供水公司综合能源智慧监控平台建设方案

王 璐 王晓林 高学健

（1.济南水务集团有限公司东区供水分公司 2.积成能源有限公司 3.积成电子股份有限公司）

0 引言

2020年10月29 日，中国共产党第十九届中央委员会第五次全体会议通过了《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》，指出要推进能源革命，完善能源产供储销体系，建设智慧能源系统，推动能源清洁低碳安全高效利用。

综合能源智慧监控平台的建设可实现降低能耗、提升能效、在全寿命周期内节约资源、保护环境和减少污染，以先进互联网技术提供便捷用能服务，综合提升供水公司能源保障水平。

1 综合能源智慧监控平台

1.1 平台总体架构

智慧管理平台自下而上分成物理层、设备层、感知层、中台层和应用层，平台的总体功能架构如下图所示。

图1 平台总体功能架构

1.2 平台功能

（1）数据采集和监测系统对厂区内重点能耗设施、重点供电设备以及各监测点用能数据统一采集和统一管理。详实的能耗数据监测，全面、直观地展示能源使用信息。

（2）统计分析与报表功能。对系统采集的基本数据进行统计分析。针对大功率，规模性耗电设备，如电机、超滤膜清洗等，进行横向同类设备能效对比，纵向历史能耗比对分析。

（3）异常告警与运维管理。当系统出现故障或现场的设备出现故障及监控的参数越限时，产生报警信号，依托移动终端实现智能派单、服务流程化管理。

（4）接口管理功能。可以基于相关数据、控制接口，实现与其他信息化系统的功能联动。

（5）多场景设置功能。按照厂站设置的场景参数，定时定点的联动设备切换相应场景。

2 配电房智能监控子系统

2.1 配电房存在的问题

图2 智能配电房

配电室存在总数多、遍布范围广等情况，站点巡视耗人耗力，缺少提高效率的信息化工具，且环境情况缺少监控，存在浸水、有害气体超标、高温高湿等风险，有可能引起设备损坏，运行出现故障等问题。对人员进出管控难、追溯难，现场作业安全性、合规性难以保障。

2.2 配电房改造方案

更换或增加监控仪表，安装环境传感器、视频监控、门禁等相关设备，建设配电房智能监控系统，为配电房提供通信平台，实现配电设备的全面感知和控制。智能传感 器和仪表可实现配电柜监测和环境监控，替代人工实现远程例行巡查，在事故和特殊情况下可以实现特巡和定制性巡检任务，实现远程在线监控。运维人员可远程查看信息，也可远程控制风机、空调等操作，在减少人工的同时，提升了运维的内容和频率，改变传统运维方式，从而使得管理更规范、运行更安全、信息交流更快捷实时。最终可实现配电房的少人或无人值守，使用户的维护模式从“被动抢修模式”变为“主动预防模式”。

2.3 系统功能设计

（1）电力设备监控。电能质量监测仪安装于配电总回路，实时监测并记录电路电能质量情况，有异常时自动产生告警；开关柜局放监测仪安装于主开关柜内，实时监测开关柜在运行过程中的局部放电情况，可以及时对其绝缘异常状态和放电性故障做出预警，为其正常运行提供必要的指导数据；线缆温度探测器安装于主回路母排或触点处，实时监测母排或触点温度情况，保证线受高温影响时能及时发现并维护；主变超温变送器安装于变压器旁，实时监测变压器温度情况，若有异常或高温情况自动产生告警。

（2）环境监控对温度、湿度、风力、水浸、SF6/02浓度、臭氧浓度、噪声、烟雾等环境信息进行实时采集、处理和上传；并根据实际情况，自动控制设备的启、停及切换运行；与视频监控子系统实现联动；

（3）安防监控远程及室内就地控制门锁的开、关；非法闯入、非法卡刷卡报警时，与视频监控子系统实现“视频联动”并启动录像；远方和室内人员可实时双向语音对讲。

3 智慧照明控制子系统

3.1 照明情况

现照明管理方式大多是采用人工管理的方式，在光照度满足需求的情况下，厂区的照明也被打开，因而照明的浪费较为严重。

3.2 照明改造方案

将厂区日光灯和荧光灯，更换为LED节能灯，同时配置光照度传感器、红外传感器、移动探测器，测量光照度、统计室内人数，根据设定的控制策略，对室内的照明进行控制。照明控制终端通过通信接口，实现远程控制与管理，对厂区区域照明进行精细化用能管理和控制。

3.3 系统功能设计

（1）集中控制和远程控制在智慧照明控制系统中实现所有灯具的集中控制，在任何一个地方均可远程控制各区域的灯。

（2）人员监控。灯上集成存在传感器，区域内如有人员活动，可以实时向后台发送信息并在后台自动绘制人员热力分布图，利用人员热力分布情况，控制灯开的数量。

4 空调节能控制子系统

4.1 空调现状

大多数厂区的分体空调和柜式空调均没有统一的管理和控制，各房间以及配电室内的空调都由人工控制关闭，缺乏强制管控措施，如有人员节能意识不强则很容易造成能源浪费。办公楼内空调温度设定值普遍存在偏低的情况，从而导致耗电量过高。

4.2 空调节能改造方案

把办公室以及供水设备间的分体空调的插座全部换成智能插座，该插座采用先进的无线物联网通讯技术，电力感应和环境感知技术，高度集成超低功耗设计，具有计量及控制双重功能，不仅可对各种电力参数进行实时测量，还可以实时测量房间温度，同时具有红外命令学习、红外命令发送功能。

