智慧水務能效管理：配電平臺的革新之路與前景展望

摘要：在本篇文章介紹了國內智慧水務建設發(fā)展的技術背景和政策背景，也分析了當前國內城市實物發(fā)展的狀況，也論述了智慧水務發(fā)展的基本意義，同時研究了智慧水務系統(tǒng)發(fā)展時存在的若干問題，提出了未來的發(fā)展建議，進一步助推城鎮(zhèn)水務系統(tǒng)向智能化、信息化等方向發(fā)展。

關鍵詞：智慧水務；信息技術；城鎮(zhèn)水務

0 引言

　　將大數據、物聯(lián)網等相關信息技術集成到所有系統(tǒng)內部構建起智慧生物管理信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以感知到各設備運行狀態(tài)，分析目前水務信息數據及時處理，為管理人員決策提供更多的數據支撐，也形成了融合智能感知、仿真診斷、智能預警調度的水務系統(tǒng)，進而實現水務系統(tǒng)安全、流程化、科學化、智能化的運作管理。智慧水務系統(tǒng)是城鎮(zhèn)水務信息化、數字化發(fā)展的基石，涉及到多個領域的水資源調度，水廠的智慧化管理和智慧管網的搭建，還包含了海綿城市開發(fā)建設，城市水體環(huán)境監(jiān)控，城市防洪排澇的監(jiān)管，智慧水務系統(tǒng)的應用能夠提高整個城市或者城鎮(zhèn)的水務管網的運行水平。

1 智慧水務發(fā)展的技術背景分析

　 全球開展了新一輪的信息產業(yè)革命，新業(yè)態(tài)、新產業(yè)、新方式正在蓬勃發(fā)展，大數據、云計算及新型互聯(lián)網技術的發(fā)展。在當前有了突飛猛進的提升，為水務系統(tǒng)的搭建提供了必要的技術支撐?；ヂ?lián)網和物聯(lián)網的技術不斷的成熟，利用物聯(lián)網連接的人與人之間，物和物，人與物的連接系統(tǒng)。使用電信技術、GIS，實現了水務設施空間數據信息和屬性數據信息拓撲關系的一體化發(fā)展，為智慧水務系統(tǒng)掌控運營，而提供了堅實信息保障支持?；ヂ?lián)網融合了移動通信、互聯(lián)網實現了水務系統(tǒng)與智能手機的無縫銜接，為智慧水務系統(tǒng)與用戶的互動提供了更多的技術便捷，水務技術發(fā)展可以構建起社會物聯(lián)、智能網絡，帶領社會走入了新時代互聯(lián)時代，為智慧水務系統(tǒng)搭建都帶來了通信技術平臺的支撐。大數據信息技術的發(fā)展和云計算技術的革新，為智慧水務提供了海量數據存儲和數據分析技術手段，為水務系統(tǒng)增加了智慧大腦，提高了決策的可靠性。

2 智慧水務建設對城鎮(zhèn)水務發(fā)展帶來的支撐作用

　　從水務系統(tǒng)運營管理的角度來講，智慧水務系統(tǒng)建設需要技術支持，在智慧經營管理發(fā)展思想理念的指引之下，稅務公司的運營方式也發(fā)生創(chuàng)新變革，管理成效也得到提高。水務設施系統(tǒng)建設，也為城市的管理水平的提升和社會經濟發(fā)展提供了巨大的助推力。

2.1 推動傳統(tǒng)水務工作管理方式向智能化、精細化的方式發(fā)展轉變

　　智慧型水務系統(tǒng)發(fā)展是當前城鎮(zhèn)水務來發(fā)展轉型的巨大契機，重視水務工作，能夠精細化動態(tài)反映出水務行業(yè)生產經營服務的多個環(huán)節(jié)質量，進一步加強有關部門的監(jiān)控，從宏觀管理方向轉變，在結果性的觀念下，過程性管理方向不變，進而感知通過利用智能仿真和調度和控制等相關的運營功能，為水務部門提供更科學的數據信息的支持，結合平臺聯(lián)動數據共享，加強管理部門之間協(xié)同配合運作，這時候企業(yè)之間協(xié)同的發(fā)展，提高水務部門的管理成效和辦事效率和工作的質量水平。

