浅谈智慧水务配电能效平台的发展现状及前景

程瑜

江苏安科瑞微电网研究院有限公司 江苏江阴 214432

摘要：在本篇文章介绍了国内智慧水务建设发展的技术背景和政策背景，也分析了当前国内城市实物发展的状况，也论述了智慧水务发展的基本意义，同时研究了智慧水务系统发展时存在的若干问题，提出了未来的发展建议，进一步助推城镇水务系统向智能化、信息化等方向发展。

关键词：智慧水务；信息技术；城镇水务

0 引言

将大数据、物联网等相关信息技术集成到所有系统内部构建起智慧生物管理信息系统，该系统可以感知到各设备运行状态，分析目前水务信息数据及时处理，为管理人员决策提供更多的数据支撑，也形成了融合智能感知、仿真诊断、智能预警调度的水务系统，进而实现水务系统安全、流程化、科学化、智能化的运作管理。智慧水务系统是城镇水务信息化、数字化发展的基石，涉及到多个领域的水资源调度，水厂的智慧化管理和智慧管网的搭建，还包含了海绵城市开发建设，城市水体环境监控，城市防洪排涝的监管，智慧水务系统的应用能够提高整个城市或者城镇的水务管网的运行水平。

1 智慧水务发展的技术背景分析

全球开展了新一轮的信息产业革命，新业态、新产业、新方式正在蓬勃发展，大数据、云计算及新型互联网技术的发展。在当前有了突飞猛进的提升，为水务系统的搭建提供了必要的技术支撑。互联网和物联网的技术不断的成熟，利用物联网连接的人与人之间，物和物，人与物的连接系统。使用电信技术、GIS，实现了水务设施空间数据信息和属性数据信息拓扑关系的一体化发展，为智慧水务系统掌控运营，而提供了坚实信息保障支持。互联网融合了移动通信、互联网实现了水务系统与智能手机的无缝衔接，为智慧水务系统与用户的互动提供了更多的技术便捷，水务技术发展可以构建起社会物联、智能网络，带领社会走入了新时代互联时代，为智慧水务系统搭建都带来了通信技术平台的支撑。大数据信息技术的发展和云计算技术的革新，为智慧水务提供了海量数据存储和数据分析技术手段，为水务系统增加了智慧大脑，提高了决策的可靠性。

2 智慧水务建设对城镇水务发展带来的支撑作用

从水务系统运营管理的角度来讲，智慧水务系统建设需要技术支持，在智慧经营管理发展思想理念的指引之下，税务公司的运营方式也发生创新变革，管理成效也得到提高。水务设施系统建设，也为城市的管理水平的提升和社会经济发展提供了巨大的助推力。

2.1 推动传统水务工作管理方式向智能化、精细化的方式发展转变

智慧型水务系统发展是当前城镇水务来发展转型的巨大契机，重视水务工作，能够精细化动态反映出水务行业生产经营服务的多个环节质量，进一步加强有关部门的监控，从宏观管理方向转变，在结果性的观念下，过程性管理方向不变，进而感知通过利用智能仿真和调度和控制等相关的运营功能，为水务部门提供更科学的数据信息的支持，结合平台联动数据共享，加强管理部门之间协同配合运作，这时候企业之间协同的发展，提高水务部门的管理成效和办事效率和工作的质量水平。

2.2 城镇水务系统社会监督透明化和公共服务平台便捷化

具有智慧水务系统搭建，可以建立起交互式的客户服务平台，在手机就能够直接看到水务运行的具体信息，方便公众实时查看水务物系统运作状态，实现了社会监督透明化，提高公众参与城镇管理的热情，而且能够提供线上的应用。办理信息查询等相关的便捷性服务，提高公共水务服务质量和社会公众的满意度水平。

2.3 为城市智能管理提供了有效的数据支持

城镇水务系统是当前城市基础设施的关键组成，系统建设成智慧化管理平台，提供水务信息，也为城市精细化管理提供必要的保障支持。城市供水及污水排放，在数据内部就会形成数据信息集成，管理员就可以利用这些信息，去了解居民居住状况，影响到整个城市的水务系统状况。利用城市供水排水的基本信息，来判断整个城市发展状况，来对城市功能作以合理调整，也支撑城市系统开发建设和城市城市规划的建设，及实现社会科学治理管理。

3 国内智慧水务实践中存在的问题分析

智慧水务系统建设经历了水务信息系统的建设，数字化信息采集及网络信息监管的系统开发，逐步实现了水务系统自动化、信息化，构建智慧水务平台做到水物行业数据信息的共享互联互通，深化数据信息的分析，实现了智慧化决策。国外智慧水务建设起步较早，目前已经完成了三阶段到四阶段的探索，而且当下我国智慧水务系统的建设尚存低级阶段发展，还在探索过程中。

3.1 缺少顶层的设计及统筹的规划

地方省市的水务工作涉及到多个部门，出现了水务工作部门分割，城乡建设分割，会出现多头部门领导水务系统的建设，但是整个系统建设缺少统一的规划，统一规范化管理标准，水务的建设建设地比较分散，不同地区、不同领域的政府职务建设流程相差各异，数据挖掘能力较为薄弱，数据共享能力不足。

3.2 数据孤岛的问题相当突出

近年，国内有许多省市政府部门发布了智慧水务建设的标准，但是在数据信息采集、数据传输系统的硬件设施、数据通讯协议等领域，还没有实现数据信息共享和标准的统一，数据开放程度偏低，兼容性不足。另外不同软件供应商也存在着技术壁垒的问题，各软件系统之间存在着不兼容问题，会导致各系统的数据兼容性不强。

