任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：高校作為大規(guī)模能源消費端，存在電力管理手段欠缺導(dǎo)致能源嚴重浪費的問題，可通過加強能源電力管理和數(shù)字技術(shù)的融合力度，綜合運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、AI人工智能等數(shù)字化手段，提升運營效率和綜合管控水平，從而實現(xiàn)能源電力管控創(chuàng)新。對5G組網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)進行研究探索，提出一種適用于高校場景的基于5G校園混合專網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)能

源電力管理平臺，提出面向高校四大用能場景的針對性節(jié)能策略與方案，展望高校綠色節(jié)能發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：5G；校園混合專網(wǎng)；物聯(lián)網(wǎng)；能源電力管理平臺

0引言

我國2020年能源消費量占全球能源消費總量的26%，在電力領(lǐng)域，我國2020年電力消費總量約占同期全球消費量29%。能量消耗高速增長，傳統(tǒng)粗放的能源電力管理模式已經(jīng)無法滿足當前社會需求，節(jié)能降耗面臨嚴峻的考驗，在全球“雙碳”大背景下，能源電力轉(zhuǎn)型勢在必行。在用電消費端，高校人流量大、用電要素復(fù)雜，在我國總體能源消耗中所占比例較大。我國在校大學(xué)生數(shù)量僅占全國人口3%，但高校能耗在社會總能耗中的占比高達8%，高校人均用電量是全國人均水平的4倍。同時，校園基礎(chǔ)能耗設(shè)施陳舊，能源電力管理粗放問題突出，校園節(jié)能領(lǐng)域存在巨大提升空間，具有迫切的改造需求。目前，隨著技術(shù)水平發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)、樓宇能耗監(jiān)控領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用，可以提供精細化管理、信息數(shù)據(jù)采集、設(shè)備設(shè)施效率提升、低碳節(jié)能運行以及公共服務(wù)均等化和普惠化方面的有力支撐。為此，從校園節(jié)能減排目標入手，利用“5G+物聯(lián)網(wǎng)”構(gòu)建高校能源感知網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合校園已有能耗設(shè)施現(xiàn)狀，建立有效的能源電力監(jiān)控與管理應(yīng)用。

1高校能源電力管理現(xiàn)狀分析

1.1高校能耗特征分析

高校建筑類型多，不僅有教學(xué)樓、科研樓、行政52辦公樓等公共建筑，還有宿舍樓、食堂、浴室等生活建筑，建筑類型的多樣化必然導(dǎo)致能耗種類的多樣化。

高校電力能耗具有明顯的季節(jié)性。由于高校在1月下旬到2月中旬和7月上旬到8月下旬放寒、暑假，校園能耗會明顯下降，而1月是一年中的*冷月，7月、8月是一年中的*熱月，能耗量會明顯上升。

高校電力能耗集中。高校耗能設(shè)施陳舊單一，使用時間相對集中。高校中大部分的建筑耗能設(shè)施比較陳舊、簡單，而且學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活作息具有規(guī)律性。

高校電力節(jié)能潛力巨大。高校絕大部分都是文化水平較高的教師及學(xué)生，素質(zhì)高、節(jié)能意識較強。同時，高校作為教育和科研基地，具有研究、實踐新型節(jié)能技術(shù)的物質(zhì)和精神基礎(chǔ)。

1.25G賦能綠色校園能源電力管理

5G技術(shù)在綠色校園領(lǐng)域應(yīng)用具有三大現(xiàn)實基礎(chǔ)：

1）5G技術(shù)推動低碳學(xué)習(xí)生活方式轉(zhuǎn)變。5G泛在實時連接正逐漸改變校園的教學(xué)生活方式，線上會議、線上教學(xué)、虛擬教學(xué)、在線考試等應(yīng)用正加速推廣，可以有效減少師生出行活動產(chǎn)生的能耗與排放。