4.3 系统功能设计

（1）空调能耗实时计量。实时监测空调进线，获得各房间空调用电实时能耗数据，以及楼层或厂区设备运行空调用电能耗数据。

（2）运行状态监测。用电回路电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率等各种电力参数实时在线监测与分析；空调开关状态、温度等数据采集及实时监测；空调能效比监测、安全用电报警和事件管理。

5 用电信息管理子系统

5.1 用电信息采集现状

目前各水厂用电量通过人工抄数（每小时一次）以及每月供电局提供的缴费单获得，未对电能实现精细化管理。千吨电耗通过人工计算，不能对电耗进行实时观测，对异常能耗不能及时采取措施。随着社会对供水量和供水水质需求的增长，降低水厂能耗势在必行［1］。

5.2 系统建设方案

在各厂区内低压电源进线不同分支回路出线处，装设智能监控终端，采集用能及能效数据，通过4G无线网络传输至综合能源智慧管控平台系统，进行能效、能耗分析。

5.3 系统功能设计

（1）自动采集。用能信息管理系统能够实现与现场采集终端和仪表之间的数据通信和交互，对现场表计信息进行自动化采集，实现现场数据信息的电子化管理。对各类数据进行定制密度的采集，实现各类数据曲线，并进行图形化展示，以便于直观地查看各类数据。

（2）用能数据分析。按照不同水厂、不同能源类型等查询各个能源计量点的实时数据、历史日数据、历史抄表日数据、事件数据、用户信息、系统信息等。进行时段分析、负荷分析、同比分析、峰谷分析。

（3）异常监测管理。通过对采集设备、计量设备的异常事件信息进行统计分析。按异常类型统计各区域的异常事件信息，按区域、异常类型、日期等条件进行查询。异常检测数据项可在系统当中设置阈值，并支持实时告警，避免因供电问题影响正常生产。主要包含突变分析、变压器负载监测、三相不平衡告警及自动调节、供电质量查询统计、损耗分析等。

6 实验室智能监控子系统

6.1 实验室现状

水厂水质检测中心因实验人员数量多，工作环境特殊，检测过程中使用的药品以及仪器、电气设备等一旦出现问题，会造成相应程度的不良影响，设计实验室智能监控子系统可有效的防患于未然。

6.2 系统功能设计

（1）气体监控。实验室智能监控系统可以对实验室的常规气体、有毒气体、有机挥发性气体、可燃气体、放射性气体做出监控。当其浓度超出预警标准值时，系统会根据用户设置的策略自动报警和预警。

（2）环境监控。水质化验实验室智能监控系统可以对实验室温湿度、空气洁净度、水浸情况实施监控和显示，当实验室内相关参数超出预警值时，启动本地报警和手机短信报警。同时与风机和空调联动，自动控制风机和空调系统的启、停及切换运行。实时监测实验室的烟雾情况，当检测到烟雾时，启动本地和手机短信报警，并与消防系统联动。

（3）电力监控。对实验室的工位或仪器设备进行智能远程电控管理，结合门禁视频，实验人员预约对应的实验工位或仪器，通过身份认证（或到实验时间），电源自动开启，实验完后，电源自动关闭。

（4）安防监控。对实验室内进行监控。对人员出入刷卡授权并详细记录，如：姓名、进、出时间等。实时监控人员活动状况。

7 储能管控子系统

7.1 分布式能源现状

随着充电桩、光伏、分布式储能的试点建设，部分区域已具备了微电网的建设基础，但目前缺少管理抓手和系统性的源网荷储协同机制，建设储能管控子系统作为解决上述问题的关键措施被提出。

7.2 系统功能设计

（1）系统以微电网内各设备作为监控对象，如储能系统的电池簇、BMS、箱变等。系统通过对相关设备运行数据和告警信息的采集处理，完成监测和控制，实时数据、运算产生的中间数据、分析计算结果等信息同步更新至实时数据库和历史数据库，为高级应用提供全数据支持。

（2）微电网并离网控制：系统可提供并网控制、离网控制、转换控制、负荷控制、储能控制策略，确保微电网在并、离大电网运行时的安全、稳定。对于离网控制，需要针对负荷属性进行分类和重要性分级，有策略地保证不同属性负荷的供电。

（3）目标控制管理：储能系统根据用户峰谷时段，制定充放电策略，遵从“高负载慢充，低负载快充”的原则。在低谷时段，控制PCS向蓄电池充电，在高峰时段PCS控制蓄电池向电网放电。系统可以配置灵活的本地运行计划，利用监控系统遥调功能，将提前设置的运行计划下发到受控系统中，实现运行计划的灵活自定义。系统具备有功协调控制、电压/无功协调控制、紧急控制放电模式、SOC自动维护、异常监测触发调节、闭锁调节、远方就地切换等多项控制功能和运行模式。

8 大屏综合展示

综合展示与宣传对水厂内设备运行状态的全景监视、动态感知、优化调度等的综合智能展示。

（1）以客观实际的宏观数据指标展现整体概况，包括各水厂区内概况、功能分区、文化宣传、成果展示、能源概况等，采用3D建模及渲染技术展示全景画面、沙盘画面等。

（2）重点设备实时运行状态。实时展现监控系统的实时运行数据，包括实时能耗、实时能效、实时用电量，配电房运行设备、空调、照明灯具等的实时运行情况。

图3 综合展示

9 结束语

本方案基于电力物联网技术，以提升供水公司能效管理水平、降低供水生产用电成本为目标，实现由局部节能改造向系统级、平台级综合能效提升方式转变。可实现能源高效转化利用，满足供水公司各厂区用电、空调、照明等用能需求，实现综合能源智慧管控。以先进互联网技术，优化供能策略，提升运维水平，提供便捷用能服务。通过全景数据展示，在厂区内进行节能教育和宣传，增强全体员工的节能意识。