能效管理平臺在智慧水務(wù)建設中的應用設計分析

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定  201800

摘要：隨著(zhù)社會(huì )的高速發(fā)展，已經(jīng)進(jìn)入了信息化時(shí)代，數據化智能管理系統在各行各業(yè)都應用廣泛，智慧城市的建設也逐步落地。在智慧城市的建設中，智慧水務(wù)建設是重要的一環(huán)。智慧水務(wù)的建設有助于水務(wù)管理的提升，本文從智慧水務(wù)建設的基本目的入手，介紹智慧水務(wù)建設的現狀與問(wèn)題，以及對未來(lái)智慧水務(wù)發(fā)展的一些思路。

關(guān)鍵詞：智慧水務(wù)；框架設計；能源管理；智能控制

0引言

信息技術(shù)與社會(huì )程度的高速發(fā)展，自動(dòng)智能化已成為所有行業(yè)的共同需求，而 5G 技術(shù)的落地，智慧城市的建設也越來(lái)越深入，智慧水務(wù)是智慧城市建設重要的一環(huán)，如何進(jìn)行智慧水務(wù)建設已成為一個(gè)重要的課題。

1智慧水務(wù)的概念與現狀

1.1智慧水務(wù)的概念

智慧水務(wù)的核心是自動(dòng)智能化的城市水務(wù)管理，這是一個(gè)新興的概念，在業(yè)界還未形成統一的共識。智慧水務(wù)的目的是在進(jìn)行水務(wù)業(yè)務(wù)的辦理與管理過(guò)程中，根據客戶(hù)的實(shí)際需求進(jìn)行人性化，定制化的服務(wù)。表現在管理方面比如：遠程輸水調節、遠程管道檢修等；表現在客戶(hù)方面比如：客戶(hù)可以實(shí)時(shí)通過(guò)手機 APP 查看水的使用情況，在線(xiàn)繳費與在線(xiàn)辦理業(yè)務(wù)等。智慧水務(wù)是自動(dòng)化、智能化、人性化的水務(wù)管理系統，它可以實(shí)現水務(wù)精細化管理，具有效率高、時(shí)效性強等優(yōu)點(diǎn)，是水務(wù)建設未來(lái)的重要方向之一。

1.2智慧水務(wù)的現狀

智慧城市的建設離不開(kāi)智能水務(wù)的建設，如今智能自動(dòng)管理技術(shù)迅猛發(fā)展，水務(wù)建設也要與時(shí)俱進(jìn)，進(jìn)行信息化建設為智慧城市的建設添磚加瓦。根據水務(wù)工作的現狀與信息技術(shù)的應用，智慧水務(wù)的建設應該具有新理念與新方式，通過(guò)利用大數據、實(shí)時(shí)傳感以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，對城市用水的各個(gè)環(huán)節實(shí)現自動(dòng)智能化控制與調配，提高服務(wù)水平，避免水資源浪費，實(shí)現合理配置。智慧水務(wù)是各國水務(wù)建設競爭的新方向，智能水務(wù)的建設需要計量傳感器與管理系統、智能水質(zhì)監測系統、智能水量管理系統、智能廢水處理與回收系統等智能系統配套聯(lián)合實(shí)現水資源的優(yōu)化配置。以及廢水資源的回收處 理及再利用?，F階段，智慧水務(wù)的建設還未完善，存在著(zhù)一系列問(wèn)題，因此在智慧水務(wù)的建設發(fā)展中要注重合理規劃，合理配置，根據實(shí)際情況解決實(shí)際問(wèn)題，提高水資源的利用，避免浪費。

2智慧水務(wù)建設的規劃

智慧水務(wù)的規劃是智慧水務(wù)建設的指導思想，具體有以下幾方面內容。

（1）智慧水務(wù)建設的目標規劃：任何項目的建設與實(shí)施都需要先制定目標，智慧水務(wù)的建設也不例外，從作用來(lái)看，智慧水務(wù)的主體是水務(wù)企業(yè)與城市居民，智慧水務(wù)建設的目標應該是為相關(guān)用戶(hù)提供水務(wù)信息的發(fā)布與業(yè)務(wù)的便捷水務(wù)服務(wù)。因此，在規劃智能水務(wù)建設的目標時(shí)應該將用戶(hù)體驗作為第一目標，將服務(wù)性?xún)热葑鳛橹攸c(diǎn)進(jìn)行設計。

