù)和監(jiān)測(cè)產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置、電能質(zhì)量治理、照明控制、新能源充電樁、電氣消防類解決方案等，可以為企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化提供一站式服務(wù)能力，部分設(shè)備見表1。

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5 結(jié)語

綜合智慧能源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用為新型能源體系的能源數(shù)字化管理提供了解決方案，為系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)連接提供了技術(shù)上的支持。AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理系統(tǒng)和Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)配合安科瑞感知設(shè)備，為各行業(yè)大中小微型用戶提供個(gè)性化能源管理方案，支持用戶對(duì)能源系統(tǒng)的數(shù)字化監(jiān)測(cè)和多源自動(dòng)協(xié)同管理，幫助用戶提高能源使用安全和提高能源使用效率，為建立穩(wěn)定安全的新型能源體系貢獻(xiàn)力量。