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對于城市智慧水務(wù)智能配電能效平臺分析

瀏覽次數(shù):264更新時間:2024-08-05

張繼冬

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要: 隨著城市化進程的加速和水資源管理的日益復(fù)雜,城市智慧水務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)成為必然趨勢。其中,智能配電能效平臺作為智慧水務(wù)的重要組成部分,對于提高水務(wù)系統(tǒng)的運行效率、保障供水安全、實現(xiàn)節(jié)能減排具有重要意義。本文對城市智慧水務(wù)智能配電能效平臺進行了深入分析,包括其架構(gòu)、功能、關(guān)鍵技術(shù)以及應(yīng)用效果等方面,旨在為城市水務(wù)系統(tǒng)的智能化發(fā)展提供參考。

一、引言
水是生命之源,也是城市發(fā)展的重要支撐。隨著城市規(guī)模的不斷擴大和人口的持續(xù)增長,城市水務(wù)系統(tǒng)面臨著越來越大的壓力。為了實現(xiàn)水資源的高效利用和水務(wù)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展,智慧水務(wù)的理念應(yīng)運而生。智慧水務(wù)是指利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術(shù),對水務(wù)系統(tǒng)進行監(jiān)測、控制和管理,以提高水務(wù)系統(tǒng)的運行效率、服務(wù)質(zhì)量和管理水平。智能配電能效平臺作為智慧水務(wù)的重要支撐,對于保障水務(wù)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行、降低能耗、提高能源利用效率具有重要作用。
二、城市智慧水務(wù)智能配電能效平臺架構(gòu)
城市智慧水務(wù)智能配電能效平臺通常采用分層架構(gòu),包括感知層、傳輸層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層和展示層。
2.1感知層
感知層主要由各類傳感器、智能電表、智能開關(guān)柜等設(shè)備組成,負(fù)責(zé)采集水務(wù)系統(tǒng)中配電設(shè)備的運行狀態(tài)、電量參數(shù)、環(huán)境參數(shù)等信息。
2.2傳輸層
傳輸層負(fù)責(zé)將感知層采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)層,常用的傳輸方式包括有線傳輸(如以太網(wǎng)、RS485 等)和無線傳輸(如 Wi-Fi、Zigbee、NB-IoT 等)。
2.3數(shù)據(jù)層
數(shù)據(jù)層主要由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和數(shù)據(jù)處理軟件組成,負(fù)責(zé)對采集到的數(shù)據(jù)進行存儲、清洗、分析和挖掘,為應(yīng)用層提供數(shù)據(jù)支持。
2.4應(yīng)用層
應(yīng)用層是智能配電能效平臺的核心部分,包括設(shè)備管理、能耗監(jiān)測、能效分析、故障預(yù)警、智能控制等功能模塊,實現(xiàn)對水務(wù)系統(tǒng)配電設(shè)備的智能化管理和控制。
2.5展示層
展示層主要通過電腦端、移動端等終端設(shè)備,以圖表、報表、地圖等形式向用戶展示配電設(shè)備的運行狀態(tài)、能耗情況、分析結(jié)果等信息,為用戶提供直觀、便捷的操作界面。
三、城市智慧水務(wù)智能配電能效平臺功能
3.1設(shè)備管理
對水務(wù)系統(tǒng)中的配電設(shè)備進行全面管理,包括設(shè)備檔案、設(shè)備巡檢、設(shè)備維護、設(shè)備報廢等,實現(xiàn)設(shè)備全生命周期的信息化管理。
3.2能耗監(jiān)測
實時監(jiān)測水務(wù)系統(tǒng)中配電設(shè)備的能耗情況,包括電量、功率、功率因數(shù)等參數(shù),為能耗分析和節(jié)能管理提供數(shù)據(jù)支持。
3.3能效分析
對采集到的能耗數(shù)據(jù)進行深入分析,評估配電設(shè)備的能效水平,找出能耗高的環(huán)節(jié)和設(shè)備,為節(jié)能改造提供依據(jù)。
3.4故障預(yù)警
通過對配電設(shè)備運行狀態(tài)的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析,及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在的故障隱患,并發(fā)出預(yù)警信號,以便及時采取措施進行維修,避免故障的發(fā)生。
3.5智能控制
根據(jù)水務(wù)系統(tǒng)的實際需求和能耗情況,實現(xiàn)對配電設(shè)備的智能控制,如優(yōu)化設(shè)備運行參數(shù)、自動投切無功補償裝置等,提高設(shè)備運行效率,降低能耗。
四、城市智慧水務(wù)智能配電能效平臺關(guān)鍵技術(shù)
4.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將水務(wù)系統(tǒng)中的各類配電設(shè)備連接起來,實現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)共享,為智能配電能效平臺提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
4.2大數(shù)據(jù)分析技術(shù)
利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對采集到的海量數(shù)據(jù)進行處理和分析,挖掘數(shù)據(jù)中的潛在價值,為水務(wù)系統(tǒng)的優(yōu)化運行和管理決策提供支持。
4.3云計算技術(shù)
借助云計算技術(shù)實現(xiàn)平臺的彈性擴展和資源共享,降低平臺的建設(shè)和運維成本,提高平臺的可靠性和穩(wěn)定性。
4.4人工智能技術(shù)
應(yīng)用人工智能技術(shù),如機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等,實現(xiàn)對配電設(shè)備故障的智能診斷和預(yù)測,提高故障預(yù)警的準(zhǔn)確性和及時性。
五、城市智慧水務(wù)智能配電能效平臺應(yīng)用效果
5.1提高運行效率
通過對配電設(shè)備的實時監(jiān)測和智能控制,優(yōu)化設(shè)備運行參數(shù),提高設(shè)備運行效率,降低設(shè)備故障率,保障水務(wù)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
5.2節(jié)能減排
通過能效分析和節(jié)能改造,降低水務(wù)系統(tǒng)的能耗,減少二氧化碳排放,實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。
5.3降低成本
實現(xiàn)設(shè)備全生命周期管理,減少設(shè)備維護成本;通過智能控制和優(yōu)化運行,降低能源成本,提高水務(wù)企業(yè)的經(jīng)濟效益。
5.4提升管理水平
為水務(wù)企業(yè)提供全面、準(zhǔn)確、實時的配電設(shè)備運行數(shù)據(jù)和分析結(jié)果,輔助企業(yè)進行科學(xué)決策,提升企業(yè)的管理水平和競爭力。

