摘   要：高校構(gòu)建電力能源智能管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對高校電力能源消耗的實(shí)時(shí)監(jiān)測、分析預(yù)警和輔助決策。系統(tǒng)通過能效管理技術(shù)監(jiān)測各個(gè)設(shè)備的用電情況，并通過數(shù)據(jù)的取得、整合、匯總來實(shí)現(xiàn)能源的績效管理。系統(tǒng)從全局出發(fā)，整體調(diào)控電力設(shè)備安全穩(wěn)定地運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備電力參數(shù)的實(shí)時(shí)采集，并且通過標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口和成熟的校園網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳到能源管理系統(tǒng)，進(jìn)而對電力設(shè)備實(shí)現(xiàn)全面而有效的監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：能耗監(jiān)測；能耗管理；電力管理；高校節(jié)能

0 引言

  高校是集教學(xué)、科研和生活于一體的大型園區(qū)，人員高度密集，建筑功能類型多，能耗總量較大。高校校園節(jié)能管理壓力大,高校節(jié)能技術(shù)和運(yùn)行調(diào)控主要存在以下共性問題：（1）缺乏合理可行的指標(biāo)。當(dāng)前指標(biāo)反映的是宏觀層面的總體能耗情況，年度靜態(tài)評價(jià)方法無法實(shí)現(xiàn)高校用能事前預(yù)測、事中判斷的動態(tài)評價(jià)。（2）缺乏針對用能精細(xì)化管理的集“校園能耗監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析和節(jié)能管理”三位一體的能耗監(jiān)測系統(tǒng)。現(xiàn)有管理方法僅依靠四大分項(xiàng)的計(jì)量系統(tǒng)，立足于單棟建筑而非整個(gè)校園，顆粒度過大，無法實(shí)現(xiàn)不同用能空間和用能系統(tǒng)的技術(shù)對標(biāo)。（3）缺乏針對高校特征的適宜節(jié)能技術(shù)和智能調(diào)控策略。因此，需要建立針對校園用能精細(xì)化管理的節(jié)能評價(jià)指標(biāo)體系、能耗監(jiān)測系統(tǒng)成套技術(shù)和高校節(jié)能適宜技術(shù)體系，最后，形成集“準(zhǔn)確評價(jià)、能耗監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析、動態(tài)對標(biāo)、節(jié)能準(zhǔn)確診斷、適宜技術(shù)研發(fā)、智能管控策略優(yōu)化”為一體的綜合節(jié)能技術(shù)，并進(jìn)行應(yīng)用示范。

1 “校園總能耗＋功能建筑分能耗”的雙控指標(biāo)體系

  確定了高校用能特征體系，包括指標(biāo)類型、主要用能種類、不同類型高校的典型用能指標(biāo)、不同功能建筑類型的能耗水平分布、不同類型高校的能耗分項(xiàng)比例以及不同功能建筑全年逐月用能特點(diǎn)。建立了以不同功能建筑能耗為評價(jià)指標(biāo)的評價(jià)方法，完善了高校目前以總能耗為判定指標(biāo)的能耗評價(jià)體系，形成“校園總能耗＋功能建筑分能耗”的雙控指標(biāo)體系。

2 校園能耗監(jiān)測、用能評價(jià)和節(jié)能診斷成套技術(shù)

  引入企業(yè)服務(wù)總線（Enterprise Service Bus， ESB）來構(gòu)建能耗監(jiān)測平臺，保持各系統(tǒng)數(shù)據(jù)的分布現(xiàn) 狀，將高校各個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過協(xié)議包裝成服務(wù)，注冊 到 ESB，通過 ESB 提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù)，通過統(tǒng)一的 數(shù)據(jù)接口為用戶提供多種服務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在邏輯上的融 合。該系統(tǒng)投資較小，大大降低了數(shù)據(jù)搬遷難度，數(shù)據(jù) 準(zhǔn)確度高，適合高校能耗監(jiān)測平臺建設(shè)

3 動態(tài)定額測算和智能用能報(bào)警方法的用能精細(xì)化管理

  引入適合實(shí)時(shí)計(jì)算的高精度支持向量機(jī)（Support Vector Machine, SVM）算法，通過對歷史能耗時(shí)間序列、氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，預(yù)測未來時(shí)刻的能源消耗，預(yù)測值作為動態(tài)定額指標(biāo)，提高了能源定額管理的準(zhǔn)確性。實(shí)際操作中，將與預(yù)測定額密切相關(guān)的歷史能耗數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)作為模型的輸入量，以 SVM 算法創(chuàng)建預(yù)測模型。采用了默認(rèn)的 RBF 核函數(shù)，SVM 預(yù)測的相對誤差可降至 1.89%，有利于工程化實(shí)施。

基于水電氣能耗數(shù)據(jù)、機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)、重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)測數(shù)據(jù)和氣象環(huán)保數(shù)據(jù)，形成了主要用能系統(tǒng)健康狀況和安全狀況的智能評估，開發(fā)了具有自適應(yīng)能力的用能報(bào)警系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了通過手機(jī)、大屏、手持終端等多種方式將報(bào)警信息實(shí)時(shí)發(fā)送給維護(hù)服務(wù)人員。