2.2 城鎮(zhèn)水務系統(tǒng)社會監(jiān)督透明化和公共服務平臺便捷化

　　具有智慧水務系統(tǒng)搭建，可以建立起交互式的客戶服務平臺，在手機就能夠直接看到水務運行的具體信息，方便公眾實時查看水務物系統(tǒng)運作狀態(tài)，實現了社會監(jiān)督透明化，提高公眾參與城鎮(zhèn)管理的熱情，而且能夠提供線上的應用。辦理信息查詢等相關的便捷性服務，提高公共水務服務質量和社會公眾的滿意度水平。

2.3 為城市智能管理提供了有效的數據支持

　　城鎮(zhèn)水務系統(tǒng)是當前城市基礎設施的關鍵組成，系統(tǒng)建設成智慧化管理平臺，提供水務信息，也為城市精細化管理提供必要的保障支持。城市供水及污水排放，在數據內部就會形成數據信息集成，管理員就可以利用這些信息，去了解居民居住狀況，影響到整個城市的水務系統(tǒng)狀況。利用城市供水排水的基本信息，來判斷整個城市發(fā)展狀況，來對城市功能作以合理調整，也支撐城市系統(tǒng)開發(fā)建設和城市城市規(guī)劃的建設，及實現社會科學治理管理。

3 國內智慧水務實踐中存在的問題分析

　　智慧水務系統(tǒng)建設經歷了水務信息系統(tǒng)的建設，數字化信息采集及網絡信息監(jiān)管的系統(tǒng)開發(fā)，逐步實現了水務系統(tǒng)自動化、信息化，構建智慧水務平臺做到水物行業(yè)數據信息的共享互聯(lián)互通，深化數據信息的分析，實現了智慧化決策。國外智慧水務建設起步較早，目前已經完成了三階段到四階段的探索，而且當下我國智慧水務系統(tǒng)的建設尚存低級階段發(fā)展，還在探索過程中。

3.1 缺少頂層的設計及統(tǒng)籌的規(guī)劃

　　地方省市的水務工作涉及到多個部門，出現了水務工作部門分割，城鄉(xiāng)建設分割，會出現多頭部門領導水務系統(tǒng)的建設，但是整個系統(tǒng)建設缺少統(tǒng)一的規(guī)劃，統(tǒng)一規(guī)范化管理標準，水務的建設建設地比較分散，不同地區(qū)、不同領域的政府職務建設流程相差各異，數據挖掘能力較為薄弱，數據共享能力不足。

3.2 數據孤島的問題相當突出

　　近年，國內有許多省市政府部門發(fā)布了智慧水務建設的標準，但是在數據信息采集、數據傳輸系統(tǒng)的硬件設施、數據通訊協(xié)議等領域，還沒有實現數據信息共享和標準的統(tǒng)一，數據開放程度偏低，兼容性不足。另外不同軟件供應商也存在著技術壁壘的問題，各軟件系統(tǒng)之間存在著不兼容問題，會導致各系統(tǒng)的數據兼容性不強。

3.3 數據挖掘深度不足

　　智慧水務的系統(tǒng)建設，在數據信息挖掘方面，出現了數據分析挖掘的深度不足，智慧水務系統(tǒng)中大多都停留在數據信息實時監(jiān)測等，沒有實現水務信息的挖掘和數據智能化的分析決策方面仍然是依靠人工的經驗。

4 國內智慧水務發(fā)展的建議

　　智慧水務系統(tǒng)的搭建要著重處理系統(tǒng)建設的形式化問題，將人工智能物聯(lián)網與稅務工作相融合，建立起智慧化的水務系統(tǒng)調動平臺，提高水務工作的管理智能化水平。

