淺談基於泛在電力物聯網的綜合能源管控平台設計及硬件選型

hth下载地址 陳聰

 摘要：城區內(nei) 一般都具有錯綜複雜的能源係統，且大部分能耗都集中於(yu) 城區的各企、事業(ye) 單位中。基於(yu) 泛在電力物聯網的綜合能源管控平台將城區內(nei) 從(cong) 能源產(chan) 生到能源消耗的整體(ti) 流動情況采用大屏清晰展示，便於(yu) 監管部門了解本地區的能源使用情況。利用泛在電力物聯網，將各用電企業(ye) 的電能數據匯總分析，不僅(jin) 可以借此分析用電企業(ye) 的能耗情況，采取對應措施節能降耗，降低運營成本，還可以根據監控數據發現設備故障問題，消除安全隱患。

   關(guan) 鍵詞：能耗；管控；泛在電力物聯網；數據分析

1、引言

   隨著社會(hui) 的不斷地飛速發展，我國經濟實現了巨大的騰飛。與(yu) 此同時，社會(hui) 生產(chan) 的能耗也是逐年上升，全球主要大宗能源價(jia) 格也是逐年上漲，資源對經濟發展的製約作用日益突出，針對企業(ye) 能耗問題的研究逐漸成為(wei) 了相關(guan) 領域研究的重點[1]。人們(men) 逐漸認識到了對於(yu) 能耗監測的重要性，若能實時監測各類建築能耗，並加以調控，進而優(you) 化管理製度和節能措施，切實有效地降低能耗，這對降低企業(ye) 成本，營造綠色節能環境會(hui) 有很大的幫助[2]。而社會(hui) 中整體(ti) 產(chan) 業(ye) 消耗能源時的具體(ti) 表現形式可歸結為(wei) 對於(yu) 電力能源的消耗，因此迫切需  要一種有效的電能監控的係統[3]。

   目前, 大部分地區在能耗管理方麵雖已采用智能電表統計分析電能使用情況。但依舊存在能耗數據分析效率低、易出錯、耗時長, 數據分析不夠深入和無法追溯,考核指標不準確等缺點,難以實現對地區各企事業(ye) 單位能耗的科學統計、有效監測和係統分析[4]。管理者無法依據數據製定合適的決(jue) 策，隨時了解到地區能耗情況。隨著能源資源的日趨緊張以及能源需求的日益增加, 能源成本在各企事業(ye) 單位生產(chan) 成本中所占比例逐步上升[5], 使得各單位不得不從(cong) 降低經營成本、提高綜合競爭(zheng) 力的角度出發,加強能源管理[6]。為(wei) 監控和分析生產(chan) 作業(ye) 過程中的能耗狀況, 實現地區各單位及總體(ti) 的能耗趨勢和能源利用水平的分析及監控,提高能源管理水平和降低能源成本。因此，有必要建立地區綜合性能源管控平台[7]。

   而泛在電力物聯網，就是圍繞電力係統各環節，充分應用移動互聯、人工智能等現代信息技術、通信技術，實現電力係統各環節萬(wan) 物互聯、人機交互，具有狀態全麵感知、信息處理、應用便捷靈活特征的智慧服務係統[8]。融合泛在電力物聯網技術打造的綜合能源管控平台係統，可以實時監控係統內(nei) 各耗能單位的相關(guan) 信息。各單位可登錄該係統查看自身能耗及其相關(guan) 費用情況，據此進行深入分析，結合單位實際情況，製定相應措施節能減排、降低生產(chan) 成本。而地區管理部門可以實時查看該監控地區下所有用電單位能耗數據，分析本地區能源使用趨勢，守護能源安全，及早進行事件預警。該係統可精準采集用電數據、較大程度上提高能耗數據分析效率、指標分明、異常數據及時追溯，有效提高能源管理水平，降低企業(ye) 成本。

2、綜合能源管控平台結構

   本文以溫州市各主要單位的電力能耗為(wei) 研究對象,對綜合能源管控係統進行了設計與(yu) 實現。首先從(cong) 源、網、荷、儲(chu) 四方麵記錄相關(guan) 企、事業(ye) 單位信息，借助於(yu) 地圖平台整體(ti) 展示該地區能源流動線路，展示全市能源使用概況，並對整體(ti) 能耗進行統計展示，便於(yu) 分析整體(ti) 能耗趨勢。之後，以該地區223家用電單位為(wei) 監控對象,以實現對該地區電力能耗科學、有效、自動化監控管理模式。

