基于物聯(lián)網(wǎng)表計的綜合能源管理方案

為加快推進(jìn)國家“雙碳"戰略和新型能源體系建設，努力實(shí)現負荷精準控制和用戶(hù)精細化管理，按照“政府主導、電網(wǎng)組織、政企協(xié)同、用戶(hù)實(shí)施"的指導原則，多地成立市/縣級電力負荷管理中心，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，標志著(zhù)各地在能源領(lǐng)域數字化改革邁出了實(shí)質(zhì)性的關(guān)鍵一步，對加快推進(jìn)新型能源體系建設、實(shí)施能源大數據戰略、發(fā)展數字經(jīng)濟、建設智慧城市具有重要意義。比如寧波市能源大數據管理中心已接入寧波1萬(wàn)余戶(hù)規上企業(yè)及3079家重點(diǎn)用能企業(yè)用能數據、698個(gè)公共建筑單位空調負荷數據，上線(xiàn)了公共建筑空調負荷管理、產(chǎn)業(yè)園能源管理、綠色工廠(chǎng)能源監測等20余項能源大數據產(chǎn)品。

以上市級電力負荷管理中心建設安科瑞也部分參與，本文結合城市新型智慧能源體系對能源數字化系統的要求和安科瑞能源數字化技術(shù)，為能源互聯(lián)、交互以及協(xié)調優(yōu)化，持續推進(jìn)新型能源體系建設提供初步解決方案。

1. 綜合智慧能源系統概述

傳統的能源管理系統模式圍繞單一主體進(jìn)行電力等能源的監測已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足新型能源體系需求，而科學(xué)、系統性的綜合智慧能源管理采用大數據信息集成模式,既實(shí)現了對新能源消納的優(yōu)化和能源利用效率的改善,還實(shí)現了單一設備節能向智能化、系統化等方向轉變。綜合智慧能源管理系統實(shí)現了對能源系統各個(gè)單元的數據進(jìn)行采集和監測、預測與管理,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，各地建設電力負荷中心的目的也是如此。綜合智慧能源系統根據動(dòng)態(tài)能源價(jià)格機制，以電網(wǎng)、分布式發(fā)電、儲能系統、可調負荷、電動(dòng)汽車(chē)充電樁為物理基礎,根據不同階段的電力需求進(jìn)行自動(dòng)調節,保障電力系統的穩定運行?？傮w上來(lái)說(shuō),綜合智慧能源管理系統已經(jīng)成為新型能源體系建設的重要環(huán)節。

2. 綜合智慧能源管理系統總體架構

綜合智慧能源管理系統的參與方很多，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，系統必須要有很好的兼容性和易用性。首先,系統的設計需要支持多種工業(yè)接口的應用,如第三方系統接口、智能感知設備接口以及用能設備等。其次,系統需要支持方便的數據獲取和互動(dòng)，包括移動(dòng)端APP、小程序、WEB端等。此外,系統需要接入的智能設備分布廣，數量大，可以根據實(shí)際需求和網(wǎng)絡(luò )情況,實(shí)現有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)混合組網(wǎng)模式，能夠實(shí)現對各種能源的數據進(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架構

3. 綜合智慧能源管理系統軟件架構

軟件架構主要包括感知層、數據層、應用層、展現層，如圖2所示。感知層是由現場(chǎng)保護、測量、控制設備和其它子系統組成，通過(guò)有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)方式傳輸至數據中臺；中臺負責數據采集、數據處理、存儲和交互，并分發(fā)給各類(lèi)應用層；應用層根據用戶(hù)需要，從能源供應、能源管理、負荷管理、能耗分析預測、能源運維運營(yíng)等多個(gè)角度使用數據，并展示給不同的使用者，完成能源管理功能。綜合智慧管理系統可以實(shí)現對多種類(lèi)型的能源介質(zhì)數據進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集和監控,并利用數字化技術(shù)更加直觀(guān)地對能源數據進(jìn)行展示和調控，使能源得到更高效的利用。