（2）智慧水務(wù)建設的結構規劃：根據智慧水務(wù)建設的目標，智慧水務(wù)的結構應該包括用戶(hù)層面、系統應用、數據中心與硬件建設等結構。

第一、系統應用的構建，智慧水務(wù)建設包含的內容比較廣，在智慧水務(wù)建設的過(guò)程中要根據具體的業(yè)務(wù)做針對性設計，比如：管網(wǎng)的建設鋪墊與保養維護，水網(wǎng)的運行監測與保養維護，新增水務(wù)建設的規劃以及污水處理系統的建設等，在智慧水務(wù)的建設中都要進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的設計構建。實(shí)現整個(gè)水務(wù)系統的自動(dòng)智能化，提高整個(gè)水務(wù)系統的運行服務(wù)效率。

第二、用戶(hù)層面的構建：智慧水務(wù)應根據用戶(hù)的不同進(jìn)行分區設計，主要包含三個(gè)用戶(hù)群體：客戶(hù)、水務(wù)企業(yè)管理以及水務(wù)監督部門(mén)。比如：客戶(hù)建構的設計要更注重繳費、信息發(fā)布、反饋機制的設計；水務(wù)企業(yè)管理的構建要注重總結、收集、實(shí)時(shí)報警與調控管理等方面的設計；監督部門(mén)的構建要注重信息整理、舉報回饋與統計調查等方面的設計。通過(guò)對不同用戶(hù)的不同設計，提升智慧水務(wù)的整體建設水平與運行效率。

第三、數據中心的構建：智慧水務(wù)的建設運行是以大數據為基礎的，高效的數據中心是智慧水務(wù)運行效率的保障。智慧水務(wù)數據中心的構建包含有：基礎數據、空間數據、管理數據和監測數據等。通過(guò)數據的收集與整理，可以?xún)?yōu)化智能水務(wù)的執行層面。智慧水務(wù)的數據化程度越高，越完善，對智慧水務(wù)建設的參考性與指導性作用就越強。

第四、硬件建設：智慧水務(wù)建設需要軟件的支持，同時(shí)也離不開(kāi)硬件的保障，硬件是智慧水務(wù)建設的設備基礎。智慧水務(wù)的硬件建設中要注重安全性與穩定性，同時(shí)要注重硬件的維護升級，建設先進(jìn)的智慧水務(wù)系統離不開(kāi)先進(jìn)的硬件支持。智慧水務(wù)的建設是一個(gè)有機的系統，任何一方面的落后都會(huì )導致整個(gè)智慧水務(wù)建設的落后。因此，在進(jìn)行智慧水務(wù)系統建設時(shí)要注意齊頭并進(jìn)，不能出現短板。

3智慧水務(wù)建設的系統建設組成

3.1能源管理系統

我國是能源消耗大國，能源相對匱乏，因此智慧水務(wù)的建設中要特別注意能源管理系統建設。盡量節約能源，減少不必要的浪費。智慧水務(wù)能源管理系統可以從泵站開(kāi)始改造，依據大數據分析用水高峰與谷峰，通過(guò)智能化調節，對泵站實(shí)施動(dòng)態(tài)化管理，節約泵站耗能。通過(guò)能源管理系統實(shí)時(shí)監測，對能源數據收集整合分析，改造水務(wù)系統的配電設施，提高泵站的效能，對電力、熱能等多種能源綜合管理，優(yōu)化供水流程與波動(dòng)，整體降低水務(wù)系統的能源消耗。

3.2水資源管理系統

城市供水多采用流域供水，智慧水務(wù)建設的水資源管理系統可以實(shí)時(shí)監控流域情況，包括水質(zhì)、水量等數據，通過(guò)監控數據的收集整合可以建立水資源管理模型，基于模型可以對水資源的變化進(jìn)行預測應對。水資源管理系統對水資源的合理配置與應用有重要的意義。

