智慧能源系统解决方案

一、系统概述

本项目为XX产业园区应用智慧园区能源管控系统，主要实现园区内部配电保护、能耗监测、水电缴费管理等功能，并安装屋顶光伏发电设施，为园区提高清洁能源。

智慧园区能源管控系统利用新一代信息技术-物联网技术，采集器通过RS485/RJ45/Lora/M_Bus等方式与水、电、气、热表实现通信。网络层通过4G/5G /NB-IoT等方式与平台通讯，实现对电、水、气、热表实时数据、历史数据和事件记录等信息的采集；数据应用层实现对电、水、气、热表各类数据的处理和存储，支持有序用能管理，异常用能分析，电、水、气、热能源质量数据统计、报表管理、损耗分析、增值服务等应用功能；应用层是用户和系统之间交互的桥梁，支持WEB浏览器、手机等多种查看方式，支持报表、柱状图、曲线图等多种图表形式，实现数据可视化。同时，结合3D可视化技术，直观、全面地反映系统运行状态，并能提供建筑关键场所的各子系统综合运行报告，提高突发事件的响应能力。

二、需求分析

目前产业园规划建设用地303亩，建筑面积XXX平方米，其中生产厂房XXX平方米；办公用房XXX平方米；配套用房XXX平方米。为提升园区能源信息化管理水平，达到绿色智慧园区，需要对各类能源进行信息采集，分类分项管理。

三、系统设计原则与目标

3.1设计原则

系统的软件设计方案需以计算机网络为基础、软件为核心，通过信息交换和共享，集成监控、管理整个园区的能源，提高系统维护水平、管理自动化水平、协调运行能力及详细的管理功能。

3.2设计目标

能源管控系统的设计目标就是要在提高能源系统的运行、管理效率的同时，结合3D可视化技术，通过与生产系统的数据共享与对比分析，更加快速、直观地统计能源消耗数据，为企业提供一个有效的能源系统整体管控解决方案；建立一套先进的、可靠的能源系统运行、操作和管理平台，并实现安全稳定、经济平衡、优质环保、监督考核的基本目标。

四、方案设计

整个方案从四个方面进行规划设计，主要包括配电监控、园区能效管理、缴费管理、光伏发电。

4.1 配电室及用电设备监控方案

实现对园区内配电室的实时监控，实时采集各厂站远动工作站遥测、遥信、电能量、数字量、微机保护信息等数据, 数据类型包

括模拟量、状态量、电能量、继电保护记录、时间顺序记录、电力系统各种参数等。同时，向各厂站远动工作站发送各种数据信息及控制命令。

4.1.1具体配置、功能及性能指标

A、通信总控单元

完成如下功能：

对站内全部智能设备进行通讯管理、数据采集、信号监测，并执行主站下行命令，是全站的中心枢纽。

支持部颁CDT、101、104、103、Polling、DNP3.0、modbus等多种规约。300～9600bps可调，支持远方调度通信和当地监控等。

具有事故总信号、预告总信号。

自动控制电铃、电笛。事故、预告音响有就地远方/切换开关，音响可引至远方（如值班室）50米。

具有多发多收及主备通道自动切换功能。

可通过当地人机接口进行设定及修改参数。

能与GPS对时，能接入以太网、SCADA系统，能和DCS系统和GIS 系统相连。

主要通信接口

提供33个通讯接口，其中有28个对各种测控装置或对调度通

讯的可配置串行口（RS485/RS232/CAN2.0），1个维护用异步维护

串行口（RS232），4个以太网网络接口。

主要支持通信规约

支持CDT、101、104、103、Polling、DNP3.0、modbus等规约，与上级通信可采用CDT、104等方式、部颁规约或用户执行规约。B、规约转换器

支持RS485、RS232等通讯口，将其他厂家的设备规约转为通信总控单元可接收的规约，通过无线传输模块，传给服务器。

C、工业路由器(无线通讯模块)

