高校電力能源管理系統(tǒng)的建設與研究

(中國人民大學 校園建設管理處，北京 100872)

0 引言

隨著社會科技的不斷進步，高校的能源建筑監(jiān)測系統(tǒng)變的非常的普及。為了貫徹科學的發(fā)展、加快智能建筑的節(jié)約減排，促進可持續(xù)發(fā)展性，國家的教育部與住建部發(fā)布了《高等學校節(jié)約型校園建設管理與技術導則》等相關的技術規(guī)范。通過高校的能源管理系統(tǒng)來實現(xiàn)節(jié)約型的大學校園建設。國家對綠色的校園節(jié)能的校園也是非常的重視通過《綠色校園評價標準》，對于綠色校園的設計、建設和運營提出了一系列評價標準[1]。

通過近些年的不懈努力，教育部、住建部的建筑節(jié)能建筑改造獲得了大力的推進與發(fā)展。已經(jīng)在穩(wěn)步的形成了一整套的管理體系，通過智能改造，智能分析，智能建設與科學的規(guī)劃實現(xiàn)了校園能源的高效利用，實現(xiàn)了節(jié)能減排，科學發(fā)展的目的。截止到目前來說，在全國的范圍內(nèi)已經(jīng)立項并且實施了高校的能源管理系統(tǒng)的大學校園初步統(tǒng)計大約有三百所高校。通過驗收能源監(jiān)控管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)電力設備的智能監(jiān)控，實現(xiàn)電力的合理安排與調(diào)度，通過分析電力參數(shù)實現(xiàn)能源的高效利用。

1 系統(tǒng)設計目標與原則

高校電力能源管理系統(tǒng)作為學校實施能源管理的重要內(nèi)容，旨在提升高校用電效率，并進一步改善用電方法，提供供電參數(shù)檢測、減少電氣故障發(fā)生率[2]。高校電力能源管理系統(tǒng)作為新理念，其實質(zhì)在于以監(jiān)測為主要依據(jù)，系統(tǒng)分析為基礎順利實現(xiàn)電力系統(tǒng)分析與監(jiān)測，提升高校用電質(zhì)量。高校設計電力能源管理系統(tǒng)目標如下：(1)提升供電管理效率，有助于高?？茖W、合理地用電；(2)自動統(tǒng)計各學院電力能源消耗，為高校績效考核提供依據(jù)；(3)提升高校供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和電力服務質(zhì)量，進一步降低系統(tǒng)故障發(fā)生率；(4)提高學校的電力運行管理水平[3-4]。

1.2 系統(tǒng)監(jiān)測點分析

為確保高校電能輸送的安全性、經(jīng)濟性，供電系統(tǒng)需要滿足一定電能質(zhì)量要求。依據(jù)高校實際情況及國家電能質(zhì)量標準，系統(tǒng)對供電系統(tǒng)部分參數(shù)實施監(jiān)測，包含以下方面：(1)對于低壓配電系統(tǒng)運行狀態(tài)展開監(jiān)測，能夠合理展現(xiàn)各模擬量情況，例如：系統(tǒng)有功、無功電度；系統(tǒng)頻率、變壓器溫度等；(2)對于中壓配電系統(tǒng)的電流、電壓、功率等指標進行監(jiān)測；(3)對低壓配電系統(tǒng)的各狀態(tài)量實施直觀、有效監(jiān)測，例如：開關信號等[5]。

1.3 系統(tǒng)主要設備

因多數(shù)高校已具有成熟、可靠、穩(wěn)定的局域網(wǎng)，通過綜合分析及實踐研究，系統(tǒng)網(wǎng)絡建設可依托學校已有局域網(wǎng)的方法實現(xiàn)。系統(tǒng)所用設備清單如表1所示。

表1 系統(tǒng)主要設備

2 智慧能源管理技術路線

2.1 智能電力儀表

為了解決分散與落后的一系列問題可以采用小型化的智能儀表來實現(xiàn)電力的參數(shù)測量。小型化智能電表突破了傳統(tǒng)電表的安裝方式和設計理念，采用全新的小型模塊化設計、具有高精度測量，安裝方式簡易、性能可靠穩(wěn)定、工作電壓范圍寬、防竊電、自身功耗低等優(yōu)點[6]?？芍苯影惭b在動力箱、配電箱或墻壁保護箱中,便于配電系統(tǒng)加裝低壓電表的改造。智能儀表應用的接線方式，如圖1所示。

圖1 智能電表接線方式

采用三相四線接線方式接入系統(tǒng)之中，可以檢測到A、B、C三相電壓與三相電流，并且測量三相功率、有功與無功功率電能等電量參數(shù)。全部性能指標符合GB/T 17883《0.2S級和0.5S級靜止式交流有功電度表》的要求。

智能電表將采集的電力數(shù)據(jù)通過標準的通訊接口將數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)整合管理器，將數(shù)據(jù)整合傳輸?shù)侥茉垂芾硐到y(tǒng)中心，實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，設備的狀態(tài)監(jiān)測。

2.2 能耗分析系統(tǒng)