   該係統基於(yu) 計算機軟件平台和電力線通信技術, 搭建多用戶多終端能耗群控平台,對相關(guan) 用能單位區域內(nei) 的各類建築、公共設施進行節能控製和能耗監測管理,實現能耗數據的分類分項統計和分析處理,同時與(yu) 能耗監測係統數據中心接軌並上報相關(guan) 能耗分類分項數據,實現多個(ge) 企業(ye) 的能耗分支、分時、分類的計量統計與(yu) 節能管理，使其具有采集、存儲(chu) 、處理、統計、查詢和分析能耗數據的功能。該係統主要包括三層結構：數據感知層、業(ye) 務信息層、決(jue) 策管理層。

   係統運行過程如下所述：位於(yu) 數據感知層的智能電表采集用電單位在正常生產(chan) 活動中所使用電能的各項指標數據，通過通信網絡實時傳(chuan) 輸至位於(yu) 業(ye) 務信息層的數據中心存儲(chu) ；業(ye) 務信息層會(hui) 將采集的原始數據經過整合分析後製成相應的數據報表展示在決(jue) 策管理層中；決(jue) 策管理層則是直接麵向管理人員，管理人員通過決(jue) 策管理層的能耗管理係統、能耗監控係統、能耗分析係統查看現場采集的數據，並製定相應的決(jue) 策。

3、係統功能說明與(yu) 展示

3.1多能全景監測

   使用戶可以非常直觀、便捷地了解園區每個(ge) 建築物（樓層）的實時能源使用情況、設備健康狀態、主要能耗信息，支持用戶開展各類輔助服務。區域監管用戶可在係統決(jue) 策管理層登錄該係統，分別查看該監控區域內(nei) 源、網、儲(chu) 、荷情況，包括光伏能源供應、二氧化碳的減排量、市電容量、光伏容量、天然氣供應量，以展示該係統內(nei) 能量流動方向。該部分可整體(ti) 展示當年數據及預期計劃。展示能源總量包括該地區能源消費總量、當前地區用電量及用水量在用戶展示平台可觀察監測的客戶數量、配電房數量、變壓器容量、監測點數、監測類型、近30天用電情況統計、告警情況等實時運行狀態，將光標放到監測點上即可查詢被監測站點的名稱、變電容量、當前負荷、配電房數量、告警等信息。

3.2能源駕駛艙

   該部分可允許平台監管人員或監控單位人員登錄查看。按照不同用電單位，展示包含多個(ge) 指標量的用電信息視圖，包括本月電量、本月需量、本月電量結構、功率因素、一鍵體(ti) 檢。主要展示當月的累計電量、當月及上月的每日電量使用情況對比、今日與(yu) 昨日的各時段用電功率對比。其中展示電能使用數據對比圖及相關(guan) 電量使用的特點統計、各用電單位電能使用總量數據以及不同時間的電量使用情況。在統計了本月每一天的電量使用情況的同時與(yu) 上月每一天進行對比；將今日的各時段的電能功率因素與(yu) 昨日相對比；各用電單位不同回路用電占比進行比較分析。

3.3告警監測

   根據用戶設置的告警規則，對實時采集的數據進行判斷告警，展示該監控區域內(nei) 用電客戶線路中的告警事件。用戶可根據設置不同的站點、配電房、設備類型、告警級別、告警發生時間，查詢並顯示不同狀態類型（未處理或已處理）情況下配電房設備的告警結果。可為(wei) 告警結果添加備注或對告警結果進行處理。頁麵右側(ce) 顯示告警規則及數據導出功能，用戶可點擊查看內(nei) 容。

3.4實時監測

   每個(ge) 用電單位的能源係統中都安裝了智能電表，該係統將智能電表所檢測到的主要運行參數實時傳(chuan) 回係統後台，後台將該數據與(yu) 設備關(guan) 聯，為(wei) 監管部門建立包括多個(ge) 公用能源係統和設備的模型。監控參數主要包括變壓器的有功功率、無功功率、視在功率、功率因數、有功電度示值、線電壓、相電壓、電流、諧波電壓、諧波電流及需量等。用戶可通過設置不同的站點、配電房、變壓器設備、選擇時間，可查詢任意時間段內(nei) 數據變化曲線。

