電力物聯(lián)網(wǎng)的綜合能源管控平臺

摘要：城區(qū)內(nèi)一般都具有錯綜復(fù)雜的能源系統(tǒng)，且大部分能耗都集中于城區(qū)的各企、事業(yè)單位中。基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的綜合能源管控平臺將城區(qū)內(nèi)從能源產(chǎn)生到能源消耗的整體流動情況采用大屏清晰展示，便于監(jiān)管部門了解本地區(qū)的能源使用情況。利用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，將各用電企業(yè)的電能數(shù)據(jù)匯總分析，不僅可以借此分析用電企業(yè)的能耗情況，采取對應(yīng)措施節(jié)能降耗，降低運(yùn)營成本，還可以根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障問題，消除安全隱患。

   關(guān)鍵詞：能耗；管控；泛在電力物聯(lián)網(wǎng)；數(shù)據(jù)分析

1、引言

   隨著社會的不斷地飛速發(fā)展，我國經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)了巨大的騰飛。與此同時，社會生產(chǎn)的能耗也是逐年上升，全球主要大宗能源價格也是逐年上漲，資源對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約作用日益突出，針對企業(yè)能耗問題的研究逐漸成為了相關(guān)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)[1]。人們逐漸認(rèn)識到了對于能耗監(jiān)測的重要性，若能實(shí)時監(jiān)測各類建筑能耗，并加以調(diào)控，進(jìn)而優(yōu)化管理制度和節(jié)能措施，切實(shí)有效地降低能耗，這對降低企業(yè)成本，營造綠色節(jié)能環(huán)境會有很大的幫助[2]。而社會中整體產(chǎn)業(yè)消耗能源時的具體表現(xiàn)形式可歸結(jié)為對于電力能源的消耗，因此迫切需  要一種有效的電能監(jiān)控的系統(tǒng)[3]。

   目前, 大部分地區(qū)在能耗管理方面雖已采用智能電表統(tǒng)計分析電能使用情況。但依舊存在能耗數(shù)據(jù)分析效率低、易出錯、耗時長, 數(shù)據(jù)分析不夠深入和無法追溯,考核指標(biāo)不準(zhǔn)確等缺點(diǎn),難以實(shí)現(xiàn)對地區(qū)各企事業(yè)單位能耗的科學(xué)統(tǒng)計、有效監(jiān)測和系統(tǒng)分析[4]。管理者無法依據(jù)數(shù)據(jù)制定合適的決策，隨時了解到地區(qū)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(yè)單位生產(chǎn)成本中所占比例逐步上升[5], 使得各單位不得不從降低經(jīng)營成本、提高綜合競爭力的角度出發(fā),加強(qiáng)能源管理[6]。為監(jiān)控和分析生產(chǎn)作業(yè)過程中的能耗狀況, 實(shí)現(xiàn)地區(qū)各單位及總體的能耗趨勢和能源利用水平的分析及監(jiān)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(qū)綜合性能源管控平臺[7]。

   而泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，就是圍繞電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)，充分應(yīng)用移動互聯(lián)、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)、先進(jìn)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)萬物互聯(lián)、人機(jī)交互，具有狀態(tài)全面感知、信息處理、應(yīng)用便捷靈活特征的智慧服務(wù)系統(tǒng)[8]。融合泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)打造的綜合能源管控平臺系統(tǒng)，可以實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各耗能單位的相關(guān)信息。各單位可登錄該系統(tǒng)查看自身能耗及其相關(guān)費(fèi)用情況，據(jù)此進(jìn)行深入分析，結(jié)合單位實(shí)際情況，制定相應(yīng)措施節(jié)能減排、降低生產(chǎn)成本。而地區(qū)管理部門可以實(shí)時查看該監(jiān)控地區(qū)下所有用電單位能耗數(shù)據(jù)，分析本地區(qū)能源使用趨勢，守護(hù)能源安全，及早進(jìn)行事件預(yù)警。該系統(tǒng)可精準(zhǔn)采集用電數(shù)據(jù)、較大程度上提高能耗數(shù)據(jù)分析效率、指標(biāo)分明、異常數(shù)據(jù)及時追溯，有效提高能源管理水平，降低企業(yè)成本。