4.1.2通讯结构图

注：黄色线为485通讯方式

蓝色线为以太网通讯方式

红色线为无线方式

4.2 园区能效管理方案

对各生产、办公、配套用房等支路用电计量，可采集配电房中各线路多功能仪表数据，针对各生产流水线，按照工序安装计量仪表，实现园区用能的全采集。

主要生产设备包括SMT生产线X条；DIP车间X条插件线、X台波峰焊、XXKW螺杆空压机X台、组测包X条流水线。

主要功能如下：

能够通过通信技术，实现园区电气设备、配电保护、生产设备、动力设备、污水排放、办公照明、消防安全等各类设备的数据

感知，应实现水/电/气/热等能源的消耗计量，可通过线状统计图展现日、月、年的水/电/气/热等能耗的变化趋势；并与生产活动紧密结合，分析用能的合理性，提出节能优化方案，降低企业用能成本。

1）支持电力载波、M-Bus、Lora、GPRS/4G/5G、NB-IoT等通信技术。

2）能源管控系统采用数字化模型，结合建筑模拟图、电气单线图和供水供气管网图等系统图形设施界面，实现对建筑基本情况和电力、水等各分类能耗状态及能耗参数的直观监测管理。通过质

量分析、质量跟踪、趋势评估等检测手段，对外供的各种能源介质进行质量控制。

3）支持能源按区域、类别分析查询，支持表格、棒图、趋势曲线等方式展示，支持能源同比/环比分析。

4）能源管控系统收集各监测管理装置采集的能耗数据，并存储在一个开放式数据库中予以保存，系统可保存长时段（多年）的历史记录。系统可以标准和设定文件格式随时调用和打印上述历史数据。根据历史数据记录可进行各参数的年度、月度和日变化趋势分析，进行分类和综合比较分析，为节能降耗提供依据。

5）状态监测与报警：支持能耗预警机制，预警规则可自定义，可实现消息推送、短信通知等多种预警方式。

6）具备手机APP客户端软件（支持Android/iOS版本），可便捷掌握园区能源消耗情况。

4.3 用能缴费管理方案

通过对生产、办公、配套用房电表、水表、气表等进行优化，每个房间配置智能电表、智能无线热水表、智能无线冷水表，通过无线方式实现水电一体化采集，电脑PC端和手机端app移动支付，解决用户多次、多渠道缴费的烦恼，帮助管理者及时了解能源的使用情况，减少收费人贵的工作强度，减员增效，提升物业科学管理水平。让居民享受足不出户完成生活缴费的便利。

主要实现功能：

1）数据采集功能

主站采集系统每天进行抄录集中器的冻结数据，具有三次的重试、补抄机制流程，由于通讯等原因造成抄收失败的建立回溯机制，回溯时间不小于7天。

主站采集系统可手动采集表计的实时数据，也可以对未上报数据的表计进行手动历史数据的补测。

2）数据查询功能

电表电量数据、水表流量数据、气表流量数据可在统一界面查询日冻结数据，可生成日数据报表，根据需要可导出excel表格，并可绘制日数据曲线，方便用户查询分析。

3）监控报警功能

系统具有监控报警功能，实时监控：预付费催费及缴费事项，终端电表运行事项，参数修改事件等事件，并可在系统查询历史报警事项，导出excel表格，方便管理员及时发现并排除故障，保证系统正常运行。

4）短信转发功能

系统连接短信平台，通过配置信息自动对预付费催缴费、终端运行等信息通过短信方式发送到负责人手机上及用户手机，方便提醒用户及时缴费！方便管理员及时排除问题。

同时系统具备手动编辑短信发送功能，方便管理员使用！

5）工况查询功能

系统统计分析终端在线率，方便维护，让用户及时定位并处理不上线终端，保证终端的上线率99%以上。

系统进行日采集统计，直观的让用户看到终端运行状态，及时对相关问题表计进行数据补测等处理工作，保证数据的完整性。

系统统计终端采集成功率，方便管理员对所管理线路的电表、水表、燃气表的通讯故障进行排查，提升整体采集成功率。

6）收费功能

系统提供电表、冷水表、热水表充值缴费功能，实现用户费控参数管理。可实现居民用户阶梯电价、阶梯水价，具有开户、销户、缴费、冲正、换表等收费流程，方便用户进行有效管理。

7）远程阀控功能

针对具有智能阀控功能表计，可以提供远程阀控功能。当用户发生欠费前，当用户在指定时间没有缴费时，提前多方式（短信）提醒，最后自动关闭水表、燃气阀门、电表跳闸，完成续费后可自行打开各阀门，电表合闸。