圖2 綜合智慧能源管理系統軟件架構

4. 安科瑞綜合智慧能源管理系統的應用

AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理系統和Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)平臺解決方案正是基于上述理念而設計的綜合智慧能源管理系統。AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理系統是針對行業(yè)用戶(hù)的能源管理平臺，包括醫療建筑、教育建筑、高速公路、電子廠(chǎng)房等，提供基于行業(yè)特點(diǎn)細分的能效管理解決方案；而Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺針對地域分散、數量眾多的物聯(lián)網(wǎng)設備，提供免調試方案，方便中小微用戶(hù)更方便的把設備接入平臺并低成本獲取所需數據，比如充電樁運營(yíng)、分散的能源計量和收費等，對用戶(hù)無(wú)地域限制、無(wú)專(zhuān)業(yè)技能要求，目前已經(jīng)為多個(gè)國家的用戶(hù)提供能源數據服務(wù)。兩套系統基于同樣的數據中臺，衍生不同的應用為不同類(lèi)型的用戶(hù)提供覆蓋“源網(wǎng)荷儲充維"一體化的能源管理解決方案，并根據用戶(hù)設置的策略來(lái)管理能源的使用和調度。

4.1 基于行業(yè)能效提升的AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理系統應用

AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理系統提供基于行業(yè)特點(diǎn)細分的能效管理解決方案，支持有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)方案接入各類(lèi)智能設備，并提供多種第三方系統接口協(xié)議，融合企業(yè)微電網(wǎng)電力監控、能耗統計、電能質(zhì)量分析及治理、智能照明控制、主要用能設備監控、充電樁運營(yíng)管理、分布式光伏監控、儲能管理等功能，通過(guò)一個(gè)平臺即可全局、整體的對企業(yè)電網(wǎng)進(jìn)行進(jìn)行集中監控、統一調度、統一運維，滿(mǎn)足企業(yè)用電可靠、安全、節約、高效、有序用電要求。平臺支持中英文切換，現已應用于多個(gè)行業(yè)和地區用戶(hù)側能源管理和電力運維平臺，單個(gè)平臺已接入1600多個(gè)用戶(hù)變電所數據，提供能源分析和運維管理功能。

圖3 AcrelEMS能效管理平臺應用

電力監控

對企業(yè)高低壓變配電系統的變壓器、斷路器、直流屏、母排、無(wú)功補償柜及電纜等配電相關(guān)設備的電氣參數、運行狀態(tài)、接點(diǎn)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監測和控制，監測企業(yè)微電網(wǎng)主要回路的電能質(zhì)量并進(jìn)行治理，對故障及時(shí)處理并發(fā)出告警信息，提高企業(yè)供電可靠性。

圖4 電力監控功能

能耗分析

采集企業(yè)電、水、燃氣等能源消耗，進(jìn)行分類(lèi)分項能耗統計，計算單位面積或單位產(chǎn)品的能耗數據以及趨勢，對標主要用能設備能效進(jìn)行能效診斷，計算企業(yè)碳排放，為企業(yè)制定碳達峰、碳中和路線(xiàn)提供數據支持。

圖5 能耗分析功能

照明控制

智能照明控制功能可以根據企業(yè)情況實(shí)現定時(shí)控制、光照感應控制、場(chǎng)景控制、調光控制等，并結合紅外傳感器、超聲波傳感器，實(shí)現人來(lái)燈亮、人走燈滅，并可以根據系統的控制策略實(shí)現集中控制，為企業(yè)節約照明用電。

圖6照明控制功能

分布式光伏監控

監測企業(yè)分布式光伏電站運行情況，包括逆變器運行數據、光伏發(fā)電效率分析、發(fā)電量及收益統計以及光伏發(fā)電功率控制。

圖7 分布式光伏發(fā)電監測

儲能管理

監測儲能系統、電池管理系統(BMS)和儲能變流器(PCS)運行，包括運行模式、功率控制模式，功率、電壓、電流、頻率等預定值信息、儲能電池充放電電壓、電流、SOC、溫度，根據企業(yè)峰谷特點(diǎn)和電價(jià)波動(dòng)以及上級平臺指令設置儲能

圖8 儲能管理

充電樁運營(yíng)管理 

監測企業(yè)充電樁的運行狀態(tài)，提供充電樁收費管理和狀態(tài)監測功能，并根據企業(yè)負荷率變化和虛擬電廠(chǎng)的調度指令調節充電樁的充電功率，使企業(yè)微電網(wǎng)穩定安全運行。