六、 AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺

6.1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)能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關(guān)鍵節(jié)點安裝保護、監(jiān)測、分析、治理裝置,用于監(jiān)測污水廠能耗總量和能耗強度,監(jiān)測主要用能設(shè)備能效,保護污水廠運行可靠,提高污水廠能效,為污水處理的能效管理提供科學(xué)、精細的解決方案。

6.2平臺組成

AcrelEMS智慧水務(wù)綜合能效管理系統(tǒng)由變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控及能效管理系統(tǒng)組成,涵蓋了水務(wù)中壓變配電系統(tǒng)、電氣安全、應(yīng)急電源、能源管理、照明控制、設(shè)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一套平臺、一個APP實時了解水務(wù)配電系統(tǒng)運行狀況,并且根據(jù)權(quán)限可以適用于水務(wù)后勤部門管理需要。

6.3平臺拓?fù)鋱D

對于城市智慧水務(wù)智能配電能效平臺分析

6.4平臺子系統(tǒng)

6.4.1變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

對水務(wù)配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護,實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等功能,對異常情況及時預(yù)警。

監(jiān)測變壓器、水泵、鼓風(fēng)機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、負(fù)荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數(shù)據(jù)。

對于城市智慧水務(wù)智能配電能效平臺分析

6.4.2電能質(zhì)量監(jiān)測與治理

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

對于城市智慧水務(wù)智能配電能效平臺分析

6.4.3電動機管理

馬達監(jiān)控實現(xiàn)水務(wù)中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能,電動機保護器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進行保護、監(jiān)測和報警。準(zhǔn)確地反映出故障狀態(tài)、故障時間、故障地點、及相關(guān)信息,對電機進行健康診斷和預(yù)防性維護。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合,實現(xiàn)電動機自動或遠程控制,監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

