能效管理平臺在智慧水務建設中的應用

摘要：隨著社會的高速發(fā)展，已經進入了信息化時代，數據化智能管理系統(tǒng)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，智慧水務建設是重要的一環(huán)。智慧水務的建設有助于水務管理的提升，本文從智慧水務建設的基本目的入手，介紹智慧水務建設的現狀與問題，以及對未來智慧水務發(fā)展的一些思路。

關鍵詞：智慧水務；框架設計；能源管理；智能控制

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

1.1智慧水務的概念

智慧水務的核心是自動智能化的城市水務管理，這是一個新興的概念，在業(yè)界還未形成統(tǒng)一的共識。智慧水務的目的是在進行水務業(yè)務的辦理與管理過程中，根據客戶的實際需求進行人性化，定制化的服務。表現在管理方面比如：遠程輸水調節(jié)、遠程管道檢修等；表現在客戶方面比如：客戶可以實時通過手機 APP 查看水的使用情況，在線繳費與在線辦理業(yè)務等。智慧水務是自動化、智能化、人性化的水務管理系統(tǒng)，它可以實現水務精細化管理，具有效率高、時效性強等優(yōu)點，是水務建設未來的重要方向之一。

1.2智慧水務的現狀

智慧城市的建設離不開智能水務的建設，如今智能自動管理技術迅猛發(fā)展，水務建設也要與時俱進，進行信息化建設為智慧城市的建設添磚加瓦。根據水務工作的現狀與信息技術的應用，智慧水務的建設應該具有新理念與新方式，通過利用大數據、實時傳感以及移動互聯網等技術，對城市用水的各個環(huán)節(jié)實現自動智能化控制與調配，提高服務水平，避免水資源浪費，實現合理配置。智慧水務是各國水務建設競爭的新方向，智能水務的建設需要計量傳感器與管理系統(tǒng)、智能水質監(jiān)測系統(tǒng)、智能水量管理系統(tǒng)、智能廢水處理與回收系統(tǒng)等智能系統(tǒng)配套聯合實現水資源的優(yōu)化配置。以及廢水資源的回收處 理及再利用。現階段，智慧水務的建設還未完善，存在著一系列問題，因此在智慧水務的建設發(fā)展中要注重合理規(guī)劃，合理配置，根據實際情況解決實際問題，提高水資源的利用，避免浪費。

智慧水務的規(guī)劃是智慧水務建設的指導思想，具體有以下幾方面內容。

（1）智慧水務建設的目標規(guī)劃：任何項目的建設與實施都需要先制定目標，智慧水務的建設也不例外，從作用來看，智慧水務的主體是水務企業(yè)與城市居民，智慧水務建設的目標應該是為相關用戶提供水務信息的發(fā)布與業(yè)務的便捷水務服務。因此，在規(guī)劃智能水務建設的目標時應該將用戶體驗作為第一目標，將服務性內容作為重點進行設計。

（2）智慧水務建設的結構規(guī)劃：根據智慧水務建設的目標，智慧水務的結構應該包括用戶層面、系統(tǒng)應用、數據中心與硬件建設等結構。

第一、用戶層面的構建：智慧水務應根據用戶的不同進行分區(qū)設計，主要包含三個用戶群體：客戶、水務企業(yè)管理以及水務監(jiān)督部門。比如：客戶建構的設計要更注重繳費、信息發(fā)布、反饋機制的設計；水務企業(yè)管理的構建要注重總結、收集、實時報警與調控管理等方面的設計；監(jiān)督部門的構建要注重信息整理、舉報回饋與統(tǒng)計調查等方面的設計。通過對不同用戶的不同設計，提升智慧水務的整體建設水平與運行效率。

第二、系統(tǒng)應用的構建，智慧水務建設包含的內容比較廣，在智慧水務建設的過程中要根據具體的業(yè)務做針對性設計，比如：管網的建設鋪墊與保養(yǎng)維護，水網的運行監(jiān)測與保養(yǎng)維護，新增水務建設的規(guī)劃以及污水處理系統(tǒng)的建設等，在智慧水務的建設中都要進行專門的設計構建。實現整個水務系統(tǒng)的自動智能化，提高整個水務系統(tǒng)的運行服務效率。

第三、數據中心的構建：智慧水務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運行效率的保障。智慧水務數據中心的構建包含有：基礎數據、空間數據、管理數據和監(jiān)測數據等。通過數據的收集與整理，可以優(yōu)化智能水務的執(zhí)行層面。智慧水務的數據化程度越高，越完善，對智慧水務建設的參考性與指導性作用就越強。

第四、硬件建設：智慧水務建設需要軟件的支持，同時也離不開硬件的保障，硬件是智慧水務建設的設備基礎。智慧水務的硬件建設中要注重安全性與穩(wěn)定性，同時要注重硬件的維護升級，建設先進的智慧水務系統(tǒng)離不開先進的硬件支持。智慧水務的建設是一個有機的系統(tǒng)，任何一方面的落后都會導致整個智慧水務建設的落后。因此，在進行智慧水務系統(tǒng)建設時要注意齊頭并進，不能出現短板。

3.1能源管理系統(tǒng)

