能效管理平台在智慧水务建设中的应用

安科瑞 缪凯伦

摘要：随着社会的高速发展，已经进入了信息化时代，数据化智能管理系统在各行各业都应用广泛，智慧城市的建设也逐步落地。在智慧城市的建设中，智慧水务建设是的一环。智慧水务的建设有助于水务管理的提升，本文从智慧水务建设的基本目的入手，介绍智慧水务建设的现状与问题，以及对未来智慧水务发展的一些思路。

关键词：智慧水务；框架设计；能源管理；智能控制

0引言

信息技术与社会程度的高速发展，自动智能化已成为所有行业的共同需求，而 5G 技术的落地，智慧城市的建设也越来越深入，智慧水务是智慧城市建设的一环，如何进行智慧水务建设已成为一个重 要的课题。

1智慧水务的概念与现状

1.1智慧水务的概念

智慧水务的核心是自动智能化的城市水务管理，这是一个新兴的概念，在业界还未形成统一的共识。智慧水务的目的是在进行水务业务的办理与管理过程中，根据客户的实际需求进行人性化，定制化的服务。表现在管理方面比如：远程输水调节、远程管道检修等；表现在客户方面比如：客户可以实时通过手机 APP 查看水的使用情况，在线缴费与在线办理业务等。智慧水务是自动化、智能化、人性化的水务管理系统，它可以实现水务精细化管理，具有效率高、时效性强等优点，是水务建设未来的重要方向之一。

1.2智慧水务的现状

智慧城市的建设离不开智能水务的建设，如今智能自动管理技术迅猛发展，水务建设也要与时俱进，进行信息化建设为智慧城市的建设添砖加瓦。根据水务工作的现状与信息技术的应用，智慧水务的建设应该具有新理念与新方式，通过利用大数据、实时传感以及移动互联网等技术，对城市用水的各个环节实现自动智能化控制与调配，提高服务水平，避免水资源浪费，实现合理配置。智慧水务是各国水务建设竞争的新方向，智能水务的建设需要计量传感器与管理系统、智能水质监测系统、智能水量管理系统、智能废水处理与回收系统等智能系统配套联合实现水资源的优化配置。以及废水资源的回收处 理及再利用。现阶段，智慧水务的建设还未完善，存在着一系列问题，因此在智慧水务的建设发展中要注重合理规划，合理配置，根据实际情况解决实际问题，提高水资源的利用，避免浪费。

2智慧水务建设的规划

智慧水务的规划是智慧水务建设的指导思想，具体有以下几方面内容。

（1）智慧水务建设的目标规划：任何项目的建设与实施都需要先制定目标，智慧水务的建设也不例外，从作用来看，智慧水务的主体是水务企业与城市居民，智慧水务建设的目标应该是为相关用户提供水务信息的发布与业务的便捷水务服务。因此，在规划智能水务建设的目标时应该将用户体验作为第一目标，将服务性内容作为重点进行设计。

（2）智慧水务建设的结构规划：根据智慧水务建设的目标，智慧水务的结构应该包括用户层面、系统应用、数据中心与硬件建设等结构。

第一、用户层面的构建：智慧水务应根据用户的不同进行分区设计，主要包含三个用户群体：客户、水务企业管理以及水务监督部门。比如：客户建构的设计要更注重缴费、信息发布、反馈机制的设计；水务企业管理的构建要注重总结、收集、实时报警与调控管理等方面的设计；监督部门的构建要注重信息整理、举报回馈与统计调查等方面的设计。通过对不同用户的不同设计，提升智慧水务的整体建设水平与运行效率。

第二、系统应用的构建，智慧水务建设包含的内容比较广，在智慧水务建设的过程中要根据具体的业务做针对性设计，比如：管网的建设铺垫与保养维护，水网的运行监测与保养维护，新增水务建设的规划以及污水处理系统的建设等，在智慧水务的建设中都要进行专门的设计构建。实现整个水务系统的自动智能化，提高整个水务系统的运行服务效率。

第三、数据中心的构建：智慧水务的建设运行是以大数据为基础的，高效的数据中心是智慧水务运行效率的保障。智慧水务数据中心的构建包含有：基础数据、空间数据、管理数据和监测数据等。通过数据的收集与整理，可以优化智能水务的执行层面。智慧水务的数据化程度越高，越完善，对智慧水务建设的参考性与指导性作用就越强。

第四、硬件建设：智慧水务建设需要软件的支持，同时也离不开硬件的保障，硬件是智慧水务建设的设备基础。智慧水务的硬件建设中要注重安全性与稳定性，同时要注重硬件的维护升级，建设先进的智慧水务系统离不开先进的硬件支持。智慧水务的建设是一个有机的系统，任何一方面的落后都会导致整个智慧水务建设的落后。因此，在进行智慧水务系统建设时要注意齐头并进，不能出现短板。