3.5量費特性概覽

   查看各用電單位的總用電量及電費信息，反應日、月、年用電量及電費趨勢、用電結構組成。通過設置站點名稱、計費點，查詢該站點當期用電量顯示及組成、當期電費及組成，顯示當前計費點的報裝信息維護。通過選擇時間，查詢並顯示電量電費趨勢。顯示該時間段內(nei) 用電量和電度電費。該部分還可針對電費結構進行多維度分析主要包括;度電單價(jia) 分析、基本電費分析、電度電費分析、力調電費分析，並分別繪製相應曲線圖。

3.6電能質量監測

   電能質量指標主要包括電壓偏差、功率因數、諧波電壓，通過設定合理值規則，將實時監測值與(yu) 設置值對比，記錄異常數據。係統管理員登錄後可查詢全部站點或單個(ge) 站點近一年內(nei) 存在電能質量問題的監測點數量，而當一般用電單位登錄該係統時隻可查看該用電單位的以往數據。通過設置電壓偏差、功率因數、諧波電壓或全部指標，也能查詢存在電能質量問題的配電房信息。

   透過上述參數，該監控係統展示各用電單位電能質量變化趨勢，統籌把握電能質量情況。更進一步，對於(yu) 電壓偏差數據，將記錄電壓合格率、電壓越上時間、電壓越下時間統計結果；對於(yu) 功率因數數據，將記錄實時功率因數和無功功率的監測結果；對於(yu) 諧波電壓數據，將記錄最大A相電壓總畸變率、最大B相電壓總畸變率、最大C相電壓總畸變率。

3.7係統頁麵展示

   本文所提綜合能源管控平台是基於(yu) 泛在電力物聯網技術的數據展示平台，由智能電表采集現場數據後，采用大數據技術進行分層展示。該平台Web前端展示部分采用Django框架，後端使用python3.6編程語言編寫(xie) 而成。主要功能頁麵展示如下文所示：

   多能全景監測頁麵是基於(yu) GIS的能源全景概覽，可以監控該區域內(nei) 多種能源流動及用電單位用電情況。並對該地區相關(guan) 的能耗結構及能耗總量進行展示，顯示整體(ti) 統計數據，便於(yu) 管理人員了解當地能源使用概況。

   能源駕駛艙則是針對每一個(ge) 具體(ti) 用電單位用電信息進行深入分析，除展示其用電總量外還對其用電結構進行分析，針對每月用電量及每日用電功率波動情況進行環比分析。

   告警監測頁麵則是展示監控區域內(nei) 電能質量告警事件詳細信息，智能電表監控的數據經後台算法分析出現異常後，會(hui) 及時發出告警信號，並將出現異常的地點、設備名稱及異常內(nei) 容等詳細信息。

   實時監測部分可實時查詢某一站點的智能電表從(cong) 現場發回的電能質量數據，可選擇查看有功功率、無功功率、視在功率、功率因數、線電壓、相電壓、諧波電壓等電能質量參數數據描繪的趨勢圖，更直觀的發現該用電站點的電能供應質量。

   量費特性概覽則是展示某一用電單位的所用電量及因此產(chan) 生的電費數據。此頁麵可觀察到任意監控站點的電量電費數據

4、hth下载地址Acrel-EIOT能源物聯網平台概述

           Acrel-EIoT能源物聯網開放平台是一套基於(yu) 物聯網數據中台，建立統一的上下行數據標準，為(wei) 互聯網用戶提供能源物聯網數據服務的平台。 用戶僅(jin) 需購買(mai) hth下载地址物聯網傳(chuan) 感器，選配網關(guan) ，自行安裝後掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業(ye) 數據服務。

   該平台提供數據駕駛艙、電氣安全監測、電能質量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，並支持多平台、多語言、多終端數據訪問。

5、應用場所

   本平台適用於(yu) 公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管係統集成商、小型物業(ye) 、智慧城市、變配電站、建築樓宇、通信基站、工業(ye) 能耗、智能燈塔、電力運維等領域。

6、組網結構

7、平台功能

7.1   可定製駕駛艙

   可定製化的駕駛艙：可根據客戶的行業(ye) 特性，行業(ye) 需求，經過培訓的工程或調試人員自行繪製客戶所需的駕駛艙頁麵。

   例如下圖所示的智慧物業(ye) 駕駛艙，內(nei) 容有：預付費、充電樁、電梯、空調、照明等設備管理、能耗統計、收益統計、運維情況等。其中地圖可以選配成BIM建築模型，任何傳(chuan) 感器報警時可以在BIM模型中預警顯示。