4 適應(yīng)高校用能特征的節(jié)能智慧調(diào)控體系

4.1 高校常用空調(diào)形式的一站式智慧服務(wù)平臺

  實(shí)現(xiàn)了空調(diào)本體狀態(tài)以及各房間實(shí)時(shí)溫濕度的采集，同時(shí)實(shí)現(xiàn)按照區(qū)域（如按房間、樓層、部門、建筑）或時(shí)間（如按日、月、年）的電量獲取和分析展示。建立了基于物聯(lián)網(wǎng)的根據(jù)氣象參數(shù)、用戶用能時(shí)間、行為模式和室內(nèi)溫濕度需求的不同建筑功能的空調(diào)智能集控優(yōu)化方案，并提供健康狀態(tài)監(jiān)測和故障早期預(yù)警，完成全流程的數(shù)字化管理，實(shí)現(xiàn)學(xué)校對空調(diào)用能的準(zhǔn)確管控。

4.2 學(xué)生公寓熱水系統(tǒng)及優(yōu)化控制策略

  建立分布式太陽能集熱器、空氣源熱泵及燃?xì)忮仩t的集中系統(tǒng)及優(yōu)化控制策略。夏季增設(shè)太陽能集熱器與水箱之間的回路來充分加熱系統(tǒng)各水箱的蓄水，以解決太陽能集熱水箱過熱但由于用水時(shí)間未到而造成的棄熱現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)利用太陽能。冬季通過建立水溫、水位、比熱容等參數(shù)的耦合計(jì)算模型，根據(jù)逐時(shí)熱量需求形成空氣源熱泵的啟停策略進(jìn)行動態(tài)準(zhǔn)確控制。在滿足水位高度要求的前提下，蓄水熱量不滿足需求時(shí)才開啟空氣源熱泵，顯著減少了空氣源熱泵的開啟時(shí)間，

4.3 基于室內(nèi)溫度、濕度、光照度的遮陽百葉智能調(diào)控策略

  結(jié)合光照特征、外窗形狀和開啟方式，完成對高校圖書館溫度、濕度、光照度和室內(nèi)采光等環(huán)境參數(shù)的監(jiān)控。根據(jù)夏季方位角、高度角對遮陽的影響以及建筑的光環(huán)境特征，建立遮陽板調(diào)控角度和策略，并實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)自動控制調(diào)節(jié)。

5 建立適宜校園園區(qū)場地特征和用能特征的新能源綜合技術(shù)體系

  創(chuàng)新性建立“光伏發(fā)電、遮陽、構(gòu)件一體化 + 停車場”一體化系統(tǒng)，具備光伏發(fā)電、遮陽、新能源汽車充電、停車場等綜合功能。搭建了光伏發(fā)電在線監(jiān)測平臺，對發(fā)電量進(jìn)行逐時(shí)計(jì)量和儲存。基于校園園區(qū)處于海邊、風(fēng)力常年較大的特征選擇了有力矩偏移功能可以保護(hù)風(fēng)機(jī)的風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)，選取高儲能電池和低功率光源以滿足連續(xù)照明能力和抗陰雨天氣能力。

6 安科瑞電氣針對高校推出能效管理解決方案--AcrelEMS-EDU校園綜合能效管理平臺

6.1平臺概述

  AcrelEMS-EDU校園綜合能效管理解決方案針對校園能源統(tǒng)計(jì)、后勤計(jì)費(fèi)管理、校園運(yùn)維管理等提供高校的信息化管理平臺。從“源、網(wǎng)、荷、儲、充”多個(gè)角度解析高校當(dāng)下及未來的用能問題及用能需求，在統(tǒng)一的需求下“實(shí)現(xiàn)能源互補(bǔ)、信息互通”等管理模式。助力學(xué)校管理智能化、數(shù)字化、綜合化，實(shí)現(xiàn)節(jié)能校園、綠色校園、低碳校園。

6.2平臺組成
  AcrelEMS-EDU高校綜合能效管理平臺采用開放的分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要由設(shè)備層、傳輸層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層組成。AcrelEMS-EDU高校綜合能效平臺提供校園用能實(shí)時(shí)在線監(jiān)控、能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、空調(diào)智能管理、用能排名、節(jié)能評估、宿舍惡性負(fù)載監(jiān)管等功能。
6.3平臺架構(gòu)

圖1 安科瑞能效管理方案架構(gòu)拓?fù)?br style="margin: 0px; padding: 0px; list-style-type: none; box-sizing: border-box;" /> 

7 高校綜合能效解決方案
7.1校園電力監(jiān)控與運(yùn)維

  集成設(shè)備所有數(shù)據(jù)，綜合分析、協(xié)同控制、優(yōu)化運(yùn)行，集中調(diào)控，集中監(jiān)控，數(shù)字化巡檢，移動運(yùn)維， 班組重新優(yōu)化整合，減少人力配置。