2、綜合能源管控平臺結(jié)構(gòu)

   本文以溫州市各主要單位的電力能耗為研究對象,對綜合能源管控系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。首先從源、網(wǎng)、荷、儲四方面記錄相關(guān)企、事業(yè)單位信息，借助于地圖平臺整體展示該地區(qū)能源流動線路，展示全市能源使用概況，并對整體能耗進(jìn)行統(tǒng)計展示，便于分析整體能耗趨勢。之后，以該地區(qū)223家用電單位為監(jiān)控對象,以實(shí)現(xiàn)對該地區(qū)電力能耗科學(xué)、有效、自動化監(jiān)控管理模式。

   該系統(tǒng)基于計算機(jī)軟件平臺和電力線通信技術(shù), 搭建多用戶多終端能耗群控平臺,對相關(guān)用能單位區(qū)域內(nèi)的各類建筑、公共設(shè)施進(jìn)行節(jié)能控制和能耗監(jiān)測管理,實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的分類分項統(tǒng)計和分析處理,同時與能耗監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心接軌并上報相關(guān)能耗分類分項數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)多個企業(yè)的能耗分支、分時、分類的計量統(tǒng)計與節(jié)能管理，使其具有采集、存儲、處理、統(tǒng)計、查詢和分析能耗數(shù)據(jù)的功能。該系統(tǒng)主要包括三層結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)感知層、業(yè)務(wù)信息層、決策管理層。

   系統(tǒng)運(yùn)行過程如下所述：位于數(shù)據(jù)感知層的智能電表采集用電單位在正常生產(chǎn)活動中所使用電能的各項指標(biāo)數(shù)據(jù)，通過通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時傳輸至位于業(yè)務(wù)信息層的數(shù)據(jù)中心存儲；業(yè)務(wù)信息層會將采集的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過整合分析后制成相應(yīng)的數(shù)據(jù)報表展示在決策管理層中；決策管理層則是直接面向管理人員，管理人員通過決策管理層的能耗管理系統(tǒng)、能耗監(jiān)控系統(tǒng)、能耗分析系統(tǒng)查看現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)，并制定相應(yīng)的決策。

3、系統(tǒng)功能說明與展示

3.1多能全景監(jiān)測

   使用戶可以非常直觀、便捷地了解園區(qū)每個建筑物（樓層）的實(shí)時能源使用情況、設(shè)備健康狀態(tài)、主要能耗信息，支持用戶開展各類輔助服務(wù)。區(qū)域監(jiān)管用戶可在系統(tǒng)決策管理層登錄該系統(tǒng)，分別查看該監(jiān)控區(qū)域內(nèi)源、網(wǎng)、儲、荷情況，包括光伏能源供應(yīng)、二氧化碳的減排量、市電容量、光伏容量、天然氣供應(yīng)量，以展示該系統(tǒng)內(nèi)能量流動方向。該部分可整體展示當(dāng)年數(shù)據(jù)及預(yù)期計劃。展示能源總量包括該地區(qū)能源消費(fèi)總量、當(dāng)前地區(qū)用電量及用水量在用戶展示平臺可觀察監(jiān)測的客戶數(shù)量、配電房數(shù)量、變壓器容量、監(jiān)測點(diǎn)數(shù)、監(jiān)測類型、近30天用電情況統(tǒng)計、告警情況等實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)，將光標(biāo)放到監(jiān)測點(diǎn)上即可查詢被監(jiān)測站點(diǎn)的名稱、變電容量、當(dāng)前負(fù)荷、配電房數(shù)量、告警等信息。

3.2能源駕駛艙

   該部分可允許平臺監(jiān)管人員或監(jiān)控單位人員登錄查看。按照不同用電單位，展示包含多個指標(biāo)量的用電信息視圖，包括本月電量、本月需量、本月電量結(jié)構(gòu)、功率因素、一鍵體檢。主要展示當(dāng)月的累計電量、當(dāng)月及上月的每日電量使用情況對比、今日與昨日的各時段用電功率對比。其中展示電能使用數(shù)據(jù)對比圖及相關(guān)電量使用的特點(diǎn)統(tǒng)計、各用電單位電能使用總量數(shù)據(jù)以及不同時間的電量使用情況。在統(tǒng)計了本月每一天的電量使用情況的同時與上月每一天進(jìn)行對比；將今日的各時段的電能功率因素與昨日相對比；各用電單位不同回路用電占比進(jìn)行比較分析。