3.3生態(tài)管理系統

生態(tài)建設是現代社會(huì )的重要指標，生態(tài)管理系統包括廢水處理、再利用與排放。廢水處理是生態(tài)管理系統中的一環(huán)，通過(guò)廢水處理，實(shí)現水資源的循環(huán)利用，避免污染自然水資源與生態(tài)環(huán)境。生態(tài)管理系統通過(guò)建設污水處理廠(chǎng)與再利用水廠(chǎng)，實(shí)現水污染處理和水資源再利用的目的，降低了水資源消耗的同時(shí)保護了環(huán)境。智慧水務(wù)的生態(tài)管理系統實(shí)現了廢水處理設備自動(dòng)智能化，對于廢水的分析與數據采集進(jìn)行實(shí)時(shí)控制與監管，對于生態(tài)環(huán)境有重要的意義。

3.4節水管理系統

智慧水務(wù)系統建設需要完善的節水管理系統，節水管理系統對于降低水資源消耗有重大作用。通過(guò)大數據運用，將水表傳感器等設備通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與智慧水務(wù)系統相聯(lián)。通過(guò)實(shí)時(shí)監測的方式，進(jìn)行分析整理，對異常進(jìn)行報警實(shí)現智能節水，為用水客戶(hù)與水務(wù)管理企業(yè)建立橋梁，提供實(shí)時(shí)的信息服務(wù)。

4安科瑞電氣針對智慧城市水務(wù)建設推出能效管理解決方案----AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺

4.1平臺概述

安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產(chǎn)品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺通過(guò)在污水廠(chǎng)源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個(gè)關(guān)鍵節點(diǎn)安裝保護、監測、分析、治理裝置，用于監測污水廠(chǎng)能耗總量和能耗強度，重點(diǎn)監測主要用能設備能效，保護污水廠(chǎng)運行安全可靠，提高污水廠(chǎng)能效，為污水處理的能效管理提供科學(xué)、精細的解決方案。

4.2平臺組成

AcrelEMS智慧水務(wù)綜合能效管理系統由變電站綜合自動(dòng)化系統、電力監控及能效管理系統組成，涵蓋了水務(wù)中壓變配電系統、電氣安全、應急電源、能源管理、照明控制、設備運維等，貫穿水務(wù)能源流的始終，幫助運維管理人員通過(guò)一套平臺、一個(gè)APP實(shí)時(shí)了解水務(wù)配電系統運行狀況，并且根據權限可以適用于水務(wù)后勤部門(mén)管理需要。

4.3平臺拓撲圖

4.4平臺子系統

4.4.1變電站綜合自動(dòng)化系統及電力監控

對水務(wù)配電系統中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實(shí)現遙測、遙信、遙控、遙調等功能，對異常情況及時(shí)預警。

監測變壓器、水泵、鼓風(fēng)機的電流、電壓、有功/無(wú)功功率、功率因數、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數據。

4.4.2電能質(zhì)量監測與治理

水務(wù)中大量的大功率電機、水泵變頻啟動(dòng)導致配電系統中存在大量諧波，通過(guò)監測其配電系統的諧波畸變、電壓波動(dòng)、閃變和容忍度指標分析其電能質(zhì)量，并配置對應的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。

4.4.3電動(dòng)機管理

馬達監控實(shí)現水務(wù)中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動(dòng)機保護器能對過(guò)載、短路、缺相、漏電等異常情況進(jìn)行保護、監測和報警。高效、準確地反映出故障狀態(tài)、故障時(shí)間、故障地點(diǎn)、及相關(guān)信息，對電機進(jìn)行健康診斷和預防性維護。同時(shí)支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現電動(dòng)機自動(dòng)或遠程控制，監視、控制各個(gè)工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

4.4.4能耗管理

為水務(wù)搭建計量體系，顯示水務(wù)的能源流向和能源損耗，通過(guò)能源流向圖幫助水務(wù)分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區域。

將所有有關(guān)能源的參數集中在一個(gè)看板中，從多個(gè)維度對比分析，實(shí)現各個(gè)工藝環(huán)節的能耗對比，幫助領(lǐng)導掌控整個(gè)工廠(chǎng)的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

能耗數據統計采集水務(wù)中污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等的用電、用水、燃氣、冷熱量消耗量，同環(huán)比對比分析，能耗總量和能耗強度計算，標煤計算和CO2排放統計趨勢。

