基于物聯網表計的綜合能源管理方案

為加快推進國家“雙碳"戰略和新型能源體系建設，努力實現負荷精準控制和用戶精細化管理，按照“政府主導、電網組織、政企協同、用戶實施"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，標志著各地在能源領域數字化改革邁出了實質性的關鍵一步，對加快推進新型能源體系建設、實施能源大數據戰略、發展數字經濟、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1萬余戶規上企業及3079家重點用能企業用能數據、698個公共建筑單位空調負荷數據，上線了公共建筑空調負荷管理、產業園能源管理、綠色工廠能源監測等20余項能源大數據產品。

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，為能源互聯、交互以及協調優化，持續推進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行電力等能源的監測已經無法滿足新型能源體系需求，而科學、系統性的綜合智慧能源管理采用大數據信息集成模式,既實現了對新能源消納的優化和能源利用效率的改善,還實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現了對能源系統各個單元的數據進行采集和監測、預測與管理,從而為高質量利用能源和提供服務打下了良好的基礎，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態能源價格機制，以電網、分布式發電、儲能系統、可調負荷、電動汽車充電樁為物理基礎,根據不同階段的電力需求進行自動調節,保障電力系統的穩定運行。總體上來說,綜合智慧能源管理系統已經成為新型能源體系建設的重要環節。

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、能源服務商、大中小微用能企業甚至個人等，這是一個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，包括移動端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，可以根據實際需求和網絡情況,實現有線和無線混合組網模式，能夠實現對各種能源的數據進行采集、分析和優化控制管理，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。感知層是由現場保護、測量、控制設備和其它子系統組成，通過有線/無線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，并分發給各類應用層；應用層根據用戶需要，從能源供應、能源管理、負荷管理、能耗分析預測、能源運維運營等多個角度使用數據，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現對多種類型的能源介質數據進行實時的采集和監控,并利用數字化技術更加直觀地對能源數據進行展示和調控，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企業微電網能效管理系統和Acrel-EIOT能源物聯網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企業微電網能效管理系統是針對行業用戶的能源管理平臺，包括醫療建筑、教育建筑、高速公路、電子廠房等，提供基于行業特點細分的能效管理解決方案；而Acrel-EIOT能源物聯網云平臺針對地域分散、數量眾多的物聯網設備，提供免調試方案，方便中小微用戶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、分散的能源計量和收費等，對用戶無地域限制、無專業技能要求，目前已經為多個國家的用戶提供能源數據服務。兩套系統基于同樣的數據中臺，衍生不同的應用為不同類型的用戶提供覆蓋“源網荷儲充維"一體化的能源管理解決方案，并根據用戶設置的策略來管理能源的使用和調度。

4.1 基于行業能效提升的AcrelEMS企業微電網能效管理系統應用

AcrelEMS企業微電網能效管理系統提供基于行業特點細分的能效管理解決方案，支持有線/無線方案接入各類智能設備，并提供多種第三方系統接口協議，融合企業微電網電力監控、能耗統計、電能質量分析及治理、智能照明控制、主要用能設備監控、充電樁運營管理、分布式光伏監控、儲能管理等功能，通過一個平臺即可全局、整體的對企業電網進行進行集中監控、統一調度、統一運維，滿足企業用電可靠、安全、節約、高效、有序用電要求。平臺支持中英文切換，現已應用于多個行業和地區用戶側能源管理和電力運維平臺，單個平臺已接入1600多個用戶變電所數據，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

對企業高低壓變配電系統的變壓器、斷路器、直流屏、母排、無功補償柜及電纜等配電相關設備的電氣參數、運行狀態、接點溫度進行實時監測和控制，監測企業微電網主要回路的電能質量并進行治理，對故障及時處理并發出告警信息，提高企業供電可靠性。

圖4 電力監控功能

能耗分析

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

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情況實現定時控制、光照感應控制、場景控制、調光控制等，并結合紅外傳感器、超聲波傳感器，實現人來燈亮、人走燈滅，并可以根據系統的控制策略實現集中控制，為企業節約照明用電。

圖6照明控制功能

分布式光伏監控

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

圖7 分布式光伏發電監測

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，根據企業峰谷特點和電價波動以及上級平臺指令設置儲能

圖8 儲能管理

充電樁運營管理 

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

圖9 充電樁管理

4.2 基于大數據的Acrel-EIOT能源物聯網平臺應用

Acrel-EIoT能源物聯網平臺是一套基于物聯網數據中臺，執行統一的上下行數據標準，為互聯網用戶提供能源物聯網數據服務的PAAS平臺，平臺支持中英文切換和自定義功能設置。用戶安裝物聯網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數據服務，無需關注平臺本身，不再需要知道下行硬件的結構和協議，不需要用戶有專業的知識即可使用，目前已經多個國家的用戶提供基于安科瑞產品的能源數據服務。

自定義駕駛艙

可根據用戶的關注點自行繪制所需的駕駛艙頁面，包括能源預收費、充電樁運營、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 能源物聯網駕駛艙定義

數據采集和數據監測

 實時監測各配電柜的電壓、電流等電力參數，實現遙測、遙信、遙控。實時監測各配電室溫濕度、煙感、水浸等環境參數。監視變壓器的運行狀態及用能參數，測算損耗，找出最佳經濟運行區間，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行統計。其中還包含總能耗定比,也就是指實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、無線測溫傳感器、智能斷路器等設備，對配電回路的剩余電流、線纜溫度等火災危險參數進行實時監控和管理。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、可燃氣體的室內場所，安裝獨立式煙感或可燃氣體探測器，檢測這些場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

適用于物業租賃方對出租物業的能源收費管理，支持水電一體化收費管理，具備租戶開戶、銷戶、退差操作，支持分時電價和階梯電價設置和功率過載閾值設置，可對接支付應用程序實現自助支付。

圖14 能耗收費管理

充電樁運營管理

當用戶要管理多個充電站的充電樁時可把充電樁自助接入平臺，實現對充電樁狀態的監測和掃碼、刷卡充電收費管理。在用電高峰期如充電負荷過高超出供電變壓器承受范圍還可以自動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 充電樁運營管理

照明控制管理

可遠程控制照明設備的開關，并可以根據光照度、經緯度日出日落時間和時間設置策略來自動控制燈光，節約照明能源。

圖16 照明控制管理

碳排放分析

統計用戶的碳排放量并追蹤碳排放足跡，提供碳排放清單，進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，還具備現場傳感器、智能網關等設備，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品、電能質量在線監測裝置、電能質量治理、照明控制、新能源充電樁、電氣消防類解決方案等，可以為企業微電網數字化提供一站式服務能力，部分設備見表1。

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5 結語

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上的支持。AcrelEMS企業微電網能效管理系統和Acrel-EIOT能源物聯網平臺配合安科瑞感知設備，為各行業大中小微型用戶提供個性化能源管理方案，支持用戶對能源系統的數字化監測和多源自動協同管理，幫助用戶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。