2）5G技術(shù)為校園節(jié)能增效“注智賦能”。基于5G、云計算、邊緣計算、人工智能等技術(shù)，校園可部署能源電力管理平臺，實現(xiàn)對水、電、氣、熱等資源的全面監(jiān)控，減少物流和能源的碳消耗。利用5G大連接特性，連接電源、建筑等監(jiān)測點位傳感器，實現(xiàn)監(jiān)測設(shè)備信息的實時讀取，覆蓋能源生產(chǎn)、管控、用能三大環(huán)節(jié)，打造能源數(shù)據(jù)感知、能源優(yōu)化服務(wù)、能源綜合管控的全鏈條閉環(huán)服務(wù)體系。

3）5G技術(shù)助力碳達峰、碳中和人才培養(yǎng)。5G網(wǎng)絡(luò)的深度覆蓋將賦能校園數(shù)字化轉(zhuǎn)型，驅(qū)動低耗、環(huán)保的綠色智慧校園研究與發(fā)展。結(jié)合碳達峰、碳中和發(fā)展需求，創(chuàng)新綠色人才培養(yǎng)模式，引ling未來低碳技術(shù)發(fā)展，打造專業(yè)人才培養(yǎng)體系。

2高校物聯(lián)網(wǎng)能源電力管理平臺

2.1建設(shè)思路

2010年來，各種新興技術(shù)進入高速發(fā)展期，隨著我國5G正式大規(guī)模商用，大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)+、人工智能、云計算等前沿技術(shù)得到充分整合和運用，在電力、教育等行業(yè)取得重大進展和廣泛應(yīng)用。與此同時，國家節(jié)能減排相關(guān)政策陸續(xù)出臺、落地，各大高校對于校園能源電力管理提出了更高的要求。

據(jù)統(tǒng)計，截至2022年5月31日，全國高等學(xué)校共計3013所，本科院校1270所，專科院校1489所，如圖1所示。85%以上的高校已有10年以上的存續(xù)歷史。各大高?，F(xiàn)有建筑建設(shè)年限較為久遠，直接導(dǎo)致校園建設(shè)整體信息化、智能化水平偏低，與能源電力管理相關(guān)的終端設(shè)備往往不具備智能采集、控制功能以及數(shù)據(jù)上傳的網(wǎng)絡(luò)鏈路。因此，在進行能源電力管理平臺整體規(guī)劃建設(shè)過程中除了需要考慮終端設(shè)備的智能化升級外，還需要考慮傳輸網(wǎng)絡(luò)的整體建設(shè)。

有線網(wǎng)絡(luò)傳輸包括采用光纖、銅纜等固定網(wǎng)絡(luò)傳輸形式，在高校的能源電力管理平臺建設(shè)上存在布線困難、施工周期較長等客觀突出問題，很難形成規(guī)?；藴驶膽?yīng)用，難以推廣。相比之下，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)則可很大程度滿足高校能源電力管理平臺的需求，具有施工簡單、無須布線、即插即用等優(yōu)勢。同時各類物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備均可通過物聯(lián)網(wǎng)管理平臺統(tǒng)一監(jiān)控、統(tǒng)一管理。

無線傳輸可采用第五代移動通信技術(shù)（5thgenerationmobilecommunicationtechnology，5G）、ZigBee無線通信技術(shù)（ZigBeewirelesscommunication

technology，ZigBee）、LoRa無線通信技術(shù)（LoRawirelesscommunicationtechnology，LoRa）、無線保真技術(shù)（wirelessfidelity，WiFi）等多種形式，如表1所示，在高校等園區(qū)領(lǐng)域選用5G傳輸具有以下優(yōu)勢：

1）傳輸速率高，5G傳輸峰值速率高達20Gbit/s，與WiFi、LoRa等傳輸速率相比有幾十乃至數(shù)百倍的提升，可以更好支持電子班牌、攝像頭等具有更高傳輸速率需求的終端設(shè)備；

