能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在智能工業(yè)園區(qū)的應(yīng)用

高宇

摘 要：本文簡(jiǎn)要介紹能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在智能工業(yè)園區(qū)當(dāng)中的概念、含義以及應(yīng)用方式，同時(shí)系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)樓與能源的監(jiān)測(cè)與管理。通過(guò)能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)園區(qū)環(huán)境的舒適性、美觀性改善，同時(shí)保障整個(gè)能源消耗的減少和控制，保障工業(yè)園區(qū)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的最大化。

關(guān)鍵詞：能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng);智能工業(yè)園區(qū);應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TU855 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）12-0037-02

0 引言

伴隨著社會(huì)的持續(xù)性發(fā)展以及工業(yè)、建筑業(yè)的持續(xù)性發(fā)展，環(huán)境污染問(wèn)題也在不斷的加重。我國(guó)約有90%以上的大型建筑、工業(yè)園區(qū)屬于典型的耗電大戶，在能源供應(yīng)需求不斷加重的當(dāng)下，采取各種途徑實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能改善工作均有著顯著的意義和價(jià)值。對(duì)于建筑執(zhí)行能源消耗的管理以及效果的評(píng)價(jià)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑運(yùn)營(yíng)期間的能源消耗控制，其中空調(diào)、采暖、電梯以及照明等設(shè)備的能耗均會(huì)有明顯的減少，這也是提升工業(yè)園區(qū)經(jīng)營(yíng)成本的有效途徑。對(duì)此，探討能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在智能工業(yè)園區(qū)的應(yīng)用具備顯著實(shí)際價(jià)值。

福建省電子產(chǎn)業(yè)基地科學(xué)工業(yè)園內(nèi)共規(guī)劃了5棟一至五層廠房（層高均小于24.0m）、1棟12層產(chǎn)業(yè)孵化廠房（高度為56.5m）、1棟6層六號(hào)廠房（高度為23.9m）及4棟9層倒班宿舍（高度均小于32.0m），五處傳達(dá)室，埋地式生產(chǎn)廢水處理站五處?？傆玫孛娣e208326.41平方米，總建筑面積360134.07平方米，其中地上建筑面積352930.92平方米，地下建筑面積7203.15平方米，建筑密度32.24%，綠化率18.61%。

本工程在二號(hào)廠房一層設(shè)置一個(gè)開(kāi)閉所，另在各廠房?jī)?nèi)一層及1#宿舍樓一層各設(shè)置1個(gè)10/0.4kV變電所（共8個(gè)），福州市政電網(wǎng)提供三路10kV電源至低區(qū)開(kāi)閉所。各10/0.4kV變電所10kV電源引自廠區(qū)內(nèi)開(kāi)閉所，除6#（產(chǎn)業(yè)孵化廠房）和8#（宿舍區(qū)）10/0.4kV變電所要求引入雙重10kV電源，其余1#～5#變電所以及7#10/0.4kV變電所均引入一路10kV電源，為滿足本區(qū)內(nèi)二級(jí)及以上負(fù)荷等重要負(fù)荷的供電要求，另在各10/0.4kV變配電房旁另設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)一臺(tái)。

由于此工業(yè)園區(qū)面積大，變配電房、配電間和用電設(shè)備多且分散，地理位置離市區(qū)較偏遠(yuǎn)，人員招聘難且費(fèi)用高。為提高效率減少工作人員數(shù)量，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，在園區(qū)設(shè)計(jì)建設(shè)時(shí)提出并要求增加能源管理系統(tǒng)和電力監(jiān)控系統(tǒng)，納入智能工業(yè)園區(qū)智能化管理系統(tǒng)。所有主路電力開(kāi)關(guān)設(shè)備選型上采用有數(shù)據(jù)通信接口的智能化開(kāi)關(guān)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制。為提升工業(yè)園區(qū)的能源供應(yīng)提供了可靠的數(shù)據(jù)保證。