對于城市智慧水務(wù)智能配電能效平臺分析

6.4.4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(qū)域。

將所有有關(guān)能源的參數(shù)集中在一個看板中,從多個維度對比分析,實現(xiàn)各個工藝環(huán)節(jié)的能耗對比,幫助領(lǐng)導(dǎo)掌控整個工廠的能源消耗,能源成本,標(biāo)煤排放等的情況。

能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計采集水務(wù)中污水廠、自來水廠、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(biāo)煤計算和CO2排放統(tǒng)計趨勢。

能效分析按三級計量架構(gòu),分別進行能效分析,契合能源管理體系要求,可對各車間/職能部門的能效水平進行分析,同比、環(huán)比、對標(biāo)等。通過污水處理產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù),在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖,并進行同比和環(huán)比分析,同時將污水的單耗與行業(yè)/國家/指標(biāo)對標(biāo),以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝,從而降低能耗。

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6.4.5智能照明控制

系統(tǒng)為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案,支持單控、區(qū)域控制、自動控制、感應(yīng)控制、定時控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式,模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時間實現(xiàn)自動控制功能,盡量利用自然光照,實現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達到安全、節(jié)能的目的。

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6.4.6電氣安全

①電氣火災(zāi)監(jiān)測:監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度,實現(xiàn)對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預(yù)警。

②消防應(yīng)急照明和疏散指示:根據(jù)預(yù)先設(shè)置的應(yīng)急預(yù)案快速啟動疏散方案引導(dǎo)人員疏散。系統(tǒng)接入消防應(yīng)急照明指示系統(tǒng)數(shù)據(jù),通過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(shè)備電源監(jiān)測:監(jiān)測消防設(shè)備的工作電源是否正常,保障在發(fā)生火災(zāi)時消防設(shè)備可以正常投入使用。

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④防火門監(jiān)控系統(tǒng):防火門監(jiān)控系統(tǒng)集中控制其各終端設(shè)備即防火門監(jiān)控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài),實時監(jiān)測疏散通道防火門的開啟、關(guān)閉及故障狀態(tài),顯示終端設(shè)備開路、短路等故障信號。系統(tǒng)采用消防二總線將具有通信功能的監(jiān)控模塊相互連接起來,當(dāng)終端設(shè)備發(fā)生短路、斷路等故障時,防火門監(jiān)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。

6.4.7 環(huán)境監(jiān)測

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

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6.4.8分布式光伏監(jiān)測

實時監(jiān)測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數(shù)及斷路器開關(guān)狀態(tài),逆變器運行監(jiān)視,對逆變器直流側(cè)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(shù)、當(dāng)前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進行監(jiān)測,以曲線方式繪制上述監(jiān)測的各個參量的歷史數(shù)據(jù)。

平臺結(jié)合廠區(qū)實際分布情況,通過3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車棚的分布情況,顯示匯流箱、并網(wǎng)點位置,各個屋頂?shù)难b機容量。

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6.4.9工藝仿真監(jiān)控

平臺通過2D、3D方式實時監(jiān)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(shè)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、吸泥泵等低壓電動機控制柜或低壓饋電柜安裝電動機保護,進行短路、過流、過載、起動超時、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉(zhuǎn)、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,實現(xiàn)電動機自動或遠程控制,監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

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七、相關(guān)平臺部署硬件選型清單

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八、結(jié)語

在城市水務(wù)建設(shè)發(fā)展過程中,智慧水務(wù)是必然趨勢。智慧水務(wù)的效用關(guān)系人們生活與生產(chǎn)的基本需求,可以有成效減緩出現(xiàn)水資源緊缺、水環(huán)境污染、洪水內(nèi)澇等各類問題發(fā)生,推動國家經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)展。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進步給智慧水務(wù)系統(tǒng)的發(fā)展提供了必要支持,需要增加對智慧水務(wù)系統(tǒng)的資金投入水平,制定科學(xué)完善的評價機制,逐步突破技術(shù)難關(guān),提高智慧水務(wù)系統(tǒng)的安全性與準(zhǔn)確性。

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