校園運行數(shù)據(jù)監(jiān)控管理平臺可以實時對關鍵指標數(shù)據(jù)實時監(jiān)測、用電安全隨時監(jiān)控、用能調(diào)配計劃預警提示，將校園的用電信息數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡化方式上傳能耗監(jiān)測管理中心，科學制定用能計劃，實現(xiàn)能源分配最優(yōu)化[7-8]。充分展現(xiàn)各區(qū)域分類能源數(shù)據(jù)，核算能源消費總量，滿足學校與相關部門對地區(qū)能源統(tǒng)計、能源總量對比，輔助學校能源部門實現(xiàn)以控制能源消費總量作為節(jié)能減排指標提供有效的決策依據(jù)。同時,學?？梢酝ㄟ^校園運行數(shù)據(jù)監(jiān)控管理平臺對整個學校在教學過程中所有用電、等各種能耗數(shù)據(jù)，對學校用電設備和電網(wǎng)產(chǎn)生的諧波數(shù)據(jù)進行在線實施監(jiān)測，并對過程中出現(xiàn)能耗異常的數(shù)據(jù)進行報警提示，還可以對過程中的能耗信息以圖表或者數(shù)據(jù)表格方式提供數(shù)據(jù)分析和比較功能[9]。而通過周與周、月與月之間的縱向比較，可根據(jù)不同時段進行分別計量方式，找出能源消耗過程中存在的浪費和隱患[10]。通過向設計各種統(tǒng)計報表建立校園能耗設備評估系統(tǒng)，來優(yōu)化校園的能源消耗，來提高學校能耗使用效率，實現(xiàn)節(jié)能減排綠色校園。

用電及能效管理信息系統(tǒng)在線監(jiān)測整個校園能耗動態(tài)信息，并將這些能耗數(shù)據(jù)與相對應的設備相結(jié)合，現(xiàn)場管理人員可了解和掌握重點設備的實時能耗狀況、單位能耗數(shù)據(jù)、能耗變化趨勢和實時運行參數(shù)等信息[11]。監(jiān)控界面顯示用電數(shù)據(jù)，如圖2所示。

圖2 設備監(jiān)測界面

校園系統(tǒng)具有強大的歷史能耗數(shù)據(jù)追溯和分析功能，在不同時段下生成各種能耗數(shù)據(jù)報表和曲線：如用電量、設備單耗、用多種方法對主要能耗設備的實時和歷史能耗數(shù)據(jù)進行查詢和追溯，并可對多種參量的變化趨勢進行疊加、對比、分析，從而發(fā)現(xiàn)能源消耗結(jié)構和過程中存在的深層次問題，對校園能源消耗結(jié)構和方式的改進、優(yōu)化提出方案和建議[12]。使校園的單位能耗和能源效率保持在科學、合理水平上。系統(tǒng)界面如圖3所示，展示了能耗管理分析模型，展示了系統(tǒng)的能源使用情況。

從分類能源角度，如電量、水耗量、集中供熱耗熱量、集中供冷耗冷量、集中熱水供應量等能源進行分析。

校園管理層領導可通過瀏覽系統(tǒng)提供的綜合能效統(tǒng)計報表，了解校園整體能耗和能效情況。包括校園宏觀的能耗數(shù)據(jù)和相關信息，反映校園能效信息等。報表顯示能耗的報表。如圖4所示。

圖3 能耗分析界面

圖4 能耗報表界面

2.3 整體系統(tǒng)

項目實施需要采用用電監(jiān)控儀表、數(shù)據(jù)采集器、DTU數(shù)據(jù)傳輸終端和校園能耗動態(tài)監(jiān)測管理系統(tǒng)平臺。系統(tǒng)整體圖如圖5所示。展示了系統(tǒng)的整體方案設計與建設研究。

圖5 整體方案設計圖

用電監(jiān)控儀表：方案安裝采用在企業(yè)進線斷路器開關下端(電業(yè)局計量收費電表下端)增設校園用電監(jiān)控儀表，同時建議從新安裝標準進線CT以及標準進線PT，用于電流/電壓測量功能(如公用電業(yè)局測量CT/PT，需經(jīng)過電業(yè)局同意)。

數(shù)據(jù)采集器：用于通過具有的RS-485通訊功能采集用電監(jiān)控儀表所有用電信息，上傳到校園能耗數(shù)據(jù)管理中心，數(shù)據(jù)采集器通過以太網(wǎng)通訊方式將數(shù)據(jù)上傳共享到企業(yè)能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)平臺，用于校園內(nèi)用電情況的掌控。

DTU數(shù)據(jù)傳輸終端：采用GPRS無線通訊將數(shù)據(jù)采集器中的電量信息分別上傳到校園能耗數(shù)據(jù)管理中心，用于領導部門實時掌握校園電力能耗運行情況的了解。

3 總結(jié)

本文主要介紹了高校能源管理系統(tǒng)的建設與研究，通過采集用電設備信息，通過能源管理系統(tǒng)來整合分析數(shù)據(jù)。通過分析高校能源管理系統(tǒng)的弊端，有針對性的加以改善解決問題，采用大數(shù)據(jù)分析管理的方式方法來實現(xiàn)節(jié)能減排，能源的高效利用。在保證高效教學的正常運行前提下，實現(xiàn)能源的充分利用與可持續(xù)性的發(fā)展。