4.1 水務企業(yè)加強頂層設計，制定總體的統(tǒng)籌部署工作

　　水務公司在智慧水務系統(tǒng)的建設期間，不能夠過于盲目的，推動系統(tǒng)的建設，要深度思考目前企業(yè)運行的狀態(tài)。結合職工工作業(yè)務需求，統(tǒng)籌考慮一些設施的搭建，安裝智能傳感器等裝置，并且將軟件與信息化需求相結合。注重硬件設備的優(yōu)化布局，注重數據信息采集分析，同時關注智慧系統(tǒng)的建立和水務工作問題的處理。在此背景之下，全力推動頂層規(guī)劃方案的設計和水務業(yè)務的科學部署，并參與到系統(tǒng)建設工作中來，信息化平臺能夠持續(xù)的開發(fā)建設成為企業(yè)運行的核心。

4.2 在行業(yè)和城市范疇內，統(tǒng)一智慧水務的建設標準

　　企業(yè)消除水務系統(tǒng)建設中數據庫問題，在整個水務行業(yè)內，都面向水廠服務管理部門來建立起統(tǒng)一數據標準及建設標準和管理標準相統(tǒng)一信息化平臺。推動各地方職務部門按照統(tǒng)一標準采集數據信息來獲取信息，形成大數據管理信息平臺，也通過利用規(guī)范數據結構服務接口，進而達成不同系統(tǒng)之間數據的聯(lián)通數據信息共享，不能互通實現多種系統(tǒng)聯(lián)動。另外在服務城市管理和行業(yè)管理等方面建立起跨部門統(tǒng)一數據標準，統(tǒng)籌考慮基于城市模型的智慧稅務系統(tǒng)，進而綜合集成不同的地區(qū)、不同的領域的水務數據信息系統(tǒng)，實現數據信息共享，跨部門的協(xié)同運作。

4.3 深化智慧決策系統(tǒng)，深入應用云計算物聯(lián)網、大數據等技術

　　應用云計算、物聯(lián)網、大數據等技術，并利用神經網絡及其學習的技術，打造起基于區(qū)塊鏈的多元數據交換系統(tǒng)，要將數據存儲起來，綜合運用融入到數據管理信息平臺中。結合大數據來對水務工作全部場景進行系統(tǒng)內部模擬化仿真，并進一步探索優(yōu)化進一步加深對水物數據信息的深度挖掘。通過利用有效數據治理數據處理進而實現智能化的應用管理和業(yè)務智能信息平臺的搭建。

4.4 增強智慧水務領域跨界人才培養(yǎng)

向智慧水務發(fā)展，行業(yè)管理地方管理部門，服務企業(yè)，高?？蒲性核匾暤乃畡杖瞬诺呐囵B(yǎng)，培養(yǎng)跨界人才，包含智慧水務領域的關鍵技術人才，管理人才，搭建智慧水務的人才發(fā)展梯隊，同時加強從業(yè)人員業(yè)務培訓，為智慧水務物的建設，而提供有力的保障支持。

5 AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺

5.1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，監(jiān)測主要用能設備能效，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、精細的解決方案。

5.2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。

5.3平臺拓撲圖

5.4平臺子系統(tǒng)

5.4.1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。

5.4.2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。

5.4.3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。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。

5.4.4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)/先進指標對標，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。

5.4.5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)能的目的。

5.4.6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。

5.4.7 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。

5.4.8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。

5.4.9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。

6 相關平臺部署硬件選型清單

7 結束語

　　在城市內搭建智慧水務平臺，需要引入大量的科技技術和技術人才，政府部門制定頂層智慧水務系統(tǒng)規(guī)劃方案，同時給水務系統(tǒng)的加建分派一定的資金，來助推出系統(tǒng)穩(wěn)健的發(fā)展運營，智慧實務是未來水務工作方向發(fā)展。智慧水務系統(tǒng)也是整個水務系統(tǒng)中的大腦，要通過集成輸入信息統(tǒng)一，單位的數據標準才能夠實現數據的匯集，數據流動，避免出現了數據信息孤島問題發(fā)生。

【參考文獻】

[1]彭禎.云運維管理平臺在智慧水務中的運用[J].科技經濟導刊,2019(18):21.

[2]呂偉.基于智慧城市下的智慧水務現狀與對策分析[J].產城(上半月),2020(1):1.

[3]徐建永.關于智慧水務的發(fā)展現狀及前景[J].中文科技期刊數據庫（文摘版）工程技術,2021(12):137-139.

[4] 安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2022.05版