智慧园区配用电技术的规划设计研究

郝孟杨 孟宾 常娟娟

伴随能源需求的日益增长与城市化进程的加速，智慧园区配用电技术已经成为可持续发展与智慧城市建设的重要组成部分，研究其规划与设计具有重要现实意义。相较于传统的配电系统，基于智慧园区配用电技术的配电系统更能适应和满足智慧园区对灵活调控与高效利用能源的需求，如此一来，不仅能够较好地满足智慧园区智能化管理与调度能源的需求，提高智慧园区的可持续发展水平与能源利用效率，还显著提高配电系统的灵活性、安全性与稳定性，从而提升智慧园区的吸引力与核心竞争力，推动与促进智慧园区建设的顺利进行。

一、园区配用电系统现状

（一）传统园区配用电系统的特点

传统园区配用电系统是指使用过去的设计思路与技术手段构建的配用电系统，其主要特点如下：（1）配电设备集中布置。传统园区配用电系统中的配电房、变电站等设备常常集中布置在园区的某一区域，导致其因供电半径较长而出现较大的输电损耗。（2）单一供电方式。传统园区配用电系统多采用交流供电等单一供电方式，这种供电方式不能较好满足对多种能源的需求。（3）能源利用效率低。传统园区配电系统在使用能源方面存在较大的浪费，如电能转化过程中存在较大能量损耗，能源的管理与调度缺乏一定的灵活性。

（二）传统园区配用电系统中存在的问题与不足

传统园区配用电系统中存在诸多的问题与不足，如能源浪费、能源调度不灵活及存在一定的安全隐患等。在能源使用方面，传统园区配电系统在能源的使用、转换及传输方面存在较大的能量损失，这造成能源浪费与环境负担；在能源调度方面，由于以往园区配电系统的能源管理与调度方式较为简单，缺乏自动化与智能化的手段，因此不能很好地满足多种能源需求的灵活管理与调控；在安全隐患方面，传统园区配电系统存在诸多安全隐患，如线路过载、设备老化等问题，这极易造成安全风险与供电事故等[1]。

二、某智慧园区配用电系统需求分析

（一）需求分析

某智慧园区作为一个高效能源利用、智能化的示范项目，对配用电系统有着较高的要求与特殊的需求。该智慧园区作为一个综合性多功能园区，具有以下整体需求：（1）高效能源利用。智慧园区要实现能源的高效利用，可以通过合理规划和设计配用电，以达到节约与最大化利用能源的目的，同时使用先进的能源管理策略与技术，如能量存储等，以此提高能源利用效率。（2）灵活调控。智慧园区需要结合实际需求与时间来灵活地调度资源，以更好地满足智慧园区内不同用户与设备在不同时间段的能源需求，通过使用智能化的能源管理系统来实时监测和动态调配能源，从而更好地适应园区内能源变化的需求。（3）可持续发展。智慧园区需要通过使用优化与改进的配用电系统来有效降低环境负担与能源消耗等，以实现绿色生态与可持续发展，与此同时配合使用高效设备与清洁能源来大幅减少能源排放与使用，从而有效减少对环境的影响。

（二）特殊需求

除了上述需求以外，某智慧园区还存在以下一些特殊要求：在多能源供应方面，智慧园区需要做到多种能源的供应，如风能、太阳能等，以有效增加能源供应的可靠性与多样性，可以通过建设和使用多能源供应系统来灵活选择与优化能源来源，从而满足智慧园区内对不同能源变化的需求；在智能化管理方面，智慧园区需要能够智能化管理与监控配用电系统，包括但不限于设备状态的远程管理、能源消耗的实时监测等，通过综合使用人工智能、大数据分析及物联网等先进技术手段来智能监控、优化并诊断配用电系统，以此提高系统可靠性与运行效率；在高安全性与可靠性方面，智慧园区的配用电系统在安全性与可靠性方面有着较高的要求，需要采用有效措施来保证设备的可靠运行与供电的稳定性，如实时监控系统、备份供电方案及合理配置设备等，以提高配用电系统的抗干扰能力与可靠性，从而有效减少供电事故或中断的发生[2]。实际规划和设计时，需要综合考虑上述整体需求与特殊需求，以设计出灵活、高效及可持续发展的智慧园区配用电系统。