7.2   電力集抄

   電力集抄模塊可以實現對各種監測數據的查詢、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環境友好。在智能化方麵實現供配電監控係統的遙測'、遙信、遙控控製，對係統進行綜合檢測和統一管理；在數據資源管理方麵，可以顯示或查詢供配電室內(nei) 各設 備運行（包括曆史和實時參數，並根據實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節約人力資源。

變壓器監控

配電圖

7.3   能耗分析

   能耗分析模塊采用自動化、信息化技術，實現從(cong) 能源數據采集、過程監控、能源介質消耗分析、能耗管理等全過程的自動 化、科學化管理，使能源管理、能源生產(chan) 以及使用的全過程有機結合起來，運用數據處理與(yu) 分析技術，進行離線生產(chan) 分析 與(yu) 管理，實現全廠能源係統的統一調度，優(you) 化能源介質平衡、有效利用能源，提高能源質量、降低能源消耗，達到節能降耗和提 升整體(ti) 能源管理水平的目的。

 能耗概況

7.4預付費管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶及權限分配，查看係統日誌等功能；

2）係統配置：對建築、通訊管理機、儀(yi) 表及默認參數進行配置；

3）用戶管理：對商鋪用戶執行開戶、銷戶、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作；

4）售電管理：對已開戶的表進行遠程售電、退電、衝(chong) 正及記錄查詢等操作；

5）售水管理：對已開戶的表進行遠程售水、退水、記錄查詢等操作；

6）報表中心：提供售電、售水財務報表、用能報表、報警報表等查詢，本係統所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導出。

 預付費看板

7.5 充電樁管理

   通過物聯網技術，對接入係統的充電樁站點和各個(ge) 充電樁進行不間斷地數據采集和監控，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一係列故障進行預警。雲(yun) 平台包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務管理、變壓器監控、運營分析、基礎數據管理等功能。

 充電樁看板

7.6   智能照明

   智能照明通過物聯網技術對安裝在城市各區域的室內(nei) 照明、城市路燈等照明回路的用電狀態進行不間斷地數據監測，也可以實現定時開關(guan) 策略配置及後台遠程管理和移動管理等，降低路燈設施的維護難度和成本，提升管理水平，並達到一定節能減掛的效果。

 照明實時監控

7.7 安全用電

   安全用電采用自主研發的剩餘(yu) 電流互感器、溫度傳(chuan) 感器、電氣火災探測器，對引發電氣火災的主要因素（導線溫度、電流和剩餘(yu) 電流）進行不間斷的數據跟蹤與(yu) 統計分析，並將發現的各種隱患信息及時推送給企業(ye) 管理人員，指導企業(ye) 實現快速時間的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實現“防患於(yu) 未然"的目的。

7.8 智慧消防

   通過雲(yun) 平台進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。補了原先針對“九小場所"和危化品生產(chan) 企業(ye) 無法有效監控的空白，適應於(yu) 所有公建和民建，實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化"、“智能化"、“係統化"、用電管理“精細化"的實際需求。

 智慧消防看板

8、係統硬件配置

結語：

   經實踐運行,本文所提出的綜合能源管控平台係統將能耗監管成功應用在地區用電平台上，利用網頁端搭建的數據後台展示平台，實現對各用電單位內(nei) 的總能耗、總電量、分戶、分類、分項等能耗數據進行統計分析和對建所有電能指數進行橫向、縱向對比分析,以及提供報表生成打印功能。繼而在采集大量實時數據的基礎之上開展更深層次的耗能分析工作，探究更深層次的能源消費規律。該係統實現了集監測、控製、管理為(wei) 一體(ti) 的目標，使得地區監管單位更加有效的調節能源供需平衡，各用電單位更可直觀了解本單位能耗趨勢及其存在的問題，以便進一步采取節能措施降低企業(ye) 運營成本。尤其針對本地區大型大型工廠、企業(ye) 等用電單位來說，此類用電客戶節能潛力大，是國家節能減排政策的重點關(guan) 注對象。該管控平台為(wei) 政府及相關(guan) 部門提供了更為(wei) 科學的數據依據，對宏觀的政策、法律法規的製訂具有一定的參考價(jia) 值。

參考文獻：

[1]聞欣,洪海明,張拓,杭琳.大型公共建築能耗監控係統信息化管理技術研究[J].設備管理與(yu) 維修,2019(21):26-29.

[2]王紹荃，基於(yu) 泛在電力物聯網的綜合能源管控平台.

[3] hth下载地址企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) .2022.05版