3.3告警監(jiān)測

   根據(jù)用戶設(shè)置的告警規(guī)則，對實(shí)時采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷告警，展示該監(jiān)控區(qū)域內(nèi)用電客戶線路中的告警事件。用戶可根據(jù)設(shè)置不同的站點(diǎn)、配電房、設(shè)備類型、告警級別、告警發(fā)生時間，查詢并顯示不同狀態(tài)類型（未處理或已處理）情況下配電房設(shè)備的告警結(jié)果。可為告警結(jié)果添加備注或?qū)Ω婢Y(jié)果進(jìn)行處理。頁面右側(cè)顯示告警規(guī)則及數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能，用戶可點(diǎn)擊查看內(nèi)容。

3.4實(shí)時監(jiān)測

   每個用電單位的能源系統(tǒng)中都安裝了智能電表，該系統(tǒng)將智能電表所檢測到的主要運(yùn)行參數(shù)實(shí)時傳回系統(tǒng)后臺，后臺將該數(shù)據(jù)與設(shè)備關(guān)聯(lián)，為監(jiān)管部門建立包括多個公用能源系統(tǒng)和設(shè)備的模型。監(jiān)控參數(shù)主要包括變壓器的有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、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(shè)置不同的站點(diǎn)、配電房、變壓器設(shè)備、選擇時間，可查詢?nèi)我鈺r間段內(nèi)數(shù)據(jù)變化曲線。

3.5量費(fèi)特性概覽

   查看各用電單位的總用電量及電費(fèi)信息，反應(yīng)日、月、年用電量及電費(fèi)趨勢、用電結(jié)構(gòu)組成。通過設(shè)置站點(diǎn)名稱、計費(fèi)點(diǎn)，查詢該站點(diǎn)當(dāng)期用電量顯示及組成、當(dāng)期電費(fèi)及組成，顯示當(dāng)前計費(fèi)點(diǎn)的報裝信息維護(hù)。通過選擇時間，查詢并顯示電量電費(fèi)趨勢。顯示該時間段內(nèi)用電量和電度電費(fèi)。該部分還可針對電費(fèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行多維度分析主要包括;度電單價分析、基本電費(fèi)分析、電度電費(fèi)分析、力調(diào)電費(fèi)分析，并分別繪制相應(yīng)曲線圖。

3.6電能質(zhì)量監(jiān)測

   電能質(zhì)量指標(biāo)主要包括電壓偏差、功率因數(shù)、諧波電壓，通過設(shè)定合理值規(guī)則，將實(shí)時監(jiān)測值與設(shè)置值對比，記錄異常數(shù)據(jù)。系統(tǒng)管理員登錄后可查詢?nèi)空军c(diǎn)或單個站點(diǎn)近一年內(nèi)存在電能質(zhì)量問題的監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量，而當(dāng)一般用電單位登錄該系統(tǒng)時只可查看該用電單位的以往數(shù)據(jù)。通過設(shè)置電壓偏差、功率因數(shù)、諧波電壓或全部指標(biāo)，也能查詢存在電能質(zhì)量問題的配電房信息。

   透過上述參數(shù)，該監(jiān)控系統(tǒng)完*展示各用電單位電能質(zhì)量變化趨勢，統(tǒng)籌把握電能質(zhì)量情況。更進(jìn)一步，對于電壓偏差數(shù)據(jù)，將記錄電壓合格率、電壓越上限**、電壓越下限*間統(tǒng)計結(jié)果；對于功率因數(shù)數(shù)據(jù)，將記錄實(shí)時功率因數(shù)和無功功率的監(jiān)測結(jié)果；對于諧波電壓數(shù)據(jù)，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系統(tǒng)頁面展示

