安科瑞 陳聰

為加快推進國家“雙碳"戰(zhàn)略和新型能源體系建設，努力實現(xiàn)負荷準確控制和用戶精細化管理，按照“政府主導、電網(wǎng)組織、政企協(xié)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(lǐng)域數(shù)字化改革邁出了實質(zhì)性的關(guān)鍵一步，對加快推進新型能源體系建設、實施能源大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略、發(fā)展數(shù)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(shù)據(jù)管理中心已接入寧波1萬余戶規(guī)上企業(yè)及3079家用能企業(yè)用能數(shù)據(jù)、698個公共建筑單位空調(diào)負荷數(shù)據(jù)，上線了公共建筑空調(diào)負荷管理、產(chǎn)業(yè)園能源管理、綠色工廠能源監(jiān)測等20余項能源大數(shù)據(jù)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(jié)合城市新型智慧能源體系對能源數(shù)字化系統(tǒng)的要求和安科瑞能源數(shù)字化技術(shù)，為能源互聯(lián)、交互以及協(xié)調(diào)優(yōu)化，持續(xù)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(tǒng)概述

傳統(tǒng)的能源管理系統(tǒng)模式圍繞單一主體進行電力等能源的監(jiān)測已經(jīng)無法滿足新型能源體系需求，而科學、系統(tǒng)性的綜合智慧能源管理采用大數(shù)據(jù)信息集成模式,既實現(xiàn)了對新能源消納的優(yōu)化和能源利用效率的改善,還實現(xiàn)了單一設備節(jié)能向智能化、系統(tǒng)化等方向轉(zhuǎn)變。綜合智慧能源管理系統(tǒng)實現(xiàn)了對能源系統(tǒng)各個單元的數(shù)據(jù)進行采集和監(jiān)測、預測與管理,從而為高質(zhì)量利用能源和提供服務打下了良好的基礎(chǔ)，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(tǒng)根據(jù)動態(tài)能源價格機制，以電網(wǎng)、分布式發(fā)電、儲能系統(tǒng)、可調(diào)負荷、電動汽車充電樁為物理基礎(chǔ),根據(jù)不同階段的電力需求進行自動調(diào)節(jié),保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。總體上來說,綜合智慧能源管理系統(tǒng)已經(jīng)成為新型能源體系建設的重要環(huán)節(jié)。

2. 綜合智慧能源管理系統(tǒng)總體架構(gòu)

綜合智慧能源管理系統(tǒng)的參與方很多，包括電網(wǎng)、能源服務商、大中小微用能企業(yè)甚至個人等，這是一個需要多方參與的系統(tǒng)，系統(tǒng)需要有很好的兼容性和易用性。首先,系統(tǒng)的設計需要支持多種工業(yè)接口的應用,如第三方系統(tǒng)接口、智能感知設備接口以及用能設備等。其次,系統(tǒng)需要支持方便的數(shù)據(jù)獲取和互動，包括移動端APP、小程序、WEB端等。此外,系統(tǒng)需要接入的智能設備分布廣，數(shù)量大，可以根據(jù)實際需求和網(wǎng)絡情況,實現(xiàn)有線和無線混合組網(wǎng)模式，能夠?qū)崿F(xiàn)對各種能源的數(shù)據(jù)進行采集、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(tǒng)架構(gòu)

3. 綜合智慧能源管理系統(tǒng)軟件架構(gòu)

軟件架構(gòu)主要包括感知層、數(shù)據(jù)層、應用層、展現(xiàn)層，如圖2所示。感知層是由現(xiàn)場保護、測量、控制設備和其它子系統(tǒng)組成，通過有線/無線方式傳輸至數(shù)據(jù)中臺；中臺負責數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、存儲和交互，并分發(fā)給各類應用層；應用層根據(jù)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(shù)據(jù)，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(tǒng)可以實現(xiàn)對多種類型的能源介質(zhì)數(shù)據(jù)進行實時的采集和監(jiān)控,并利用數(shù)字化技術(shù)更加直觀地對能源數(shù)據(jù)進行展示和調(diào)控，使能源得到更好的利用。

圖2 綜合智慧能源管理系統(tǒng)軟件架構(gòu)

4. 安科瑞綜合智慧能源管理系統(tǒng)的應用

AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理系統(tǒng)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(tǒng)。AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理系統(tǒng)是針對行業(yè)用戶的能源管理平臺，包括醫(yī)療建筑、教育建筑、高速公路、電子廠房等，提供基于行業(yè)特點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(shù)量眾多的物聯(lián)網(wǎng)設備，提供免調(diào)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(shù)據(jù)，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(yè)技能要求，目前已經(jīng)為多個國家的用戶提供能源數(shù)據(jù)服務。兩套系統(tǒng)基于同樣的數(shù)據(jù)中臺，衍生不同的應用為不同類型的用戶提供覆蓋“源網(wǎng)荷儲充維"一體化的能源管理解決方案，并根據(jù)用戶設置的策略來管理能源的使用和調(diào)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(tǒng)應用

AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理系統(tǒng)提供基于行業(yè)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(tǒng)接口協(xié)議，融合企業(yè)微電網(wǎng)電力監(jiān)控、能耗統(tǒng)計、電能質(zhì)量分析及治理、智能照明控制、主要用能設備監(jiān)控、充電樁運營管理、分布式光伏監(jiān)控、儲能管理等功能，通過一個平臺即可全局、整體的對企業(yè)電網(wǎng)進行進行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一運維，滿足企業(yè)用電可靠、安全、節(jié)約、有序用電要求。平臺支持中英文切換，現(xiàn)已應用于多個行業(yè)和地區(qū)用戶側(cè)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(shù)據(jù)，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(jiān)控

對企業(yè)高低壓變配電系統(tǒng)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(guān)設備的電氣參數(shù)、運行狀態(tài)、接點溫度進行實時監(jiān)測和控制，監(jiān)測企業(yè)微電網(wǎng)主要回路的電能質(zhì)量并進行治理，對故障及時處理并發(fā)出告警信息，提高企業(yè)供電可靠性。

圖4 電力監(jiān)控功能

能耗分析

采集企業(yè)電、水、燃氣等能源消耗，進行分類分項能耗統(tǒng)計，計算單位面積或單位產(chǎn)品的能耗數(shù)據(jù)以及趨勢，對標主要用能設備能效進行能效診斷，計算企業(yè)碳排放，為企業(yè)制定碳達峰、碳中和路線提供數(shù)據(jù)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(jù)企業(yè)情況實現(xiàn)定時控制、光照感應控制、場景控制、調(diào)光控制等，并結(jié)合紅外傳感器、超聲波傳感器，實現(xiàn)人來燈亮、人走燈滅，并可以根據(jù)系統(tǒng)的控制策略實現(xiàn)集中控制，為企業(yè)節(jié)約照明用電。

圖6照明控制功能

分布式光伏監(jiān)控

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

圖7 分布式光伏發(fā)電監(jiān)測

儲能管理

監(jiān)測儲能系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)(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(jù)企業(yè)峰谷特點和電價波動以及上級平臺指令設置儲能系統(tǒng)的充放電策略，控制儲能系統(tǒng)充放電，實現(xiàn)削峰填谷，降低企業(yè)用電成本。  

圖8 儲能管理

充電樁運營管理 

監(jiān)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(jiān)測功能，并根據(jù)企業(yè)負荷率變化和虛擬電廠的調(diào)度指令調(diào)節(jié)充電樁的充電功率，使企業(yè)微電網(wǎng)穩(wěn)定安全運行。

圖9 充電樁管理

4.2 基于大數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中臺，執(zhí)行統(tǒng)一的上下行數(shù)據(jù)標準，為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)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(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(shù)據(jù)服務，無需關(guān)注平臺本身，不再需要知道下行硬件的結(jié)構(gòu)和協(xié)議，不需要用戶有專業(yè)的知識即可使用，目前已經(jīng)多個國家的用戶提供基于安科瑞產(chǎn)品的能源數(shù)據(jù)服務。

自定義駕駛艙

可根據(jù)用戶的關(guān)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(diào)、照明等各種設備的能耗統(tǒng)計、收益統(tǒng)計、運維情況等。

圖10 能源物聯(lián)網(wǎng)駕駛艙定義

數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)監(jiān)測

 實時監(jiān)測各配電柜的電壓、電流等電力參數(shù)，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控。實時監(jiān)測各配電室溫濕度、煙感、水浸等環(huán)境參數(shù)。監(jiān)視變壓器的運行狀態(tài)及用能參數(shù)，測算損耗，找出經(jīng)濟運行區(qū)間，降低能源損耗。

圖11 數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測

能耗統(tǒng)計分析

主要是對能耗的數(shù)據(jù)、能耗分項以及區(qū)域能耗和能耗指標等進行統(tǒng)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(jù)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(tǒng)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(shù)進行實時監(jiān)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(nèi)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(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?qū)崿F(xiàn)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(xiàn)對充電樁狀態(tài)的監(jiān)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(guān)，并可以根據(jù)光照度、經(jīng)緯度日出日落時間和時間設置策略來自動控制燈光，節(jié)約照明能源。

圖16 照明控制管理

碳排放分析

統(tǒng)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(tǒng)除了軟件外，還具備現(xiàn)場傳感器、智能網(wǎng)關(guān)等設備，組成了完整的“云-邊-端"數(shù)字化體系，具體包括高低壓配電綜合保護和監(jiān)測產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、電能質(zhì)量治理、照明控制、新能源充電樁、電氣消防類解決方案等，可以為企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化提供一站式服務能力，部分設備見表1。

綜合智慧能源管理系統(tǒng)設計和應用為新型能源體系的能源數(shù)字化管理提供了解決方案，為系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)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(tǒng)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)大中小微型用戶提供個性化能源管理方案，支持用戶對能源系統(tǒng)的數(shù)字化監(jiān)測和多源自動協(xié)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(wěn)定安全的新型能源體系貢獻力量。