3智慧水务建设的系统建设组成

3.1能源管理系统

我国是能源消耗大国，能源相对匮乏，因此智慧水务的建设中要特别注意能源管理系统建设。尽量节约能源，减少不必要的浪费。智慧水务能源管理系统可以从泵站开始改造，依据大数据分析用水高峰与谷峰，通过智能化调节，对泵站实施动态化管理，节约泵站耗能。通过能源管理系统实时监测，对能源数据收集整合分析，改造水务系统的配电设施，提高泵站的效能，对电力、热能等多种能源综合管理，优化供水流程与波动，整体降低水务系统的能源消耗。

3.2水资源管理系统

城市供水多采用流域供水，智慧水务建设的水资源管理系统可以实时监控流域情况，包括水质、水量等数据，通过监控数据的收集整合可以建立水资源管理模型，基于模型可以对水资源的变化进行预测应对。水资源管理系统对水资源的合理配置与应用有重要的意义。

3.3生态管理系统

生态建设是现代社会的重要指标，生态管理系统包括废水处理、再利用与排放。废水处理是生态管理系统中的一环，通过废水处理，实现水资源的循环利用，避免污染自然水资源与生态环境。生态管理系统通过建设污水处理厂与再利用水厂，实现水污染处理和水资源再利用的目的，降低了水资源消耗的同时保护了环境。智慧水务的生态管理系统实现了废水处理设备自动智能化，对于废水的分析与数据采集进行实时控制与监管，对于生态环境有重要的意义。

3.4节水管理系统

智慧水务系统建设需要完善的节水管理系统，节水管理系统对于降低水资源消耗有重大作用。通过大数据运用，将水表传感器等设备通过移动互联网与智慧水务系统相联。通过实时监测的方式，进行分析整理，对异常进行报警实现智能节水，为用水客户与水务管理企业建立桥梁，提供实时的信息服务。

4安科瑞电气针对智慧城市水务建设推出能效管理解决方案----AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台

4.1平台概述

安科瑞电气具备从终端感知、边缘计算到能效管理平台的产品生态体系，AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台通过在污水厂源、网、荷、储、充的各个关键节点安装保护、监测、分析、治理装置，用于监测污水厂能耗总量和能耗强度，重点监测主要用能设备能效，保护污水厂运行安全可靠，提高污水厂能效，为污水处理的能效管理提供科学、精细的解决方案。

4.2平台组成

AcrelEMS智慧水务综合能效管理系统由变电站综合自动化系统、电力监控及能效管理系统组成，涵盖了水务中压变配电系统、电气安全、应急电源、能源管理、照明控制、设备运维等，贯穿水务能源流的始终，帮助运维管理人员通过一套平台、一个APP实时了解水务配电系统运行状况，并且根据权限可以适用于水务后勤部门管理需要。

4.3平台拓扑图

4.4平台子系统

4.4.1变电站综合自动化系统及电力监控

对水务配电系统中35kV、10kV电压等级配置继电保护和弧光保护，实现遥测、遥信、遥控、遥调等功能，对异常情况及时预警。

监测变压器、水泵、鼓风机的电流、电压、有功/无功功率、功率因数、负荷率、温度、三相平衡、异常报警等数据。

4.4.2电能质量监测与治理

水务中大量的大功率电机、水泵变频启动导致配电系统中存在大量谐波，通过监测其配电系统的谐波畸变、电压波动、闪变和容忍度指标分析其电能质量，并配置对应的电能质量治理措施提高供电电能质量。

4.4.3电动机管理

马达监控实现水务中电机的保护、遥测、遥信、遥控功能，电动机保护器能对过载、短路、缺相、漏电等异常情况进行保护、监测和报警。高效、准确地反映出故障状态、故障时间、故障地点、及相关信息，对电机进行健康诊断和预防性维护。同时支持与PLC、软启、变频器等配合，实现电动机自动或远程控制，监视、控制各个工艺设备,保障正常生产。