2）建設(shè)難度低，采用5G傳輸，只需要部署核心網(wǎng)用戶面網(wǎng)元（userplanefunction，UPF）至高校運營商機房，便可共用運營商在高校已部署的5G公共基站，搭建5G混合專網(wǎng)。采用其他方式傳輸，則需要在高校部署無線基站/網(wǎng)關(guān)并為其供電、聯(lián)網(wǎng)，同樣需要在辦公區(qū)、教學(xué)區(qū)進行布線、安裝等一系列施工工序，與采用有線傳輸無本質(zhì)區(qū)別。

基于上述分析，采用5G技術(shù)搭建高校物聯(lián)網(wǎng)能源電力管理平臺更為貼合我國高?，F(xiàn)有實際情況。通過校園5G專網(wǎng)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將與能源電力管理有關(guān)的全部物聯(lián)感知終端以及智能化系統(tǒng)進行集成，如圖2所示，有機銜接信息資源、設(shè)備狀態(tài)和業(yè)務(wù)事件，打造在異構(gòu)子系統(tǒng)之間跨越各應(yīng)用系統(tǒng)邊界的統(tǒng)一管理平臺。

建設(shè)高校物聯(lián)網(wǎng)能源電力管理平臺，旨在消除“信息孤島”，將原本孤立、封閉的子系統(tǒng)縱向解耦，消除應(yīng)用與終端設(shè)備的強綁定關(guān)系。利用平臺橫向整合，打破子系統(tǒng)間的壁壘，由校園物聯(lián)網(wǎng)能源電力管理平臺進行統(tǒng)一調(diào)配管控，實現(xiàn)針對特定高校節(jié)能場景的跨系統(tǒng)聯(lián)動。由此改善教室、圖書館、宿舍等場所能耗浪費現(xiàn)象，提高校園整體的能源利用效率。

2.2整體架構(gòu)

高校物聯(lián)網(wǎng)能源電力管理平臺采用標準的物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)，整體架構(gòu)自下而上由物聯(lián)感知層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和平臺應(yīng)用層組成，如圖3所示。

物聯(lián)感知層運用傳感和識別技術(shù)將物理世界中的各類物理量轉(zhuǎn)化成可供處理的數(shù)字信號，負責(zé)實現(xiàn)對物理世界的智能感知識別、信息采集處理和自動控制，并通過通信模塊將物理實體連接到網(wǎng)絡(luò)傳輸層和平臺應(yīng)用層。

網(wǎng)絡(luò)傳輸層主要用于數(shù)據(jù)信息和控制信息的雙向傳遞、路由和控制，實現(xiàn)硬件世界與應(yīng)用生態(tài)的數(shù)據(jù)互聯(lián)，支持多數(shù)據(jù)源、多目標、多種協(xié)議的信息傳輸，網(wǎng)絡(luò)傳輸層可采用公共的運營商網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)，也可以依托行業(yè)專用通信網(wǎng)絡(luò)。平臺應(yīng)用層綜合運用高性能計算、人工智能、數(shù)據(jù)庫和模糊計算等技術(shù)，對終端設(shè)備數(shù)據(jù)進行存儲、查詢、分析、挖掘、理解，并基于終端設(shè)備數(shù)據(jù)進行節(jié)能決策和行為控制。

2.2.1物聯(lián)感知層

5G技術(shù)的融合應(yīng)用可以提供可靠、穩(wěn)定、高效的互聯(lián)網(wǎng)通信，為高校用電端設(shè)備通信，特別是無線通信提供。保障根據(jù)高校物聯(lián)網(wǎng)能源電力管理平臺采用校園5G專網(wǎng)的整體架構(gòu)要求，所有物聯(lián)感知層傳感器、執(zhí)行器均選用具有5G模組的設(shè)備。對于不具有5G模組的終端設(shè)備，可采用5G客戶前置終端設(shè)備（customerpremiseequipment，CPE）將設(shè)備接入校園5G專網(wǎng)。CPE可以把運營商移動網(wǎng)絡(luò)信號轉(zhuǎn)化為寬帶網(wǎng)絡(luò)和Wi-Fi，同時具有無線路由器的功能，能夠用有線/無線的方式為終端設(shè)備提供寬帶網(wǎng)絡(luò)連接和無線網(wǎng)絡(luò)連接。

