高校电力能源管理系统的建设与研究

(中国人民大学 校园建设管理处，北京 100872)

0 引言

随着社会科技的不断进步，高校的能源建筑监测系统变的非常的普及。为了贯彻科学的发展、加快智能建筑的节约减排，促进可持续发展性，国家的教育部与住建部发布了《高等学校节约型校园建设管理与技术导则》等相关的技术规范。通过高校的能源管理系统来实现节约型的大学校园建设。国家对绿色的校园节能的校园也是非常的重视通过《绿色校园评价标准》，对于绿色校园的设计、建设和运营提出了一系列评价标准[1]。

通过近些年的不懈努力，教育部、住建部的建筑节能建筑改造获得了大力的推进与发展。已经在稳步的形成了一整套的管理体系，通过智能改造，智能分析，智能建设与科学的规划实现了校园能源的高效利用，实现了节能减排，科学发展的目的。截止到目前来说，在全国的范围内已经立项并且实施了高校的能源管理系统的大学校园初步统计大约有三百所高校。通过验收能源监控管理系统，可以实现电力设备的智能监控，实现电力的合理安排与调度，通过分析电力参数实现能源的高效利用。

1 系统设计目标与原则

高校电力能源管理系统作为学校实施能源管理的重要内容，旨在提升高校用电效率，并进一步改善用电方法，提供供电参数检测、减少电气故障发生率[2]。高校电力能源管理系统作为新理念，其实质在于以监测为主要依据，系统分析为基础顺利实现电力系统分析与监测，提升高校用电质量。高校设计电力能源管理系统目标如下：(1)提升供电管理效率，有助于高校科学、合理地用电；(2)自动统计各学院电力能源消耗，为高校绩效考核提供依据；(3)提升高校供电系统的稳定性和电力服务质量，进一步降低系统故障发生率；(4)提高学校的电力运行管理水平[3-4]。

1.2 系统监测点分析

为确保高校电能输送的安全性、经济性，供电系统需要满足一定电能质量要求。依据高校实际情况及国家电能质量标准，系统对供电系统部分参数实施监测，包含以下方面：(1)对于低压配电系统运行状态展开监测，能够合理展现各模拟量情况，例如：系统有功、无功电度；系统频率、变压器温度等；(2)对于中压配电系统的电流、电压、功率等指标进行监测；(3)对低压配电系统的各状态量实施直观、有效监测，例如：开关信号等[5]。

1.3 系统主要设备

因多数高校已具有成熟、可靠、稳定的局域网，通过综合分析及实践研究，系统网络建设可依托学校已有局域网的方法实现。系统所用设备清单如表1所示。

表1 系统主要设备

2 智慧能源管理技术路线

2.1 智能电力仪表

为了解决分散与落后的一系列问题可以采用小型化的智能仪表来实现电力的参数测量。小型化智能电表突破了传统电表的安装方式和设计理念，采用全新的小型模块化设计、具有高精度测量，安装方式简易、性能可靠稳定、工作电压范围宽、防窃电、自身功耗低等优点[6]。可直接安装在动力箱、配电箱或墙壁保护箱中,便于配电系统加装低压电表的改造。智能仪表应用的接线方式，如图1所示。

图1 智能电表接线方式

采用三相四线接线方式接入系统之中，可以检测到A、B、C三相电压与三相电流，并且测量三相功率、有功与无功功率电能等电量参数。全部性能指标符合GB/T 17883《0.2S级和0.5S级静止式交流有功电度表》的要求。

智能电表将采集的电力数据通过标准的通讯接口将数据上传到数据整合管理器，将数据整合传输到能源管理系统中心，实现系统的数据采集，设备的状态监测。

2.2 能耗分析系统

校园运行数据监控管理平台可以实时对关键指标数据实时监测、用电安全随时监控、用能调配计划预警提示，将校园的用电信息数据通过无线网络化方式上传能耗监测管理中心，科学制定用能计划，实现能源分配最优化[7-8]。充分展现各区域分类能源数据，核算能源消费总量，满足学校与相关部门对地区能源统计、能源总量对比，辅助学校能源部门实现以控制能源消费总量作为节能减排指标提供有效的决策依据。同时,学校可以通过校园运行数据监控管理平台对整个学校在教学过程中所有用电、等各种能耗数据，对学校用电设备和电网产生的谐波数据进行在线实施监测，并对过程中出现能耗异常的数据进行报警提示，还可以对过程中的能耗信息以图表或者数据表格方式提供数据分析和比较功能[9]。而通过周与周、月与月之间的纵向比较，可根据不同时段进行分别计量方式，找出能源消耗过程中存在的浪费和隐患[10]。通过向设计各种统计报表建立校园能耗设备评估系统，来优化校园的能源消耗，来提高学校能耗使用效率，实现节能减排绿色校园。

用电及能效管理信息系统在线监测整个校园能耗动态信息，并将这些能耗数据与相对应的设备相结合，现场管理人员可了解和掌握重点设备的实时能耗状况、单位能耗数据、能耗变化趋势和实时运行参数等信息[11]。监控界面显示用电数据，如图2所示。

图2 设备监测界面

校园系统具有强大的历史能耗数据追溯和分析功能，在不同时段下生成各种能耗数据报表和曲线：如用电量、设备单耗、用多种方法对主要能耗设备的实时和历史能耗数据进行查询和追溯，并可对多种参量的变化趋势进行叠加、对比、分析，从而发现能源消耗结构和过程中存在的深层次问题，对校园能源消耗结构和方式的改进、优化提出方案和建议[12]。使校园的单位能耗和能源效率保持在科学、合理水平上。系统界面如图3所示，展示了能耗管理分析模型，展示了系统的能源使用情况。

从分类能源角度，如电量、水耗量、集中供热耗热量、集中供冷耗冷量、集中热水供应量等能源进行分析。

校园管理层领导可通过浏览系统提供的综合能效统计报表，了解校园整体能耗和能效情况。包括校园宏观的能耗数据和相关信息，反映校园能效信息等。报表显示能耗的报表。如图4所示。

图3 能耗分析界面

图4 能耗报表界面

2.3 整体系统

项目实施需要采用用电监控仪表、数据采集器、DTU数据传输终端和校园能耗动态监测管理系统平台。系统整体图如图5所示。展示了系统的整体方案设计与建设研究。

图5 整体方案设计图

用电监控仪表：方案安装采用在企业进线断路器开关下端(电业局计量收费电表下端)增设校园用电监控仪表，同时建议从新安装标准进线CT以及标准进线PT，用于电流/电压测量功能(如公用电业局测量CT/PT，需经过电业局同意)。

数据采集器：用于通过具有的RS-485通讯功能采集用电监控仪表所有用电信息，上传到校园能耗数据管理中心，数据采集器通过以太网通讯方式将数据上传共享到企业能耗监测管理系统平台，用于校园内用电情况的掌控。

DTU数据传输终端：采用GPRS无线通讯将数据采集器中的电量信息分别上传到校园能耗数据管理中心，用于领导部门实时掌握校园电力能耗运行情况的了解。

3 总结

本文主要介绍了高校能源管理系统的建设与研究，通过采集用电设备信息，通过能源管理系统来整合分析数据。通过分析高校能源管理系统的弊端，有针对性的加以改善解决问题，采用大数据分析管理的方式方法来实现节能减排，能源的高效利用。在保证高效教学的正常运行前提下，实现能源的充分利用与可持续性的发展。