4.4.4能耗管理

为水务搭建计量体系，显示水务的能源流向和能源损耗，通过能源流向图帮助水务分析能源消耗去向，找出能源消耗异常区域。

将所有有关能源的参数集中在一个看板中，从多个维度对比分析，实现各个工艺环节的能耗对比，帮助领导掌控整个工厂的能源消耗，能源成本，标煤排放等的情况。

能耗数据统计采集水务中污水厂、自来水厂、水泵站等的用电、用水、燃气、冷热量消耗量，同环比对比分析，能耗总量和能耗强度计算，标煤计算和CO2排放统计趋势。

能效分析按三级计量架构，分别进行能效分析，契合能源管理体系要求，可对各车间/职能部门的能效水平进行分析，同比、环比、对标等。通过污水处理产量以及系统采集的能耗数据，在污水单耗中生成污水单耗趋势图，并进行同比和环比分析，同时将污水的单耗与行业/国家/指标对标，以便企业能够根据产品单耗情况来调整生产工艺，从而降低能耗。

4.4.5智能照明控制

系统为污水厂、自来水厂、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持单控、区域控制、自动控制、感应控制、定时控制、场景控制、调光控制等多种控制方式，模块可根据经纬度自动识别日出日落时间实现自动控制功能，尽量利用自然光照，实现室内、厂区照明的智能控制达到安全、节能、舒适、高效的目的。

4.6电气安全

（1）电气火灾监测

监测配电系统回路的漏电电流和线缆温度，实现对污水厂、自来水厂、水泵站的电气安全预警。

（2）消防应急照明和疏散指示

根据预先设置的应急预案快速启动疏散方案引导人员疏散。系统接入消防应急照明指示系统数据，通过平面图显示疏散指示灯具工作状态和异常情况。

（3）消防设备电源监测

监测消防设备的工作电源是否正常，保障在发生火灾时消防设备可以正常投入使用。

（4） 防火门监控系统

防火门监控系统集中控制其各终端设备即防火门监控模块、电动闭门器、电磁释放器的工作状态，实时监测疏散通道防火门的开启、关闭及故障状态，显示终端设备开路、短路等故障信号。系统采用消防二总线将具有通信功能的监控模块相互连接起来，当终端设备发生短路、断路等故障时，防火门监控器能发出报警信号，能指示报警部位并保存报警信息，保障了电气安全的可靠性。

4.4.7 环境监测

污水厂、自来水厂、水泵站等场所温湿度、烟雾、积水浸水、视频、UPS电池间可燃气体浓度展示和预警，保障污水厂、自来水厂、水泵站等安全运行。当可燃气体或有害气体浓度超标可自动启动排风风机或新风系统，排除隐患，保持良好的水处理环境。

4.4.8分布式光伏监测

实时监测低压并网柜每路的电流、电压、功率等电气参数及断路器开关状态，逆变器运行监视，对逆变器直流侧每一光伏组串的输入直流电压、直流电流、直流功率，逆变器交流电压、交流电流、频率、功率因数、当前发电功率、累计发电量进行监测，以曲线方式绘制上述监测的各个参量的历史数据。

平台结合厂区实际分布情况，通过3D或2.5D平面图显示分布式光伏组件在屋顶、车棚的分布情况，显示汇流箱、并网点位置，各个屋顶的装机容量。

4.4.9工艺仿真监控

平台通过2D、3D方式实时监视粗格栅、污水提升、细格栅、曝气沉砂、改良生化处理、二沉、加氯接触消毒、污泥浓缩压滤、生物除臭等工艺设备运行状态。在格栅清渣机、污水提升泵、回流泵、曝气风机、加药泵、浓缩压滤机、吸沙泵、吸泥泵等低压电动机控制柜或低压馈电柜安装电动机保护，进行短路、过流、过载、起动超时、断相、不平衡、低功率、接地/漏电、te保护、堵转、逆序、温度等保护以及外部故障连锁停机，与PLC、软启、变频器等配合，实现电动机自动或远程控制，监视、控制各个工艺设备,保障正常生产。

4.5相关平台部署硬件选型清单

4.5.1电力监控、电能质量、电动机管理及配电室环境监控系统

4.5.2智能照明系统

4.5.3电气火灾监控系统

4.5.4消防设备电源监控系统

4.5.5防火门监控系统

4.5.6消防应急照明和疏散指示系统

5小结

智慧水务的建设是智慧城市建设中的部分，对于节约水资源，优化水资源配置，提升水资源利用率，保证水资源的质量与安全有重要意义。通过对水资源的综合管理，实现对城市流域以及生态系统，废水回收利用的全方面管控，是居民生活稳定的重要保障，智慧水务的建设具有巨大的社会价值与经济价值。

参考文献

[1]吕伟.基于智慧城市下的智慧水务现状与对策分析[J].中电基础产品装备有限公司，北京 100040

[2] 孙国庆．智慧水务关键技术研究及应用[J]．水利信息化，2018（01）：46-49．

[3] 安科瑞企业微电网设计应用手册.2022.05版

审核编辑黄宇