2.2.2網(wǎng)絡(luò)傳輸層

網(wǎng)絡(luò)傳輸層5G組網(wǎng)形式區(qū)分如圖4所示，根據(jù)高校運營商基站建設(shè)實際情況，網(wǎng)絡(luò)傳輸層采5G混合網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)形式。以運營商建設(shè)的校內(nèi)5G基站為基礎(chǔ)，運用5G數(shù)據(jù)切片技術(shù)，共用已有5G基站，同時部署私有化的UPF，構(gòu)成5G公網(wǎng)和校園5G專網(wǎng)并行的5G混合專網(wǎng)，如圖5所示。

UPF作為移動錨點，負責(zé)分組路由、轉(zhuǎn)發(fā)、包檢測及策略執(zhí)行、流量上報等功能，并負責(zé)計費報告生成，滿足高校對于邊緣網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)能力的需求。

接入和移動性管理功能（accessandmobilitymanagementfunction，AMF）用于注冊、連接、可達性及移動性管理，完成用戶的接入認證和鑒權(quán)。

會話管理功能（sessionmanagementfunction，SMF）提供會話管理、IP地址分配、策略執(zhí)行、計費等功能。

在5G混合專網(wǎng)的基站共享模式下，無線基站對終端設(shè)備規(guī)劃專有標識。AMF負責(zé)根據(jù)各類終端的切片標識進行接入認證和鑒權(quán)，歸屬校園5G專網(wǎng)的終端無法接入5G公網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，從而為高校構(gòu)建一張增強帶寬、低時延、核心數(shù)據(jù)不出校園的基礎(chǔ)連接網(wǎng)絡(luò)。通過核心網(wǎng)絡(luò)的本地部署+空口預(yù)調(diào)度技術(shù)，有效提升端到端時延指標，網(wǎng)絡(luò)端到端時延小于15ms，部分場景下時延小于10ms。

物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備對于通信網(wǎng)絡(luò)的需求體現(xiàn)在以下3個方面：

1）可靠性需求。終端設(shè)備數(shù)據(jù)采集的可靠性要求99.9%，設(shè)備控制則需要達到99.999%。利用5G的多輸入多輸出（mutiple-inputmultiple-output，MIMO）技術(shù)，在發(fā)送端和接收端建立多個天線，可以很大程度優(yōu)化數(shù)據(jù)通信的基本質(zhì)量。

2）實時性。物聯(lián)網(wǎng)能源電力管理平臺需要監(jiān)控用電終端設(shè)備運行狀態(tài)，并在優(yōu)化計算后及時生成調(diào)節(jié)指令，下發(fā)指令數(shù)據(jù)對實時性有較高要求，關(guān)鍵控制指令時延要求達到毫秒級。

3）高帶寬。視頻類終端設(shè)備的4K/8K高清圖像、多屏多視角、自由視角、VR互動等功能對于通信網(wǎng)絡(luò)有著較高需求，采用不同5G切片技術(shù)所得指標如圖6所示，物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備對網(wǎng)絡(luò)傳輸具體性能要求如表2所示。

2.2.3平臺應(yīng)用層

高校物聯(lián)網(wǎng)能源電力管理平臺全量接入物聯(lián)感知層的傳感器/執(zhí)行器，具有消息隊列遙測傳輸協(xié)議（messagequeuingtelemetrytransportprotocol，MQTT）、受限制的應(yīng)用協(xié)議（constrainedapplicationprotocol，CoAP）、物聯(lián)網(wǎng)的輕量級協(xié)議（lightweightmachinetomachine，LwM2M）、超文本傳輸協(xié)議（hypertexttransferprotocol，HTTP）、超文本傳輸安全協(xié)議（hypertexttransferprotocoloversecuresocketlayer，HTTPS）等多種應(yīng)用層物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議接入能力，既滿足設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控等長連接的實時性需求，也滿足遠程抄表等短連接的低功耗需求。