7.2后勤計(jì)費(fèi)管理
  采用的網(wǎng)絡(luò)抄表付費(fèi)管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電、水、氣等能源綜合計(jì)費(fèi)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表、費(fèi)率設(shè)置、 賬單統(tǒng)計(jì)匯總等，支持微信、支付寶、一卡通等充值支付方式，可設(shè)置補(bǔ)貼方案。通過能源付費(fèi)管理方式，培養(yǎng)用能群體和部門的節(jié)能意識。
7.2.1宿舍用電管理
  針對學(xué)生宿舍用電進(jìn)行管理控制：可批量下發(fā)基礎(chǔ)用電額度和定時(shí)通斷功能；
可進(jìn)行惡性負(fù)載識別，檢測違規(guī)電氣，并可獲取違規(guī)用電跳閘記錄。

7.2.2商鋪水電收費(fèi)
  針對校園超市、商鋪、食堂及其他針對個(gè)體的水電用能進(jìn)行預(yù)付費(fèi)管理

7.2.3充電樁管理平臺
  充電樁在“源、網(wǎng)、荷、儲、充”信息能源結(jié)構(gòu)中是必*。充電樁應(yīng)用管理同樣是校園生活服務(wù)中必*一部分。

7.2.4智能照明管理
  通過對高校路燈的全局監(jiān)測，提供對路燈靈活智能的管理，實(shí)現(xiàn)校園內(nèi)任一線路，任一個(gè)路燈的定時(shí) 開關(guān)、強(qiáng)制開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)，以及定時(shí)控制方案靈活設(shè)置，確保路燈照明的智能控制和高效節(jié)能。

7.3能源管理系統(tǒng)
    針對校園水、電、氣等各類接入能源進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，包含同比分析、環(huán)比分分析、損耗分析等。了解用能總量和能源流向。
    按校園建筑的分類進(jìn)行采集和統(tǒng)計(jì)的各類建筑耗電數(shù)據(jù)。如辦公類建筑耗電、教學(xué)類建筑耗電、學(xué)生宿舍耗電等，對數(shù)據(jù)分門別類的分析，提供領(lǐng)導(dǎo)決策，提高管理效能。
    構(gòu)建符合校園節(jié)能監(jiān)管內(nèi)容及要求的數(shù)據(jù)庫，能自動完成能耗數(shù)據(jù)的采集工作，自動生成各種形式的報(bào)表、圖表以及系統(tǒng)性的能耗審計(jì)報(bào)告，能夠監(jiān)測能耗設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)置控制策略，達(dá)到節(jié)能目的。

7.4智慧消防系統(tǒng)
  智慧消防云平臺基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)，將分散的火災(zāi)自動報(bào)警設(shè)備、電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設(shè)備連接形成網(wǎng)絡(luò)，并對這些設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行智能化感知、識別、定位，實(shí)時(shí)動態(tài)采集消防信息，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)。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”需求。從火災(zāi)預(yù)防，到火情報(bào)警，再到控制聯(lián)動，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺內(nèi)運(yùn)行，用戶、安保人員、監(jiān)管單位都能夠通過平臺直觀地看到每一棟建筑物中各類消防設(shè)備和傳感器的運(yùn)行狀況，并能夠在出現(xiàn)細(xì)節(jié)隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時(shí)間內(nèi)，相關(guān)報(bào)警和事件信息通過手機(jī)短信、語音電話、郵件提醒和APP推送等手段，就迅速能夠迅速通知到達(dá)相關(guān)人員。

8.平臺部署硬件選型
8.1電力監(jiān)控與運(yùn)維平臺

8.2后勤計(jì)費(fèi)管理
8.2.1宿舍/商業(yè)預(yù)付費(fèi)平臺

8.2.2充電樁管理平臺

8.2.3智能照明管理

8.3能源管理系統(tǒng)
 

8.4智慧消防系統(tǒng)
8.4.1電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

8.4.2消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)
 

8.4.3防火門監(jiān)控系統(tǒng)
 

8.4.4消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)
 

9 結(jié)束語
  本文結(jié)合作者所在高校提出了高校電力能源智能管理系統(tǒng)的構(gòu)建設(shè)想，通過分析高校在電力能源管理方面存在的弊端，有針對性的提出高校電力系統(tǒng)改造與智能管理系統(tǒng)建設(shè)的建議，采用大數(shù)據(jù)分析管理的方式方法來保證電力能源的高效利用，實(shí)現(xiàn)高校節(jié)能減排，建設(shè)綠色校園的目標(biāo)。
【參考文獻(xiàn)】
【1】 徐強(qiáng).潘黎 高校校園節(jié)能綜合技術(shù)研究與應(yīng)用[J].上海市建筑科學(xué)研究院有限公司,2019,
【2】 高校綜合能效解決方案2022.5版.
【3】 企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊2022.05版.