智能配電如此優秀，能否在院校園區能源管理中交出高分“答卷”？
http://www.sharifulalam.com 2021-06-15 09:43
為了滿足數字化時代對建筑功能、管理和使用體驗等方面提出的多元需求，近年來智能建筑頗受青睞。據國際市場研究機構Markets and Markets稱，全球智能建筑市場規模預計將從2020年的663億美元增長到2025年的1089億美元，年復合增長率為10.5%。同時，該機構通過深入研究發現，智能建筑的主要增長動力包括建筑運營者越來越多地采用支持物聯網的建筑管理系統，對空間利用的意識和節能水平的更高要求，以及行業標準和法規的推動。
這一點在中國市場則體現得更為明顯。在數字化與電氣化相容并進的今天，除了對建筑本身的安全性、實用性和舒適性有較高要求外，在“雙碳”目標的推動下，行業更加注重智能建筑的節能減排和可持續發展。
大學校園作為一個典型的建筑類型，因用能體量大、用電復雜、電力運維標準高等特點，已成為建筑能效管理的智能化改造中的重點研究方向。而供配電系統向上連接建筑能源生產，向下連接建筑能源消耗，自然也在院校建筑的智能化改造中首當其沖。
從理論而言，所謂智能配電系統，可以理解為是“將數據作為語言”的配電系統，通過數字化手段可使得海量終端設備與系統間實現互聯互通，依托對設備和系統數據的收集和深度價值挖掘，讓它們能夠“表達”自身狀態，還可以與樓宇管理系統或監控系統實現通信聯網從而打造智能化管理平臺，幫助建筑運營者隨時隨地獲取能源使用情況。
那么從實踐出發，智能配電如此優秀，是否能在院校園區的能源管理中交出高分“答卷”？
對此，全球能源管理與自動化領域數字化轉型的專家施耐德電氣，邀請華南理工大學廣州國際校區綜合事務辦公室鄭浩奕老師、華南理工大學建筑設計研究院有限公司的電氣總工程師俞洋，以及華南理工大學建筑設計研究院有限公司電氣設計師過仕佳，做客業內首檔面向電氣設計師的高端知識分享類系列對話——大師說。三位大咖立足華南理工大學廣州國際校區這一成功應用智能配電解決方案的明星項目，共同探尋上述問題的答案。
高端定位 打造智慧校園樣板工程
華南理工大學廣州國際校區是由教育部、廣東省、廣州市、華南理工大學四方共建的一所在地國際化的教育新高地，在規劃之初就被給予厚望——廣州第一個城市街區式大學校園，第一個以設計牽頭的EPC項目，第一個借助國家重點研究項目探討珠三角地區氣候適應性的綠色建筑項目......該項目總占地面積1700畝，一期工程50萬平方米，投資36億人民幣，目前主要設有微電子學院、吳賢銘智能工程學院、聲音學院、分子學院及未來技術學院等。
華南理工大學廣州國際校區
從學科配置上不難看出，國際校區正在重點發展以大數據、人工智能、生物材料為代表的前沿的交叉學科。因此，這個全新設計的校園對電氣化以及配電智能化方面有著同樣高標準要求。“我們之前的舊校區和后來的大學城校區采用的都是比較傳統的電力運維模式，已不適用于國際校區的高端定位。”鄭浩奕解釋道，“我們希望基于對校園配電安全隱患進行預警，對能源利用率進行精細化調控，以及實現無人值守模式這三大智能化嘗試，讓運維由被動變主動，更有效地管理這個規模龐大、綜合不同區域運維需求的校園，助力國際校區成為一個安全、高效、綠色的智慧校園樣板工程。”
來自項目主要牽頭方的華南理工大學建筑設計研究院有限公司的電氣總工程師俞洋，在建筑領域可謂身經百戰，近十多年來參與了全國將近200所院校的設計。他說：“基于該項目高端定位需要，我們的總體設計思路強調底層設備數據采集要全、數據分析要有效、運維操作要便捷。”他進一步解釋道，數據采集的目的不是采集，而是用于挖掘數據價值，給決策以參考。以往，配電系統只對系統回路采集數據，可一旦發現問題，且無法定位問題是回路中的哪個設備節點產生。因此，國際校區的智能配電解決方案，不僅會采集回路數據，還會將包括設備、配電元器件、ITS、SPD等所有數據進行收集與分析，通過充分利用數字化手段，對數據價值進行深度挖潛，從而為設備與系統的后續運維工作提供行動參考。
從傳統到智能 讓電能管理更有據可依
隨著互聯網、云計算等信息技術的突飛猛進，商業化和信息化的深度融合，對于智能建筑來說，可以通過引進具有“自我感知”能力的設備，并以數據作為其狀態反饋信息的載體，配合智能化系統對不同區域的實時監控，以更加精細化和動態的方式，提升部署與樓宇內電氣設備的能效和管理水平，才能為智慧、綠色校園帶來強健的基底。