   本文所提綜合能源管控平臺是基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)據(jù)展示平臺，由智能電表采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)后，采用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行分層展示。該平臺Web前端展示部分采用Django框架，后端使用python3.6編程語言編寫而成。主要功能頁面展示如下文所示：

   多能全景監(jiān)測頁面是基于GIS的能源全景概覽，可以監(jiān)控該區(qū)域內(nèi)多種能源流動及用電單位用電情況。并對該地區(qū)相關(guān)的能耗結(jié)構(gòu)及能耗總量進(jìn)行展示，顯示整體統(tǒng)計數(shù)據(jù)，便于管理人員了解當(dāng)?shù)啬茉词褂酶艣r。

   能源駕駛艙則是針對每一個具體用電單位用電信息進(jìn)行深入分析，除展示其用電總量外還對其用電結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，針對每月用電量及每日用電功率波動情況進(jìn)行環(huán)比分析。

   告警監(jiān)測頁面則是展示監(jiān)控區(qū)域內(nèi)電能質(zhì)量告警事件詳細(xì)信息，智能電表監(jiān)控的數(shù)據(jù)經(jīng)后臺算法分析出現(xiàn)異常后，會及時發(fā)出告警信號，并將出現(xiàn)異常的地點(diǎn)、設(shè)備名稱及異常內(nèi)容等詳細(xì)信息。

   實(shí)時監(jiān)測部分可實(shí)時查詢某一站點(diǎn)的智能電表從現(xiàn)場發(fā)回的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，可選擇查看有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、線電壓、相電壓、諧波電壓等電能質(zhì)量參數(shù)數(shù)據(jù)描繪的趨勢圖，更直觀的發(fā)現(xiàn)該用電站點(diǎn)的電能供應(yīng)質(zhì)量。

   量費(fèi)特性概覽則是展示某一用電單位的所用電量及因此產(chǎn)生的電費(fèi)數(shù)據(jù)。此頁面可觀察到任意監(jiān)控站點(diǎn)的電量電費(fèi)數(shù)據(jù)

4、安科瑞Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)平臺概述

           Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開放平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺，建立統(tǒng)一的上下行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)的平臺。 用戶僅需購買安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器，選配網(wǎng)關(guān)，自行安裝后掃碼即可使用手機(jī)和電腦得到所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)。

   該平臺提供數(shù)據(jù)駕駛艙、電氣安全監(jiān)測、電能質(zhì)量分析、用電管理、預(yù)付費(fèi)管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運(yùn)維管理等功能，并支持多平臺、多語言、多終端數(shù)據(jù)訪問。

5、應(yīng)用場所

   本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統(tǒng)集成商、小型物業(yè)、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業(yè)能耗、智能燈塔、電力運(yùn)維等領(lǐng)域。

6、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

 7、平臺功能

7.1   可定制駕駛艙

   可定制化的駕駛艙：可根據(jù)客戶的行業(yè)特性，行業(yè)需求，經(jīng)過培訓(xùn)的工程或調(diào)試人員自行繪制客戶所需的駕駛艙頁面。

   例如下圖所示的智慧物業(yè)駕駛艙，內(nèi)容有：預(yù)付費(fèi)、充電樁、電梯、空調(diào)、照明等設(shè)備管理、能耗統(tǒng)計、收益統(tǒng)計、運(yùn)維情況等。其中百*地圖可以選配成BIM建筑模型，任何傳感器報警時可以在BIM模型中預(yù)警顯示。

7.2   電力集抄

   電力集抄模塊可以實(shí)現(xiàn)對各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢、分析、預(yù)警及綜合展示，以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實(shí)現(xiàn)供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測'、遙信、遙控控制，對系統(tǒng)進(jìn)行綜合檢測和統(tǒng)一管理；在數(shù)據(jù)資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內(nèi)各設(shè) 備運(yùn)行（包括歷史和實(shí)時參數(shù)，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節(jié)約人力資源。