能效分析按三級計量架構，分別進(jìn)行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車(chē)間/職能部門(mén)的能效水平進(jìn)行分析，同比、環(huán)比、對標等。通過(guò)污水處理產(chǎn)量以及系統采集的能耗數據，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進(jìn)行同比和環(huán)比分析，同時(shí)將污水的單耗與行業(yè)/國家指標對標，以便企業(yè)能夠根據產(chǎn)品單耗情況來(lái)調整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

4.4.5智能照明控制

系統為污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區域控制、自動(dòng)控制、感應控制、定時(shí)控制、場(chǎng)景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據經(jīng)緯度自動(dòng)識別日出日落時(shí)間實(shí)現自動(dòng)控制功能，盡量利用自然光照，實(shí)現室內、廠(chǎng)區照明的智能控制達到安全、節能、舒適、高效的目的。

4.6電氣安全

（1）電氣火災監測

監測配電系統回路的漏電電流和線(xiàn)纜溫度，實(shí)現對污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站的電氣安全預警。

（2）消防應急照明和疏散指示

根據預先設置的應急預案快速啟動(dòng)疏散方案引導人員疏散。系統接入消防應急照明指示系統數據，通過(guò)平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。

（3）消防設備電源監測

監測消防設備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災時(shí)消防設備可以正常投入使用。

（4） 防火門(mén)監控系統

防火門(mén)監控系統集中控制其各終端設備即防火門(mén)監控模塊、電動(dòng)閉門(mén)器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測疏散通道防火門(mén)的開(kāi)啟、關(guān)閉及故障狀態(tài)，顯示終端設備開(kāi)路、短路等故障信號。系統采用消防二總線(xiàn)將具有通信功能的監控模塊相互連接起來(lái)，當終端設備發(fā)生短路、斷路等故障時(shí)，防火門(mén)監控器能發(fā)出報警信號，能指示報警部位并保存報警信息，保障了電氣安全的可靠性。

4.4.7 環(huán)境監測

污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等場(chǎng)所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃氣體濃度展示和預警，保障污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等安全運行。當可燃氣體或有害氣體濃度超標可自動(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)風(fēng)機或新風(fēng)系統，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。

4.4.8分布式光伏監測

實(shí)時(shí)監測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開(kāi)關(guān)狀態(tài)，逆變器運行監視，對逆變器直流側每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率，逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數、當前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進(jìn)行監測，以曲線(xiàn)方式繪制上述監測的各個(gè)參量的歷史數據。

平臺結合廠(chǎng)區實(shí)際分布情況，通過(guò)3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車(chē)棚的分布情況，顯示匯流箱、并網(wǎng)點(diǎn)位置，各個(gè)屋頂的裝機容量。

4.4.9工藝仿真監控

平臺通過(guò)2D、3D方式實(shí)時(shí)監視粗格柵、污水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設備運行狀態(tài)。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風(fēng)機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動(dòng)機控制柜或低壓饋電柜安裝電動(dòng)機保護，進(jìn)行短路、過(guò)流、過(guò)載、起動(dòng)超時(shí)、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉、逆序、溫度等保護以及外部故障連鎖停機，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現電動(dòng)機自動(dòng)或遠程控制，監視、控制各個(gè)工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

4.5相關(guān)平臺部署硬件選型清單

4.5.1電力監控、電能質(zhì)量、電動(dòng)機管理及配電室環(huán)境監控系統

4.5.2智能照明系統

4.5.3電氣火災監控系統

4.5.4消防設備電源監控系統

4.5.5防火門(mén)監控系統

4.5.6消防應急照明和疏散指示系統

5小結

智慧水務(wù)的建設是智慧城市建設中重要的部分，對于節約水資源，優(yōu)化水資源配置，提升水資源利用率，保證水資源的質(zhì)量與安全有重要意義。通過(guò)對水資源的綜合管理，實(shí)現對城市流域以及生態(tài)系統，廢水回收利用的全方面管控，是居民生活穩定的重要保障，智慧水務(wù)的建設具有巨大的社會(huì )價(jià)值與經(jīng)濟價(jià)值。

參考文獻

[1]呂偉.基于智慧城市下的智慧水務(wù)現狀與對策分析[J].中電基礎產(chǎn)品裝備有限公司，北京 100040

[2] 孫國慶．智慧水務(wù)關(guān)鍵技術(shù)研究及應用[J]．水利信息化，2018（01）：46-49．

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計應用手冊.2022.05版