MQTT協(xié)議：平臺支持設(shè)備使用MQTT協(xié)議接入。MQTT是基于TCP/IP協(xié)議棧構(gòu)建的異步通信消息協(xié)議，是一種輕量級的發(fā)布/訂閱信息傳輸協(xié)議。MQTT在時間和空間上，將消息發(fā)送者與接受者分離，可以在不可靠的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進行擴展。適用于設(shè)備硬件存儲空間有限或網(wǎng)絡(luò)帶寬有限的場景。

CoAP/LwM2M協(xié)議：平臺支持CoAP/LwM2M協(xié)議連接通信。CoAP協(xié)議適用在資源受限的低功耗設(shè)備上使用，LwM2M是基于傳輸層CoAP協(xié)議的應(yīng)用層協(xié)議，該協(xié)議是由開放移動聯(lián)盟（openmobilealliance，OMA）提出并定義的適用于資源有限的終端設(shè)備管理的輕量級物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，聚焦于低功耗廣覆蓋物聯(lián)網(wǎng)市場，是一種可在全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用的新興技術(shù)。HTTP協(xié)議：平臺支持HTTP協(xié)議規(guī)范。

TCP協(xié)議：平臺支持TCP協(xié)議直接接入，可通過數(shù)據(jù)解析，使用自定義腳本的方式完成對設(shè)備數(shù)據(jù)的解析。

平臺對終端設(shè)備進行從接入平臺時起，直至設(shè)備壞損停止運行的“全生命周期管理”。平臺搭建包括能耗分析、能耗預(yù)測、能耗預(yù)警在內(nèi)的多種能耗數(shù)據(jù)應(yīng)用模型，對收集的數(shù)據(jù)進行存儲、分析，對能耗提供數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)可視化等數(shù)據(jù)服務(wù)，為節(jié)能決策提供支撐。

3能源電力管理平臺功能模塊設(shè)計

3.1能源電力管理設(shè)計思路

如圖7所示，高校用電按照功能可劃分為：電教功能設(shè)備用電、負載/插座用電、暖通空調(diào)用電以及照明/動力設(shè)備用電4類。針對這4類用電的自身屬性以及高校各區(qū)域潮汐式用電的獨you特點，聚焦這4類用電場景中的重點項目進行能源電力管理模塊設(shè)計，主要包括電子班牌控制模塊，對日常負載用能設(shè)備進行管理的電力監(jiān)測、計量模塊，暖通空調(diào)控制模塊，照明控制模塊。

3.2電子班牌控制模塊設(shè)計

高校教室、會議室、圖書館、實驗室等場所設(shè)置有大量電子班牌設(shè)備終端，一旦設(shè)備開啟，即使無人觀看也會一直處于持續(xù)播放狀態(tài)，造成大量能源浪費。高校對此缺乏足夠的人力以及信息化管理控制手段對其進行精細化管理，存在很大節(jié)能空間。

電教設(shè)備控制模塊將課程/工作時間表、人體傳感器、監(jiān)控攝像頭、個性化策略（重大會議、來訪等）等作為條件輸入對終端進行狀態(tài)控制。根據(jù)條件輸入的不同，能源電力管理平臺可根據(jù)規(guī)劃好的策略控制電子班牌的關(guān)機、待機、開機。

對電子班牌進行節(jié)能控制的關(guān)鍵是對設(shè)備周圍環(huán)境進行探知，判斷是否有人正在觀看電子班牌，在無人使用情況下將電子班牌顯示屏關(guān)閉，設(shè)為待機狀態(tài)。為保證學(xué)生、教師在遠距離觀察時，電子班牌顯示屏可以保持開啟狀態(tài)，不影響使用體驗，設(shè)計采用2種方式進行人體感知：

1）監(jiān)控攝像頭。對于設(shè)有監(jiān)控攝像頭的區(qū)域，可采用AI人體識別與虛擬電子圍欄相結(jié)合的方式進行判別，將虛擬電子圍欄區(qū)域與電子班牌設(shè)備終端綁定，有人進入圍欄區(qū)域，則自動將電子班牌從待機狀態(tài)切換至正常開機狀態(tài)。