1 能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

智能工業(yè)園區(qū)的能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是針對(duì)園區(qū)當(dāng)中的供電、照明、通風(fēng)、供熱、安防等系統(tǒng)實(shí)行綜合性調(diào)控與整合，并借助智能化的測(cè)量、園區(qū)配電的自動(dòng)化處理以及分布式能源監(jiān)測(cè)等系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶能源供應(yīng)、用戶設(shè)備調(diào)控、園區(qū)分布式能源應(yīng)用以及儲(chǔ)能設(shè)備的監(jiān)控、分析以及評(píng)估管理等操作，并以用戶的需求為目標(biāo)做好能源管理工作，提供微網(wǎng)的獨(dú)立性運(yùn)行，保障能源的情節(jié)性以及環(huán)境污染的最小化，并提升用戶的能源使用效率[1]。智能測(cè)量則屬于對(duì)智能工業(yè)園區(qū)的能源使用信息實(shí)現(xiàn)檢測(cè)并采集的一個(gè)系統(tǒng)，其能夠?yàn)槠渌到y(tǒng)提供信息的支持。智能工業(yè)園區(qū)的配電自動(dòng)化系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)樓宇配電系統(tǒng)的智能化開(kāi)關(guān)、用電設(shè)備的監(jiān)測(cè)以及故障自動(dòng)監(jiān)測(cè)、隔離以及報(bào)告，并且對(duì)于樓宇的供熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)針對(duì)性的管控。園區(qū)的分布式能源則是通過(guò)樓宇的不同分布式能源儲(chǔ)備系統(tǒng)以及冷熱負(fù)荷、監(jiān)控、保護(hù)裝置等形成一個(gè)集成化系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備一定的電網(wǎng)錯(cuò)峰運(yùn)行功能，同時(shí)可以應(yīng)用清潔能源以及節(jié)能減排等效益。

能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠應(yīng)用自動(dòng)化控制的方式通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同設(shè)備的針對(duì)性監(jiān)控與管理，并促使不同子系統(tǒng)設(shè)備始終處于一個(gè)高效配合、有序運(yùn)行的狀態(tài)，從而保障建筑的舒適性以及安全性，并實(shí)現(xiàn)能源消耗的減少和控制。

2 能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

下面以變配電設(shè)備的監(jiān)測(cè)為例進(jìn)行系統(tǒng)化分析。變配電設(shè)備監(jiān)測(cè)屬于能源監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)，只需要低壓配電支路，將建筑區(qū)域安裝機(jī)電設(shè)備功能進(jìn)行合理分配，并對(duì)出線的電路實(shí)行全面監(jiān)測(cè)并計(jì)量，便可以獲取該建筑區(qū)域的機(jī)電設(shè)備能源消耗情況，從而更好的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析與監(jiān)督管理[2]。通過(guò)總結(jié)分析，認(rèn)為變配電設(shè)備的監(jiān)測(cè)主要的技術(shù)方案有兩個(gè)方面。

2.1 園區(qū)自控系統(tǒng)子

這一方案與Honeywe11 EBI系統(tǒng)相似。在智能園區(qū)當(dāng)中構(gòu)建一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)并作為變配電設(shè)備的監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，借助系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)設(shè)備的監(jiān)視與管理，但是管理行為只體現(xiàn)在行業(yè)管理不能直接控制，普遍的監(jiān)測(cè)功能包括高壓側(cè)的電壓電流功率以及功率因數(shù);變壓器的溫度;變壓器的電流功率電壓以及功率因素;部分直線的電流電壓以及功率;高壓進(jìn)出線以及二路僅限的聯(lián)絡(luò)線斷路器工作狀態(tài)并在異常時(shí)報(bào)警;變配電設(shè)備的監(jiān)測(cè)，實(shí)行開(kāi)關(guān)與故障的開(kāi)關(guān)量設(shè)置，借助DDC控制器實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳播，并對(duì)電壓、電流等實(shí)現(xiàn)模擬量控制?？刂品绞接袃煞N，一種是借助對(duì)電壓變送器、電流變送器的信號(hào)轉(zhuǎn)換成為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)并接入DDC控制器，另一種則是借助多功能組合式的儀表并接入到電力主線路當(dāng)中，測(cè)量電流電壓顯示Modbus通訊協(xié)議，并借助網(wǎng)管接入監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。第二種方式相對(duì)而言在監(jiān)測(cè)的及時(shí)性、精確度以及安裝維護(hù)方面的便捷性有一定優(yōu)勢(shì)，其能夠以CROMPTON的integra多功能數(shù)字表等設(shè)備為例進(jìn)行應(yīng)用。電壓電流的監(jiān)測(cè)精度可以達(dá)到0.1%，并且可以用一塊表實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)線路和設(shè)備的信息監(jiān)測(cè)。