三、某智慧园区配用电系统总体架构

（一）规划设计原则

某智慧园区配用电系统的规划与设计需要遵循以下几点原则：第一，全面感知原则。全面感知包括全过程感知、资产全寿命感知以及客户全方位感知等，其中全过程感知是指在信息收集与汇聚处理的基础上全面感知智慧园区配用电系统各环节的信息，包括但不限于用户需求、能源消耗情况及供电设备运行状态等，通过使用监测设备和传感器等来全面全方位感知配用电系统。资产全寿命感知通过使用智能传感器与监测设备来实时监测设备健康状况以及系统的运行状态等，以此延长设备使用寿命，并及时发现与处理潜在问题。客户全方位感知是指通过与用户进行交互与沟通，及时了解用户的反馈信息与能源需求，从而为用户提供个性化的能源服务与能源利用优化。第二，数据互联互通原则。需要使用物联网标准化通信协议以及通信网络，以实现配电系统中各传感器、应用系统以及设备之间的数据互联互通，并通过使用统一的网络架构与通信协议来保障数据的有效交互与传递，以支撑系统的优化运行与智能化管理。第三，数据通信可靠安全原则。其一，需要采用多种通讯方式，如无线专网、载波、数据总线以及互联网等，以保证配电系统应用层与感知层之间信息传输的高速性、安全性及可靠性；其二，需要采用身份验证机制与数据加密算法等有效措施来确保配用电系统中的数据安全，有效防范并避免未授权访问与敏感数据泄漏等情况。第四，云平台与智能化数据处理原则。其一，构建配用电的能源大数据平台，用来收集、存储和运算配电系统的海量数据，同时结合云计算技术与分布式数据库来高效运算和存储数据；其二，综合利用数据挖掘技术及智能算法等来深入挖掘与分析配用电系统的数据，提取出数据中的高价值信息，为系统的优化运行与智能化决策提供有力数据支撑[3]。第五，智能配电系统企业IT融合原则。智能配电系统作为企业IT架构的延伸，需要与企业现有先进技术进行有效整合与衔接，从而实现配电系统与其他系统之间的数据共享与交换，与此同时智能配电系统还需要补充与完善企业IT架构的服务与功能，提供实时的报表分析、能源数据及能源管理等功能，以更好地支持企业的能源优化、管理及决策。

某智慧园区整体架构包括数据采集、能耗管理分析、设备运行以及可视化展示等组成部分，旨在实现智慧园区用户管理、综合管理、权限以及安全管理等。其中，数据实时采集负责收集各数据源数据，如手工录入的数据、园区自动采集的数据以及其他管理系统中的数据等；能耗管理分析基于多维度能耗分析模型，实现能耗多维度对比，而后利用GIS可视化呈现给相关用户；设备运行包括能源预测管理与重点设备运行管理等，负责实时监控与预测重点设备与系统的运行情况；系统可视化展示主要为三类用户提供可视化数据服务，分别是集团管理者、园区管理者及运维人员[4]。某智慧园区具体的架构图如图1所示。

图1 智慧园区架构图

（二）总体架构设计

基于上述需求分析与规划设计原则，对某智慧园区配用电监控系统进行总体架构设计，其主要包括综合管理平台、园区内网、电力监控及设备管理系统、安防管控管理系统、综合管理系统、能源管理系统以及智慧室安全用电隐患监管服务平台等。其中，综合管理平台作为数据中心，负责收集、存储与分析数据；园区内网各设备之间使用生产交换机相连，其与数据中心通过核心交换机相连，其负责连接园区内相关用电设备；电力监控及设备管理系统主要作用是辅助相关运维人员及时识别系统中的潜在问题与危险并处理，以维护智慧园区配用电系统及相关设备的安全运行；安防管控管理系统位于保安室，旨在监控与管理智慧园区的安全情况，通常配合门禁系统、入侵检测及摄像头等设备来实时监测园区的安全状况，以及时发现与应对突发情况与安全事件；综合管理系统位于集团总裁室，旨在给集团总裁与高层管理人员提供全面的园区运行情况与业务数据，以提供合理的管理调整与科学的决策支持；能源管理系统位于园区经理室，用来实时监测与管理能源情况；智慧室安全用电隐患监管服务平台为智慧园区提供隐患监管等服务，以保障用户的安全用电需求[5]。某园区配用电监控系统架构如图2所示。

图2 园区配用电监控系统架构

四、案例分析

某智慧园区采用上述系统架构，其中，综合管理平台包括APP端执行软件与Web端管理平台，融合设备资产管理、能源管理、安防监控、运维管理、电力监控以及事件报警处理等子系统，通过一站式管理、智能分析与可视化呈现，显著提升了该智慧园区的用电安全与运营效率。该系统在异常负荷监控与能效优化等方面发挥着重要作用，如某条线路在夜间发生异常负荷情况，平时该线路是稳定低负荷的，通过系统实时监控及时发现设备存在频繁高负荷启动，针对这一问题，相关维护人员排查具体原因，并采取针对性措施，有效降低因异常负荷而造成的能耗损失。又如通过实时监控空压机有功功率，发现某空压机在一天夜间频繁启动，负荷多集中在50kW，最高可达80kW，针对这一问题，采取避峰填谷的方式，显著提高空压机的能效，与此同时，对注塑机等能耗大户同样采用避峰填谷的运行模式，实现更高效经济的运行模式[6]。通过规划与改造智慧园区配电技术，相较之前该智慧园区的用电故障率减少25%，年用电成本降低20%，故障解决到位率高达95%。这充分表明本文提出的方案在智慧园区优化能耗以及监控异常负荷等方面具有重要作用。

结束语

综上所述，通过分析传统配电系统的特点与存在的不足，确定智慧园区配用电系统的需求，在此基础上为某智慧园区规划并设计一套配用电系统总体架构，并验证该设计方案的有效性与可行性。该研究在降低能源消耗、提高能源利用效率及智能化管理与控制能源等方面具有积极意义，有助于提升智慧园区的吸引力与竞争力，并推动和促进智慧园区的可持续发展。未来，研究将不断探索与实践，以创新出更先进的配用电技术与更有效的解决方案，以促进智慧园区配用电技术的创新与发展，为构建智慧、可持续的城市环境作出贡献。