3.3 数据挖掘深度不足

智慧水务的系统建设，在数据信息挖掘方面，出现了数据分析挖掘的深度不足，智慧水务系统中大多都停留在数据信息实时监测等，没有实现水务信息的挖掘和数据智能化的分析决策方面仍然是依靠人工的经验。

4 国内智慧水务发展的建议

智慧水务系统的搭建要着重处理系统建设的形式化问题，将人工智能物联网与税务工作相融合，建立起智慧化的水务系统调动平台，提高水务工作的管理智能化水平。

4.1 水务企业加强顶层设计，制定总体的统筹部署工作

水务公司在智慧水务系统的建设期间，不能够过于盲目的，推动系统的建设，要深度思考目前企业运行的状态。结合职工工作业务需求，统筹考虑一些设施的搭建，安装智能传感器等装置，并且将软件与信息化需求相结合。注重硬件设备的优化布局，注重数据信息采集分析，同时关注智慧系统的建立和水务工作问题的处理。在此背景之下，全力推动顶层规划方案的设计和水务业务的科学部署，并参与到系统建设工作中来，信息化平台能够持续的开发建设成为企业运行的核心。

4.2 在行业和城市范畴内，统一智慧水务的建设标准

企业消除水务系统建设中数据库问题，在整个水务行业内，都面向水厂服务管理部门来建立起统一数据标准及建设标准和管理标准相统一信息化平台。推动各地方职务部门按照统一标准采集数据信息来获取信息，形成大数据管理信息平台，也通过利用规范数据结构服务接口，进而达成不同系统之间数据的联通数据信息共享，不能互通实现多种系统联动。另外在服务城市管理和行业管理等方面建立起跨部门统一数据标准，统筹考虑基于城市模型的智慧税务系统，进而综合集成不同的地区、不同的领域的水务数据信息系统，实现数据信息共享，跨部门的协同运作。

4.3 深化智慧决策系统，深入应用云计算物联网、大数据等技术

应用云计算、物联网、大数据等技术，并利用神经网络及其学习的技术，打造起基于区块链的多元数据交换系统，要将数据存储起来，综合运用融入到数据管理信息平台中。结合大数据来对水务工作全部场景进行系统内部模拟化仿真，并进一步探索优化进一步加深对水物数据信息的深度挖掘。通过利用有效数据治理数据处理进而实现智能化的应用管理和业务智能信息平台的搭建。

4.4 增强智慧水务领域跨界人才培养

向智慧水务发展，行业管理地方管理部门，服务企业，高校科研院所重视的水务人才的培养，培养跨界人才，包含智慧水务领域的关键技术人才，管理人才，搭建智慧水务的人才发展梯队，同时加强从业人员业务培训，为智慧水务物的建设，而提供有力的保障支持。

5 AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台

5.1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，监测主要用能设备能效，保护污水厂运行可靠，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。

5.2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。

5.3平台拓扑图

5.4平台子系统

5.4.1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。

5.4.2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。

5.4.3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。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。

5.4.4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/先进指标对标，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。

5.4.5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、节能的目的。

5.4.6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。

5.4.7 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。

5.4.8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。

5.4.9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。

6 相关平台部署硬件选型清单

序号	名称	型号、规格	安装位置	用途
1	电能质量监测	APview500	进线开关柜	监测市电电能质量
2	35kV、10kV回路保护	AM6	35、10kV开关柜	35、10kV回路保护、测控
3	智能操控装置	ASD500-Pn	35、10kV开关柜	35、10kV回路操作、显示和测温
4	弧光保护	ARB5	35、10kV回路母线室、断路器室、电缆室	用于监测关键电气接点弧光监测、保护
5	无线测温传感器	ATE400、ATE200	35、10、0.4kV母排、断路器、线缆接头	用于监测关键电气接点温度
6	有源滤波装置	AnSin□-M	0.4kV母线侧	滤除配电系统2~25次谐波畸变
7	无功补偿装置	AZC智能电容	0.4kV母线侧	提供无功补偿
8	多功能仪表	APM520/APM510	10kV、0.4kV回路	监测电气参数和开关状态、故障报警
9	智能照明控制器	ASL100	照明配电箱	照明单控、群控、定时/自动控制
10	电气火灾传感器	ARCM200	配电柜/配电箱	监测漏电电流和线缆温度
11	消防设备电源传感器	AFPM	消防配电箱	监测消防设备电压、电流状态
12	应急照明和疏散指示系统	A-C-A100	消防疏散通道	提供消防应急照明并指引疏散人群快速疏散
13	限流式保护器	ASCP200	照明插座回路	防止过载、短路产生火花
14	电动机保护器	ARD3M	电动机	保护电机安全稳定运行
15	环境传感器	温湿度、浸水、烟雾、有害气体等传感器	配电室、工艺区域	监测环境参数，维护环境安全
16	智能网关	ANet-2E4SM	数据采集柜	采集设备数据，逻辑控制、上传平台

7 结束语

在城市内搭建智慧水务平台，需要引入大量的科技技术和技术人才，政府部门制定顶层智慧水务系统规划方案，同时给水务系统的加建分派一定的资金，来助推出系统稳健的发展运营，智慧实务是未来水务工作方向发展。智慧水务系统也是整个水务系统中的大脑，要通过集成输入信息统一，单位的数据标准才能够实现数据的汇集，数据流动，避免出现了数据信息孤岛问题发生。

【参考文献】

[1]彭祯.云运维管理平台在智慧水务中的运用[J].科技经济导刊,2019(18):21.

[2]吕伟.基于智慧城市下的智慧水务现状与对策分析[J].产城(上半月),2020(1):1.

[3]徐建永.关于智慧水务的发展现状及前景[J].中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术,2021(12):137-139.

[4] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版

审核编辑 黄宇