變壓器監(jiān)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(shù)，實(shí)現(xiàn)從能源數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、能源介質(zhì)消耗分析、能耗管理等全過程的自動 化、科學(xué)化管理，使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過程有機(jī)結(jié)合起來，運(yùn)用數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)，進(jìn)行離線生產(chǎn)分析 與管理，實(shí)現(xiàn)全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度，優(yōu)化能源介質(zhì)平衡、有效利用能源，提高能源質(zhì)量、降低能源消耗，達(dá)到節(jié)能降耗和提 升整體能源管理水平的目的。

 能耗概況

7.4預(yù)付費(fèi)管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶及權(quán)限分配，查看系統(tǒng)日志等功能；

2）系統(tǒng)配置：對建筑、通訊管理機(jī)、儀表及默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行配置；

3）用戶管理：對商鋪用戶執(zhí)行開戶、銷戶、遠(yuǎn)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(jìn)行遠(yuǎn)程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作；

5）售水管理：對已開戶的表進(jìn)行遠(yuǎn)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(wù)報表、用能報表、報警報表等查詢，本系統(tǒng)所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導(dǎo)出。

 預(yù)付費(fèi)看板

7.5 充電樁管理

   通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對接入系統(tǒng)的充電樁站點(diǎn)和各個充電樁進(jìn)行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時對各類故障如充電機(jī)過溫保護(hù)、充電機(jī)輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警。云平臺包含了充電收費(fèi)和充電樁運(yùn)營的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務(wù)管理、變壓器監(jiān)控、運(yùn)營分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能。

 充電樁看板

7.6   智能照明

   智能照明通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對安裝在城市各區(qū)域的室內(nèi)照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進(jìn)行不間斷地數(shù)據(jù)監(jiān)測，也可以實(shí)現(xiàn)定時開關(guān)策略配置及后臺遠(yuǎn)程管理和移動管理等，降低路燈設(shè)施的維護(hù)難度和成本，提升管理水平，并達(dá)到一定節(jié)能減掛的效果。

 照明實(shí)時監(jiān)控

7.7 安全用電

   安全用電采用自主研發(fā)的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災(zāi)探測器，對引發(fā)電氣火災(zāi)的主要因素（導(dǎo)線溫度、電流和剩余電流）進(jìn)行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計分析，并將發(fā)現(xiàn)的各種隱患信息及時推送給企業(yè)管理人員，指導(dǎo)企業(yè)實(shí)現(xiàn)快速時間的排查和治理，達(dá)到消除潛在電氣火災(zāi)安全隱患，實(shí)現(xiàn)“防患于未然"的目的。

7.8 智慧消防

   通過云平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實(shí)現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。填*了原先針對“九小場所"和危化品生產(chǎn)企業(yè)無法有效監(jiān)控的空白，適應(yīng)于所有公建和民建，實(shí)現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實(shí)現(xiàn)智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統(tǒng)化"、用電管理“精細(xì)化"的實(shí)際需求。

 智慧消防看板

 8、系統(tǒng)硬件配置

結(jié)語：

   經(jīng)實(shí)踐運(yùn)行,本文所提出的綜合能源管控平臺系統(tǒng)將能耗監(jiān)管成功應(yīng)用在地區(qū)用電平臺上，利用網(wǎng)頁端搭建的數(shù)據(jù)后臺展示平臺，實(shí)現(xiàn)對各用電單位內(nèi)的總能耗、總電量、分戶、分類、分項等能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析和對建所有電能指數(shù)進(jìn)行橫向、縱向?qū)Ρ确治?/span>,以及提供報表生成打印功能。繼而在采集大量實(shí)時數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)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(fèi)規(guī)律。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了集監(jiān)測、控制、管理為一體的目標(biāo)，使得地區(qū)監(jiān)管單位更加有效的調(diào)節(jié)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(jìn)一步采取節(jié)能措施降低企業(yè)運(yùn)營成本。尤其針對本地區(qū)大型大型工廠、企業(yè)等用電單位來說，此類用電客戶節(jié)能潛力大，是國家節(jié)能減排政策的重點(diǎn)關(guān)注對象。該管控平臺為政府及相關(guān)部門提供了更為科學(xué)的數(shù)據(jù)依據(jù)，對宏觀的政策、法律法規(guī)的制訂具有一定的參考價值。