2.2 專用變配電監(jiān)控系統(tǒng)

這一方案與ABB的ESD-3000系統(tǒng)相似。通過(guò)專用的變配電監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行管理，這一類系統(tǒng)普遍是按照變配電系統(tǒng)針對(duì)性的設(shè)計(jì)的，其能夠?qū)崿F(xiàn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、運(yùn)行量的監(jiān)測(cè)、電能的質(zhì)量判斷以及遠(yuǎn)程控制、報(bào)警提示、邏輯管理以及報(bào)表生成等。這一種監(jiān)控系統(tǒng)本身的使用可靠度以及功能有明顯的拓展，能夠顯著提升用電的管理效率，可以更好的提高供電的質(zhì)量以及電壓的合格率，最大程度的降低運(yùn)行維護(hù)的成本。

專用的變配電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要功能包含：電源的監(jiān)測(cè)?？梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)高壓、低壓電源的進(jìn)出線電流電壓功率以及功率因素的監(jiān)測(cè)，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)供電量的計(jì)算;變壓器的監(jiān)測(cè)?？梢詼?zhǔn)確記錄變壓器的運(yùn)行溫度、風(fēng)冷痛風(fēng)情況以及變壓器的油溫、油位等信息;可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同電壓負(fù)荷、電流以及功率的監(jiān)測(cè)，并將所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)與閾值進(jìn)行對(duì)比分析，在超過(guò)閾值時(shí)將優(yōu)先級(jí)較低的運(yùn)行設(shè)備暫停工作;線路狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。主要是針對(duì)高壓的進(jìn)出線以及二路僅限的連接線進(jìn)行斷路器的控制，同時(shí)進(jìn)行報(bào)警處理;用電源控制。電源供電在中斷時(shí)可以自動(dòng)啟動(dòng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)在恢復(fù)之后及時(shí)停止備用電源并在倒閘后恢復(fù)正常供電。期間可以借助高低壓的控制柜實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的轉(zhuǎn)換，這對(duì)于系統(tǒng)的節(jié)能控制以及能源的合理應(yīng)用有著顯著的推動(dòng)作用;供電恢復(fù)的控制。在供電恢復(fù)正常的情況下，可以根據(jù)之前所設(shè)定的有限性程度規(guī)定，啟動(dòng)不同的用電設(shè)備，并快速恢復(fù)正常的運(yùn)行狀態(tài)，可以有效的規(guī)避各種設(shè)備運(yùn)行故障問(wèn)題，同時(shí)還可以促使供電系統(tǒng)及時(shí)跳閘。

專用變配電監(jiān)控系統(tǒng)的控制功能相對(duì)較多，例如可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓、低壓進(jìn)出線以及連接線的斷路器控制，對(duì)于主要線路的斷路器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控，例如可以及時(shí)開(kāi)關(guān)水泵房、供熱站供電的斷路器。對(duì)于電動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)智能化控制，借助電源饋線可以及時(shí)作出對(duì)電流以及接地的保護(hù)，在三相不平等時(shí)可以及時(shí)合閘并啟用備用電源。對(duì)于變壓器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)及時(shí)的分析，在出現(xiàn)內(nèi)部故障、過(guò)載或過(guò)熱保護(hù)時(shí)可以及時(shí)斷路。在備用的發(fā)電機(jī)監(jiān)測(cè)方面，專用變配電監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)線路的電氣參數(shù)監(jiān)測(cè)以及發(fā)電機(jī)的運(yùn)行功能監(jiān)測(cè)，同時(shí)做好發(fā)電機(jī)與線路的運(yùn)行狀態(tài)、相關(guān)線路的開(kāi)關(guān)控制情況以及直流電源的供電裝等。另外，專用變配電監(jiān)控系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)變電所的保護(hù)。

