摘   要：高校構(gòu)建電力能源智能管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對高校電力能源消耗的實時監(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)測各個設(shè)備的用電情況，并通過數(shù)據(jù)的取得、整合、匯總來實現(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)定地運行，實現(xiàn)了設(shè)備電力參數(shù)的實時采集，并且通過標準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)，進而對電力設(shè)備實現(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、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)和運行調(diào)控主要存在以下共性問題：（1）缺乏合理可行的指標。當前指標反映的是宏觀層面的總體能耗情況，年度靜態(tài)評價方法無法實現(xiàn)高校用能事前預(yù)測、事中判斷的動態(tài)評價。（2）缺乏針對用能精細化管理的集“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)。取得過管理方法僅依靠四大分項的計量系統(tǒng)，立足于單棟建筑而非整個校園，顆粒度過大，無法實現(xiàn)不同用能空間和用能系統(tǒng)的技術(shù)對標。（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化管理的節(jié)能評價指標體系、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“準確評價、能耗監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析、動態(tài)對標、節(jié)能準確診斷、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)，并進行應(yīng)用示范。

1 “校園總能耗＋功能建筑分能耗"的雙控指標體系

  確定了高校用能特征體系，包括指標類型、主要用能種類、不同類型高校的典型用能指標、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比例以及不同功能建筑全年逐月用能特點。建立了以不同功能建筑能耗為評價指標的評價方法，完善了高校目前以總能耗為判定指標的能耗評價體系，形成“校園總能耗＋功能建筑分能耗"的雙控指標體系。

2 校園能耗監(jiān)測、用能評價和節(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警方法的用能精細化管理

  引入適合實時計算的高精度支持向量機（Support Vector Machine, SVM）算法，通過對歷史能耗時間序列、氣象數(shù)據(jù)進行建模，預(yù)測未來時刻的能源消耗，預(yù)測值作為動態(tài)定額指標，提高了能源定額管理的準確性。實際操作中，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%，有利于工程化實施。

基于水電氣能耗數(shù)據(jù)、機電系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)、重點區(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)能力的用能報警系統(tǒng)。實現(xiàn)了通過手機、大屏、手持終端等多種方式將報警信息實時發(fā)送給維護服務(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

  實現(xiàn)了空調(diào)本體狀態(tài)以及各房間實時溫濕度的采集，同時實現(xiàn)按照區(qū)域（如按房間、樓層、部門、建筑）或時間（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，實現(xiàn)學校對空調(diào)用能的準確管控。

4.2 學生公寓熱水系統(tǒng)及優(yōu)化控制策略

  建立分布式太陽能集熱器、空氣源熱泵及燃氣鍋爐的集中系統(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間未到而造成的棄熱現(xiàn)象，實現(xiàn)利用太陽能。冬季通過建立水溫、水位、比熱容等參數(shù)的耦合計算模型，根據(jù)逐時熱量需求形成空氣源熱泵的啟停策略進行動態(tài)準確控制。在滿足水位高度要求的前提下，蓄水熱量不滿足需求時才開啟空氣源熱泵，顯著減少了空氣源熱泵的開啟時間，

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)電量進行逐時計量和儲存。基于校園園區(qū)處于海邊、風力常年較大的特征選擇了有力矩偏移功能可以保護風機的風光互補系統(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、后勤計費管理、校園運維管理等提供高校的信息化管理平臺。從“源、網(wǎng)、荷、儲、充"多個角度解析高校當下及未來的用能問題及用能需求，在統(tǒng)一的需求下“實現(xiàn)能源互補、信息互通"等管理模式。助力學校管理智能化、數(shù)字化、綜合化，實現(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時在線監(jiān)控、能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、空調(diào)智能管理、用能排名、節(jié)能評估、宿舍惡性負載監(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)拓撲

7 高校綜合能效解決方案

7.1校園電力監(jiān)控與運維

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

7.2后勤計費管理

  采用先進的網(wǎng)絡(luò)抄表付費管理技術(shù)，實現(xiàn)電、水、氣等能源綜合計費，實現(xiàn)遠程抄表、費率設(shè)置、 賬單統(tǒng)計匯總等，支持微信、支付寶、一卡通等充值支付方式，可設(shè)置補貼方案。通過能源付費管理方式，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

  針對學生宿舍用電進行管理控制：可批量下發(fā)基礎(chǔ)用電額度和定時通斷功能；可進行惡性負載識別，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

  針對校園超市、商鋪、食堂及其他針對個體的水電用能進行預(yù)付費管理

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，實現(xiàn)校園內(nèi)任一線路，任一個路燈的定時 開關(guān)、強制開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)，以及定時控制方案靈活設(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行統(tǒng)計分析，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行采集和統(tǒng)計的各類建筑耗電數(shù)據(jù)。如辦公類建筑耗電、教學類建筑耗電、學生宿舍耗電等，對數(shù)據(jù)分門別類的分析，提供領(lǐng)導決策，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表、圖表以及系統(tǒng)性的能耗審計報告，能夠監(jiān)測能耗設(shè)備的運行狀態(tài)，設(shè)置控制策略，達到節(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)、云計算等現(xiàn)代信息技術(shù)，將分散的火災(zāi)自動報警設(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)進行智能化感知、識別、定位，實時動態(tài)采集消防信息，通過云平臺進行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實多元責任監(jiān)管等目標。實現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實現(xiàn)智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統(tǒng)化"需求。從火災(zāi)預(yù)防，到火情報警，再到控制聯(lián)動，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺內(nèi)運行，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)備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現(xiàn)細節(jié)隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內(nèi)，相關(guān)報警和事件信息通過手機短信、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相關(guān)人員。

8.平臺部署硬件選型

8.1電力監(jiān)控與運維平臺

8.2后勤計費管理

8.2.1宿舍/商業(yè)預(yù)付費平臺

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，實現(xiàn)高校節(jié)能減排，建設(shè)綠色校園的目標。