2）人體傳感器。對于未設(shè)置監(jiān)控攝像頭的區(qū)域，可現(xiàn)場安裝5G人體傳感器，人體傳感器采用熱釋電傳感技術(shù)，熱釋電元件受人體紅外線輻射后，會產(chǎn)生熱釋電，經(jīng)過放大器放大后，引起輸出電壓變化。能源電力管理平臺接收信號后聯(lián)動該人體傳感器周遭電子班牌從待機狀態(tài)切換至正常開機狀態(tài)。

3.3電力監(jiān)測、計量模塊設(shè)計

電力檢測、計量功能模塊的設(shè)計主要基于兩個方面進行考量。一方面是高校學(xué)生經(jīng)常性違反學(xué)校規(guī)定私拉電線、使用大功率電器（熱得快、電飯煲、電熱毯等）。這類行為導(dǎo)致電力線路頻繁過載、加速老化，留下嚴重火災(zāi)隱患，需要在上述不文明用電行為發(fā)生時能夠迅速判斷發(fā)現(xiàn)問題，并通知校內(nèi)工作人員予以制止。另一方面，對于不會直接影響校園電網(wǎng)運行的浪費用電行為，需要利用數(shù)字化、信息化、智慧化的手段進行數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)并杜絕相應(yīng)行為。

電力檢測、計量功能模塊遵循細化數(shù)據(jù)采集顆粒度與按需配置終端相結(jié)合的設(shè)計原則，如圖8所示，在高校的各高壓配電柜（35kV以下）、低壓配電柜（380V）、樓層配電箱（380V、220V）以及宿舍樓的各個宿舍回路設(shè)置5G電力計量終端，如圖9所示，對電流、電壓、功率因數(shù)、電弧、溫度、電量等狀態(tài)進行實時采集。電力計量終端5G通信模塊通過5G網(wǎng)絡(luò)與用采/計量主站連接，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程采集及參數(shù)的遠程下發(fā)等功能，符合電網(wǎng)企業(yè)計量終端標準。利用5G網(wǎng)絡(luò)特性，豐富抄表內(nèi)容，提升抄表頻次，以此增強能源電力管理精細度。

能源電力管理平臺運用AI智能分析技術(shù)實時分析終端數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)回路漏電、過壓、過載、短路、三相不平衡等問題，及時采用滅弧、斷點等手段進行電路保護。同時在工作站和相應(yīng)管理人員手持終端上進行事故報警，安排人員及時到場處置處理。

此外，能源電力管理平臺運用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對歷史數(shù)據(jù)進行診斷分析，對于各類故障進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、對比分析。對于頻繁出現(xiàn)故障的區(qū)域和回路進行智能識別，提醒工作人員現(xiàn)場檢查是否存在使用大功率電器等行為，將被動防御轉(zhuǎn)換為主動預(yù)防。同時平臺對同類型區(qū)域進行歸類匯總（如同面積同居住人數(shù)的學(xué)生宿舍），橫向?qū)Ρ饶芎闹笜?，對于用電?shù)據(jù)異常以及用電嚴重超標的區(qū)域進行檢查，降低校園整體能耗水平。

3.4暖通空調(diào)控制模塊設(shè)計

暖通空調(diào)控制模塊在設(shè)計過程中充分考慮高校中教學(xué)樓、圖書館、宿舍樓等功能性建筑鮮明的潮汐人流特點。建筑內(nèi)人流量隨時間變化存在峰谷值，人體散熱以及人群活動造成場所內(nèi)溫度波動，而僅通過傳感器進行溫度調(diào)節(jié)存在滯后性。溫度過度調(diào)節(jié)/滯后調(diào)節(jié)不僅給教師、學(xué)生帶來體感不適，同時更造成了能源浪費。