專用變配電監(jiān)控系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)層當(dāng)中主要層包含設(shè)備、通訊以及系統(tǒng)后臺(tái)主站。設(shè)備層抓喲是監(jiān)測(cè)的裝置、繼電保護(hù)器相關(guān)裝置、用電設(shè)備以及PLC等前端的各種設(shè)備。設(shè)備層主要是完成數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)以及保護(hù)操作的執(zhí)行，同時(shí)及時(shí)性愛(ài)你部分電力現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)獲取以及信息裝調(diào)的監(jiān)測(cè)，及時(shí)將所獲取的信息發(fā)送到系統(tǒng)后臺(tái)主站，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)通訊層次的數(shù)據(jù)傳輸，從而準(zhǔn)確執(zhí)行各種操作的動(dòng)作[4];通訊層主要是在電力運(yùn)行期間，將通訊的前端設(shè)備與通訊間隔層當(dāng)中的不同子站以相關(guān)部分進(jìn)行針對(duì)性的線路與設(shè)備監(jiān)控，同時(shí)形成一個(gè)相互不影響、不干擾的獨(dú)立性系統(tǒng)，其本身具備較強(qiáng)的獨(dú)立性與穩(wěn)定性，通訊間隔層主要職責(zé)在于不同邏輯層的通訊，可以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，準(zhǔn)確獲取設(shè)備層所提供的各種信息，在處理打包之后通過(guò)通訊層傳輸?shù)街髡?，并借助主站的分析處理將監(jiān)測(cè)與控制操作的命令傳輸?shù)皆O(shè)備層，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)循環(huán)性的信息傳輸以及操作控制的實(shí)現(xiàn);系統(tǒng)后臺(tái)主站則是中心控制室當(dāng)中的計(jì)算機(jī)設(shè)備，后臺(tái)主站主要的職責(zé)在于中間層與設(shè)備層之間的通訊，在數(shù)據(jù)分析的同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)各種操作命令的下達(dá)。

2.3 兩種方式的對(duì)比和聯(lián)合應(yīng)用

通過(guò)對(duì)兩種方式的對(duì)比之后發(fā)現(xiàn)，專用變配電監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于專業(yè)性以及應(yīng)用范圍范圍光甲突出，在功能方面更完善和豐富，并且數(shù)據(jù)的分析以及報(bào)表的總結(jié)更加理想，可以更好的實(shí)現(xiàn)集成化的管理，同時(shí)也能夠在特殊情況下獨(dú)立運(yùn)行，但是整體成本相對(duì)于前者要高出許多。前者屬于園區(qū)控制系統(tǒng)當(dāng)中的一個(gè)子系統(tǒng)，所以只能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)部分?jǐn)?shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，但是這一些監(jiān)測(cè)功能基本可以滿足智能樓宇的監(jiān)測(cè)需求，可以借助輸出Execl電子表格并通過(guò)表格當(dāng)中的報(bào)表功能以及數(shù)據(jù)功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析處理，但偶爾需要借助二次軟件或人工的方式才可以完成數(shù)據(jù)分析。因此，電子產(chǎn)業(yè)基地科學(xué)工業(yè)園采用能源管理系統(tǒng)作為系統(tǒng)集成的整體管理系統(tǒng)，變配電力監(jiān)控系統(tǒng)作為子系統(tǒng)對(duì)電力安全運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測(cè)管理。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在智能工業(yè)園區(qū)中能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的合理應(yīng)用能夠?qū)@區(qū)能耗實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確性控制，同時(shí)借助數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采集可以準(zhǔn)確了解每一個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、能源消耗并提供報(bào)警與歷史數(shù)據(jù)查詢等服務(wù)，結(jié)合實(shí)際的運(yùn)行情況、負(fù)荷需求不斷調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行狀況，并按照新能源供電模式以及設(shè)備配置決策并執(zhí)行最佳的能源控制方案，從而真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)園區(qū)智能化。

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