远程阀控既也可通过操作人员手动干预阀控。系统可召测阀门状态，判断阀控是否成功。

8）节假日保费功能

针对节假日或特殊要求的用户，人性化设计，可实现主站分时段保费功能，表计欠费状态可通过设置不进行系统自动跳闸及关阀操作。

9）手机缴费功能

定制开发手机APP模块，目前开发Android版本和苹果ios版本。

为用户提供水表、电表余量查询、余额查询、充值操作、故障报修等功能；可以提供查看仪表工作状态，例如：电池电压状态（正常/欠压）、阀门状态等功能。

增加物业费缴费功能，以及集中缴费功能，方便客户使用！

目前客户充值操作支持微信、支付宝三种方式，甲方如有其它支付方式需求，开发费用由甲方另行支付。目前互联网缴费单笔收

费约为0.6%,具体收费标准根据国家政策进行调整。每年产生的第三方费用由甲方承担。

满足对电表、水表、物业费进行分项独立缴费，也可以自由组合，集中缴费，方便用户使用。

现场设备选择及主要功能:

现场设备使用国家电网公司广泛应用的智能电能表及智能集中采集器产品，保证计量精准度，保证采集成功率。

1)智能集中器

智能采集终端是集中抄表系统中的关键设备。能够自动抄收并存储各种具有通信功能的智能仪表，其下行信道为电力载波；与水表通过LORA无线采集基站数据，其上行信道采用4G无线公用通讯网，支持客户端、服务器两种通讯模式，并且采用模块化设计，可通过更换通信模块直接改变通信方式。符合国家电网信息采集系统系列标准的要求。

主要功能特点

●数据采集功能：终端能采集电能表的电能量数据，交采模块数据采集，状态量等数据

●数据存储功能：终端能存储实时和当前数据、历史日数据、历史月数据、电压合格率等。

●数据传输功能：与主站通信采用4G信道通信，与电表通讯使用载波或微功率无线方式

●参数查设功能：时钟召测和对时、限值参数、抄表参数、其它参数。

●本地设置功能：可通过网口或者USB对终端进行参数设置。

●设备维护功能：自检自恢复、专变终端初始化、设置与查询。

●电磁兼容优异：能抵御外界的传导性瞬变脉冲群、磁场、静电、雷击浪涌等干扰，符合国网规范中对于专变终端的电磁兼容要求。

●电压设计优异：AC85V~265V交流电源能维持专变终端正常工作。

主要技术参数

2）单相远程费控智能电能表

单相远程费控智能电能表采用先进的大规模集成电路，成熟的软件算法，低功耗设计以及SMT工艺，依照国际、国内相关标准的要求设计制造。产品集计量、显示、通讯、监测、费控等功能于一身，可以精确地分时计量正反向有功电能；精密实时测量电压、电流、有功功率、功率因数、频率等；监测并记录掉电、开表盖、跳合闸等事件；可实现远程收费，远程费控等功能。

主要功能特点

●电能计量功能：具有正向有功、反向有功电能计量功能，并可以据此设置组合有功电能，支持分时计量。

●费率时段功能：支持尖、峰、平、谷四个费率，全年可设置2个年时区，24h至少可以设置14个时段。

●测量监测功能：能测量电压、电流（含零线），有无功功率

以及功率因数等电网参数。

●阶梯电价功能：具有2套阶梯电价，支持以月、年为计费周期的阶梯算费方式，并支持电能表在指定时间实现两种方式自动切换。

●数据冻结功能：支持定时冻结、日冻结、瞬时冻结、整点冻结等功能，可以存储特定时刻的电量数据。

●负荷记录功能：记录的数据项可任意组合，可设置不同的时间间隔，使用灵活；在间隔时间为15min情况下，可记录3天数据量。

●事件记录功能：具有记录编程、开上盖、掉电、校时、跳闸等

事件发生的时刻以及事件发生时电能表状态；具有冻结和报警功能。

●时钟计时功能：采用具有温度补偿功能的内置硬件时钟电路，具有日历、计时、闰年自动转换，支持广播校时。

●用户界面显示：采用大屏幕汉显LCD，配合丰富的提示标识；具有背光抄表功能，显示项目可以灵活配置。

●通信模块配置：具有RS-485、载波或微功率无线、红外通讯接口，各物理通讯端口相互独立。

●远程费控功能：电能表支持载波及微功率无线通信方式，支持远程拉合闸，具有远程保电功能。

主要技术参数

3) LORA无线远传智能水表(DN15-DN50)