圖9 充電樁管理

4.2 基于大數據的Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)平臺應用

Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數據中臺，執行統一的上下行數據標準，為互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)提供能源物聯(lián)網(wǎng)數據服務(wù)的PAAS平臺，平臺支持中英文切換和自定義功能設置。用戶(hù)安裝物聯(lián)網(wǎng)傳感器安裝后掃碼操作即可把設備接入Acrel-EIoT平臺，使用手機和電腦得到所需的行業(yè)數據服務(wù)，無(wú)需關(guān)注平臺本身，不再需要知道下行硬件的結構和協(xié)議，不需要用戶(hù)有專(zhuān)業(yè)的知識即可使用，目前已經(jīng)多個(gè)國家的用戶(hù)提供基于安科瑞產(chǎn)品的能源數據服務(wù)。

自定義駕駛艙

可根據用戶(hù)的關(guān)注點(diǎn)自行繪制所需的駕駛艙頁(yè)面，包括能源預收費、充電樁運營(yíng)、電梯、空調、照明等各種設備的能耗統計、收益統計、運維情況等。

圖10 能源物聯(lián)網(wǎng)駕駛艙定義

數據采集和數據監測

 實(shí)時(shí)監測各配電柜的電壓、電流等電力參數，實(shí)現遙測、遙信、遙控。實(shí)時(shí)監測各配電室溫濕度、煙感、水浸等環(huán)境參數。監視變壓器的運行狀態(tài)及用能參數，測算損耗，找出最佳經(jīng)濟運行區間，降低能源損耗。

圖11 數據采集和監測

能耗統計分析

主要是對能耗的數據、能耗分項以及區域能耗和能耗指標等進(jìn)行統計。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 能耗統計分析

電氣和消防安全管理

接入電氣火災探測器、無(wú)線(xiàn)測溫傳感器、智能斷路器等設備，對配電回路的剩余電流、線(xiàn)纜溫度等火災危險參數進(jìn)行實(shí)時(shí)監控和管理。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，檢測消防管道的壓力。在家庭、賓館、公寓等存在煙霧、可燃氣體的室內場(chǎng)所，安裝獨立式煙感或可燃氣體探測器，檢測這些場(chǎng)所是否存在煙霧和可燃氣體。

圖13 電氣消防安全管理

能源收費管理

適用于物業(yè)租賃方對出租物業(yè)的能源收費管理，支持水電一體化收費管理，具備租戶(hù)開(kāi)戶(hù)、銷(xiāo)戶(hù)、退差操作，支持分時(shí)電價(jià)和階梯電價(jià)設置和功率過(guò)載閾值設置，可對接支付應用程序實(shí)現自助支付。

圖14 能耗收費管理

充電樁運營(yíng)管理

當用戶(hù)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，實(shí)現對充電樁狀態(tài)的監測和掃碼、刷卡充電收費管理。在用電高峰期如充電負荷過(guò)高超出供電變壓器承受范圍還可以自動(dòng)設置充電功率限制或新增充電限制，或投入新能源，確保能源供應安全。

圖15 充電樁運營(yíng)管理

照明控制管理

可遠程控制照明設備的開(kāi)關(guān)，并可以根據光照度、經(jīng)緯度日出日落時(shí)間和時(shí)間設置策略來(lái)自動(dòng)控制燈光，節約照明能源。

圖16 照明控制管理

碳排放分析

統計用戶(hù)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備

安科瑞針對綜合智慧能源管理系統除了軟件外，還具備現場(chǎng)傳感器、智能網(wǎng)關(guān)等設備，組成了完整的“云-邊-端"數字化體系，具體包括高低壓配電綜合保護和監測產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置、電能質(zhì)量治理、照明控制、新能源充電樁、電氣消防類(lèi)解決方案等，可以為企業(yè)微電網(wǎng)數字化提供一站式服務(wù)能力，部分設備見(jiàn)表1。

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5 結語(yǔ)

綜合智慧能源管理系統設計和應用為新型能源體系的能源數字化管理提供了解決方案，為系統海量數據連接提供了技術(shù)上的支持。AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理系統和Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)平臺配合安科瑞感知設備，為各行業(yè)大中小微型用戶(hù)提供個(gè)性化能源管理方案，支持用戶(hù)對能源系統的數字化監測和多源自動(dòng)協(xié)同管理，幫助用戶(hù)提高能源使用安全和提高能源使用效率，為建立穩定安全高效的新型能源體系貢獻力量。