我國是能源消耗大國，能源相對匱乏，因此智慧水務的建設中要特別注意能源管理系統(tǒng)建設。盡量節(jié)約能源，減少不必要的浪費。智慧水務能源管理系統(tǒng)可以從泵站開始改造，依據大數據分析用水高峰與谷峰，通過智能化調節(jié)，對泵站實施動態(tài)化管理，節(jié)約泵站耗能。通過能源管理系統(tǒng)實時監(jiān)測，對能源數據收集整合分析，改造水務系統(tǒng)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，整體降低水務系統(tǒng)的能源消耗。

3.2水資源管理系統(tǒng)

城市供水多采用流域供水，智慧水務建設的水資源管理系統(tǒng)可以實時監(jiān)控流域情況，包括水質、水量等數據，通過監(jiān)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行預測應對。水資源管理系統(tǒng)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(tǒng)

生態(tài)建設是現代社會的重要指標，生態(tài)管理系統(tǒng)包括廢水處理、再利用與排放。廢水處理是生態(tài)管理系統(tǒng)中的一環(huán)，通過廢水處理，實現水資源的循環(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(tǒng)通過建設污水處理廠與再利用水廠，實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保護了環(huán)境。智慧水務的生態(tài)管理系統(tǒng)實現了廢水處理設備自動智能化，對于廢水的分析與數據采集進行實時控制與監(jiān)管，對于生態(tài)環(huán)境有重要的意義。

3.4節(jié)水管理系統(tǒng)

智慧水務系統(tǒng)建設需要完善的節(jié)水管理系統(tǒng)，節(jié)水管理系統(tǒng)對于降低水資源消耗有重大作用。通過大數據運用，將水表傳感器等設備通過移動互聯網與智慧水務系統(tǒng)相聯。通過實時監(jiān)測的方式，進行分析整理，對異常進行報警實現智能節(jié)水，為用水客戶與水務管理企業(yè)建立橋梁，提供實時的信息服務。

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品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網、荷、儲、充的各個關鍵節(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，重點監(jiān)測主要用能設備能效，保護污水廠運行安全可靠，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學、精細的解決方案。

4.2平臺組成

AcrelEMS智慧水務綜合能效管理系統(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，涵蓋了水務中壓變配電系統(tǒng)、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實時了解水務配電系統(tǒng)運行狀況，并且根據權限可以適用于水務后勤部門管理需要。

4.3平臺拓撲圖

4.4平臺子系統(tǒng)

4.4.1變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

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

監(jiān)測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數據。

4.4.2電能質量監(jiān)測與治理

水務中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導致配電系統(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、閃變和容忍度指標分析其電能質量，并配置對應的電能質量治理措施提高供電電能質量。

4.4.3電動機管理

馬達監(jiān)控實現水務中電機的保護、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。高效、準確地反映出故障狀態(tài)、故障時間、故障地點、及相關信息，對電機進行健康診斷和預防性維護。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設備,保障正常生產。

4.4.4能耗管理

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

將所有有關能源的參數集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現各個工藝環(huán)節(jié)的能耗對比，幫助領導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

能耗數據統(tǒng)計采集水務中污水廠、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，標煤計算和CO2排放統(tǒng)計趨勢。

能效分析按三級計量架構，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、對標等。通過污水處理產量以及系統(tǒng)采集的能耗數據，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)/國家指標對標，以便企業(yè)能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。

4.4.5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、感應控制、定時控制、場景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據經緯度自動識別日出日落時間實現自動控制功能，盡量利用自然光照，實現室內、廠區(qū)照明的智能控制達到安全、節(jié)能、舒適、高效的目的。

4.6電氣安全

（1）電氣火災監(jiān)測

監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，實現對污水廠、自來水廠、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疏散方案引導人員疏散。系統(tǒng)接入消防應急照明指示系統(tǒng)數據，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。

（3）消防設備電源監(jiān)測

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

（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、關閉及故障狀態(tài)，顯示終端設備開路、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，當終端設備發(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。

4.4.7 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警，保障污水廠、自來水廠、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啟動排風風機或新風系統(tǒng)，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。

4.4.8分布式光伏監(jiān)測

實時監(jiān)測低壓并網柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開關狀態(tài)，逆變器運行監(jiān)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據。

平臺結合廠區(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、并網點位置，各個屋頂的裝機容量。

4.4.9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、生物除臭等工藝設備運行狀態(tài)。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風機、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、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，實現電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設備,保障正常生產。

4.5相關平臺部署硬件選型清單

4.5.1電力監(jiān)控、電能質量、電動機管理及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

4.5.2智能照明系統(tǒng)

4.5.3電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)

4.5.4消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)

4.5.5防火門監(jiān)控系統(tǒng)

4.5.6消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)

智慧水務的建設是智慧城市建設中的重要部分，對于節(jié)約水資源，優(yōu)化水資源配置，提升水資源利用率，保證水資源的質量與安全有重要意義。通過對水資源的綜合管理，實現對城市流域以及生態(tài)系統(tǒng)，廢水回收利用的全方面管控，是居民生活穩(wěn)定的重要保障，智慧水務的建設具有巨大的社會價值與經濟價值。

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

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

[3] 安科瑞企業(yè)微電網設計應用手冊.2022.05版

任運業(yè)，男，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從智慧水務研究發(fā)展。