具體到華南理工大學項目，在明確整體設計思路后，過仕佳詳細介紹了華南理工大學建筑設計研究院從供配電系統采集層、通訊層和控制層實現智能化升級的具體措施。
在采集層，施耐德電氣采用傳感技術、無線通訊技術、嵌入式系統讓設備和元器件實現互聯互通，以全IP架構，打造從中壓到終端，從母線到電源，從能效到溫度的全路徑配電網絡。如MTZ空氣斷路器和NSX塑殼斷路器，能夠時刻向上反饋斷路器在不同環境和使用影響下的壽命狀態和使用情況，從而時刻反饋電氣回路運行情況，提升運維的主動性。“作為設計師，我們一直強調，為了掌握系統全局狀態，數據采集應該盡量向末端靠近。利用施耐德電氣的智能斷路器，運維人員可以從后臺了解開關本體內的數據，比如開關觸頭磨損的情況，并由此分析出斷路器的壽命，從而能夠提前安排一些具有預見性的維護動作。而這是不具備互聯互通能力的斷路器無法實現的。”身為資深電氣設計師的過仕佳一語中的。
在通訊層，基于底層元器件設備具有的互聯互通屬性，其產生的數據可通過總線以及以太網連通，上傳至部署于控制層的施耐德電氣PSO電力監控系統，隨后依托電力監控模塊和電力診斷模塊的協作，從細節出發，對不同區域開關、系統狀態進行監視和簡單分析，為該項目運維管理團隊提供配電系統實時監測、控制，以實現及時故障排除，從而最大限度地提高電源可用性，優化運維效率。對此，過仕佳深有體會，“在施工調試階段，我們利用施耐德電氣的軟件系統，通過數據比對，發現了一些潛伏在系統中的簡單故障，如接線錯誤，儀表掉線，或者測量的數據有偏差等。而這在沒有數字化手段支持的施工調試運行過程中很難發現。可以說，施耐德電氣為項目提供的電力監控方案不僅讓運維化繁為簡，更為主動，也讓調試效率穩步提升。” 另外，通過電力監控，配電柜如電容補償柜、出線柜中因功率因數、諧波的變動等，也能夠被及時捕捉，從而幫助運維人員迅速做出反應。
作為業主方，鄭浩奕對 “充分利用數據”的必要性也有深刻體會。“有一次因為一個元件溫度過高導致低壓柜開關斷開，運維人員無法準確進行故障定位，立即把這一問題通過手機app上傳到施耐德電氣電力監控系統的后臺。施耐德電氣的技術專家結合現有數據，進行了快速分析，并提供了一份詳細的分析報告，從而幫助我們的工程師及時解決了故障。”
總體而言，國際校區項目通過采用施耐德電氣的智能配電整體解決方案，為對D地塊學院樓、科研及網絡中心所需的安全、穩定的環境，提供了堅實基礎。
此外，數據的采集和分析還為國際校區二期的運行提供了優化建議。鄭浩奕表示：“不包括數據中心在內，國際校區一期的變壓器安裝容量是61800kVA，我們的用電指標大概在110W/㎡左右。通過一年的運行，我們注意到，除去新校區實驗室的使用并沒有達到滿負荷的情況外，部分區域的變壓器負載率并不是特別高。這些發現為我們在校區二期規劃時，提供了更為合理的推斷和調整參考。”
三校區聯動 構建智慧校園數字化生態
華南理工大學廣州國際校區一期工程的目標是通過電能質量管理和電力監控的整體解決方案，在確保供配電系統安全穩定運行的同時，實現預測性運維，提高能源效率和可持續發展。目前，一期已經運營了一年時間。“與舊校區超30人且依賴人力運維的方式不同，依托施耐德電氣智能配電整體解決方案的支持，我們得以實現電能質量監控化、能源使用精細化、運維少人值守化的 ‘三化合一’模式，讓整體效率更高，管理成本更低。當前，國際校區僅需5名運維人員即可完成日常巡檢工作。” 鄭浩奕對國際校區一期項目配電智能化的成效給予了充分的肯定。
據介紹，國際校區項目也預留了接入專家級應用分析與服務的空間，為未來更好地利用數據價值，實現三個校區整體能源管理，提供更多可能。“這也是我們二期建設的目標，即基于三大校區聯動管理需求，從電能質量管理和電力監控一點出發，通過數據價值的更深度挖掘，實現更高等級、更全面的能源管理。”過仕佳表示。
對此，俞洋補充道：“智能配電的目的，是使供配電系統更可靠、更安全、更節能、更易于管理。國際校區二期的智能配電，仍將延用一期搭建的框架平臺，目前已經開始逐步部署階段。同時，老舊校區基礎設施和通訊設備的改造也是重中之重，將成為一校三區實現統一平臺管理的關鍵。可以想象，當所有校區都能通過一個平臺進行管理的時候，那才是智能配電系統發揮最大作用的時候。”
從末端設備的數據采集，到利用數據分析并解決問題，智能配電的整體解決方案，不僅可以讓配電系統變聰明，也能夠全面滿足智慧校園對能源管理和可持續發展的核心訴求，從而為管理聚合力，為環境增活力，為學習添動力。
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