暖通空調(diào)控制模塊主要由終端傳感器采集室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)，同時結(jié)合高校各區(qū)域潮汐人流的特點，運用大數(shù)據(jù)和AI智能分析的手段進行節(jié)能策略制定，一方面減少建筑人流低谷時段設(shè)備的運行功耗、待機功耗以及空轉(zhuǎn)功耗；另一方面提前預(yù)知人流高峰，根據(jù)教學(xué)樓、圖書館、宿舍樓等建筑的不同特點制定溫度控制時間表，對上述建筑物實施分時、分區(qū)供冷供熱。

由AI智能分析算法根據(jù)該區(qū)域溫度與時間的對應(yīng)關(guān)系制定空調(diào)機組*佳啟/停時間、焓值切換模式、機組組合群控模式等。為保證空調(diào)機組設(shè)備的使用壽命、避免不正確操作造成設(shè)備損壞，系統(tǒng)設(shè)計設(shè)備保護功能，限定規(guī)定時間中設(shè)備的啟/停次數(shù)，并且可對設(shè)備設(shè)置啟/停延時。

3.5照明控制模塊設(shè)計

照明控制模塊運用5G+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過設(shè)置前端人體紅外、光敏傳感器及視頻監(jiān)控攝像頭實時掌握照明區(qū)域的人流情況、自然光照情況，并在照明燈具上配置燈光控制器，實現(xiàn)高校建筑內(nèi)燈光照明的開關(guān)控制、調(diào)光控制以及監(jiān)測計量。

照明控制模塊采用“按需照明”的節(jié)能照明策略，將自然照明條件、環(huán)境情況、人員照明實際需求相結(jié)合，具有多種工作模式，有效增加能源的利用率，使高校照明系統(tǒng)更節(jié)能、更高效。

4安科瑞高校綜合能效解決方案

4.1校園電力監(jiān)控與運維

集成設(shè)備所有數(shù)據(jù)，綜合分析、協(xié)同控制、優(yōu)化運行，集中調(diào)控，集中監(jiān)控，數(shù)字化巡檢，移動運維，班組重新優(yōu)化整合，減少人力配置。

4.2后勤計費管理

采用先進的網(wǎng)絡(luò)抄表付費管理技術(shù)，實現(xiàn)電、水、氣等能源綜合計費，實現(xiàn)遠程抄表、費率設(shè)置、賬單統(tǒng)計匯總等，支持微信、支付寶、一卡通等充值支付方式，可設(shè)置補貼方案。通過能源付費管理方式，培養(yǎng)用能群體和部門的節(jié)能意識。

4.2.1宿舍用電管理

針對學(xué)生宿舍用電進行管理控制：可批量下發(fā)基礎(chǔ)用電額度和定時通斷功能；可進行惡性負載識別，檢測違規(guī)電氣，并可獲取違規(guī)用電跳閘記錄。

4.2.2商鋪水電收費

針對校園超市、商鋪、食堂及其他針對個體的水電用能進行預(yù)付費管理。

4.2.3充電樁管理平臺

充電樁在“源、網(wǎng)、荷、儲、充”信息能源結(jié)構(gòu)中是必不ke缺的。充電樁應(yīng)用管理同樣是校園生活服務(wù)中必不ke缺的一部分。

4.2.4智能照明管理

通過對高校路燈的全局監(jiān)測，提供對路燈靈活智能的管理，實現(xiàn)校園內(nèi)任一線路，任一個路燈的定時開關(guān)、強制開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)，以及定時控制方案靈活設(shè)置，確保路燈照明的智能控制和高效節(jié)能。

4.3能源管理系統(tǒng)

針對校園水、電、氣等各類接入能源進行統(tǒng)計分析，包含同比分析、環(huán)比分分析、損耗分析等。了解用能總量和能源流向。

按校園建筑的分類進行采集和統(tǒng)計的各類建筑耗電數(shù)據(jù)。如辦公類建筑耗電、教學(xué)類建筑耗電、學(xué)生宿舍耗電等，對數(shù)據(jù)分門別類的分析，提供領(lǐng)導(dǎo)決策，提高管理效能。