LORA无线远传智能水表保持旋翼式水表计数机构的机械传动方式，增加了光电直读模块及无线电子远传部分。主要由旋翼式冷水表、光电直读模块、LORA 远传模块、内置锂电池等组成电子远传水表。

自来水流动时，水表字轮转动，光电直读模块跟随转动，水表电子部分抄读时，光电模块直接读取水表示字，然后通过 LORA 无线模块进行远程传输。

主要功能要求

●水表符合国标 GB/T 778.1-3-2007《封闭满管道中水流量的测量饮用冷水水表和热水水表》 CJ 224-2012《电子远传水表》规定的各项技术指标。

●工作压力：水表的工作压力≤1.0MPa。

●压力损失：水表在额定工作条件下的最大压力损失不超过

0.063MPa。

●示值误差:在水温 0.1℃至 30℃范围内，水表的最大允许误差在高区（Q2≤Q≤ Q4）为±2%，低区 Q1≤Q＜Q2）为±5%。

●机电转换误差: V≤±1m3

●通讯速率：1200bp/s。

●通信距离：无线水表至无线基站的通信距离 0-3000 米。

●电源：内置锂电池；平均电流〈80uA。

●通讯方式：LORA 无线，最大工作电流：200mA，无线通信频率：470MHz

电气参数表

4.4 屋顶光伏发电系统方案

本项目安装面积，总装机容量约为XXMWp。太阳能光伏组件选用高效多晶硅组件，单块组件功率为270W，尺寸

1650mm*992mm*35mm，共计XXXX块，总功率XXXXkwp。安装于XX号厂房屋顶。

4.4.1 主要组件设备选型

组件选择：

本项目拟选择270-60P型270Wp太阳能光伏电池组件，组件详细技术参数参见下表。

太阳能电池组件技术参数表

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逆变器选择：

本项目可选的逆变器容量为20kwp，主要技术参数详见下表：并网光伏逆变器技术参数表

光伏阵列选择与安装：

本项目光伏组件全部采用固定式支架安装，根据地理位置，经测算光伏组件倾角为XX°时，倾斜面上所接受的太阳辐射量最大。根据GB50797-2012 《光伏发电站设计规范》中“对于并网光伏发电系统，倾角使光伏方阵的倾斜面上受到的全年辐照量最大”。4.4.2 防雷接地设计

4.4.2.1防雷设计

太阳能光伏并网电站防雷主要是防直接雷和感应雷两种，防雷措施应依据《光伏（PV）发电系统过电压保护-导则》

（SJ/T11127）中有关规定设计。

a）直击雷保护

直击雷保护分光伏电池组件和交、直流配电系统的直击雷保护。

光伏电池组件边框为金属材质，将光伏电池组件边框与支架可靠连接，采用接地扁钢将支架与防雷引下线相连，与接地网连接，为增加雷电流散流效果，将站内所有光伏电池组件支架可靠连接。

逆变器、低压并网柜在光伏支架背后，可利用支架防雷系统。

b）配电装置的雷电侵入波保护

为防止感应雷、浪涌等情况造成过电压而损坏光伏发电系统设备及配电设备，其防雷措施主要为采用防雷器。逆变器交流汇流箱内配置防雷器。

4.4.2.2 接地设计

（1）保护接地的范围

根据《交流电气装置的接地》（DL/T621-1997）规定，对所有要求接地或接零的设备均应可靠地接地或接零。

所有电气设备外壳、电缆金属外皮、电缆支架、桥架和其它可能事故带电的金属物都应可靠接地。

本系统中，支架、太阳能板边框以及连接件均是金属制品，每个子方阵自然形成等电位体，所有子方阵之间都要进行等电位连接并通过引下线与接地网就近可靠连接，接地体之间的焊接点应进行防腐处理。

（2）接地电阻

电站的保护接地、工作接地采用一个总的接地装置。根据《交流电气装置的接地》（DL/T621-1997）要求，接地电阻要求R≤4Ω。