構(gòu)建符合校園節(jié)能監(jiān)管內(nèi)容及要求的數(shù)據(jù)庫，能自動完成能耗數(shù)據(jù)的采集工作，自動生成各種形式的報表、圖表以及系統(tǒng)性的能耗審計報告，能夠監(jiān)測能耗設(shè)備的運行狀態(tài)，設(shè)置控制策略，達到節(jié)能目的。

4.4智慧消防系統(tǒng)

智慧消防云平臺基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代信息技術(shù)，將分散的火災(zāi)自動報警設(shè)備、電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設(shè)備連接形成網(wǎng)絡(luò)，并對這些設(shè)備的狀態(tài)進行智能化感知、識別、定位，實時動態(tài)采集消防信息，通過云平臺進行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實多元責(zé)任監(jiān)管等目標。實現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實現(xiàn)智慧消防“自動化”、“智能化”、“系統(tǒng)化”需求。從火災(zāi)預(yù)防，到火情報警，再到控制聯(lián)動，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺內(nèi)運行，用戶、安保人員、監(jiān)管單位都能夠通過平臺直觀地看到每一棟建筑物中各類消防設(shè)備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現(xiàn)細節(jié)隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內(nèi)，相關(guān)報警和事件信息通過手機短信、語音電話、郵件提醒和APP推送等手段，就迅速能夠迅速通知到達相關(guān)人員。

5.平臺部署硬件選型

5.1電力監(jiān)控與運維平臺

5.2后勤計費管理

5.2.1宿舍/商業(yè)預(yù)付費平臺

5.2.2充電樁管理平臺

5.2.3智能照明管理

5.3能源管理系統(tǒng)

5.4智慧消防系統(tǒng)

5.4.1電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

5.4.2消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)

5.4.3防火門監(jiān)控系統(tǒng)

6結(jié)束語

以“5G+智能化”為基礎(chǔ)路線，通過物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)建立高校綠色智慧能源管控模型，構(gòu)建一套適合校園能耗特征的能源電力管理系統(tǒng)，對高校綠色學(xué)校創(chuàng)新和低碳模式探索具有深遠意義。一是大力推進校園節(jié)能降碳改造，特別是整體性和系統(tǒng)性改造，將科研和供能系統(tǒng)的實際運行相結(jié)合，通過大數(shù)據(jù)分析和實時監(jiān)控，開展能效診斷，優(yōu)化能源供用方案，為推動校園發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型貢獻智慧和力量；二是高?？梢猿浞掷糜欣麠l件積極大力弘揚綠色低碳文化，引導(dǎo)師生自覺做綠色低碳技術(shù)的創(chuàng)新者、綠色低碳生活的踐行者；三是創(chuàng)造高校節(jié)能降碳領(lǐng)域人才培養(yǎng)實踐環(huán)境，為實現(xiàn)雙碳目標發(fā)揮更大的人才培養(yǎng)作用。

綜上，高校能源電力轉(zhuǎn)型，需要加強能源電力管理和數(shù)字技術(shù)的融合力度，綜合運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、AI人工智能等數(shù)字化手段，提升生產(chǎn)運營效率和綜合管控水平，以數(shù)據(jù)+平臺+應(yīng)用，加速高校能源電力管理數(shù)字化進程，為實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標助力，為發(fā)展新經(jīng)濟賦智賦能。

【參考文獻】

【1】尹霞，王筱琲，李曉，李炳森.基5G技術(shù)的高校物聯(lián)網(wǎng)能源電力管理平臺的研究應(yīng)用[J]國網(wǎng)信息通信產(chǎn)業(yè)集團有限公司.2023（12）：52-60.

【2】英荷殼牌石油公司《BP世界能源統(tǒng)計年鑒》編輯部.BP世界能源統(tǒng)計年鑒（2021年版）［R］.倫敦：英荷殼牌石油公司，2021.

【3】高校綜合能效解決方案2022.5版.

【4】企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.05版.

作者簡介

任運業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。