基于智慧城市的园区综合管理系统设计

郭剑虹，王慧霞，侍必胜，徐红涛

(1.国电南瑞科技股份有限公司，江苏 南京 211106;2.国网山西省电力公司经济技术研究院，山西 太原 030012)

0 引言

智慧园区建设作为智慧城市的重要组成部分，全国多地已将其作为促进产业升级、可持续发展、增加园区吸引力的重要手段。在建设智慧城市的同时有必要有体系的开展智慧园区中能源及信息服务方面的整体规划与应用，带动相关产业链在智慧城市中的发展［1］。

提升园区信息化水平、实现信息透明开放是智慧园区建设固有的内容，可靠、绿色、高效的能源供应也是智慧园区的重要内容，因此，推动能源与信息二流合一，实现绿色环保、高效便捷的园区，是智慧园区发展的重要趋势。智能电网首先是专注于为用户可靠供电，同时构建覆盖广泛的通信信息网络，具备可以面向城市开放的公共基础资源及公共服务能力，在经济、社会、能源、环境、民生等方面展现出巨大的综合价值。基于复用的思路，智能电网不再仅仅是电能输送的载体和能源优化配置的平台，通过能源流与信息流的全面集成与融合，智能电网将成为影响现代社会高效运转的中枢系统，为智慧城市提供开放式的通信和信息平台，促进智能电网技术和智慧城市技术综合应用，创建智慧生活［2］。

智慧园区是一项渐进的、分阶段逐步实施的庞大系统工程，需要在建设过程中不断地优化与完善，随着全球物联网、移动互联网、云计算等新一轮信息技术的迅速发展和深入应用，国内一批优秀园区率先开展智慧园区的建设。文献［3］从关注智慧园区顶层设计的视角，通过分析智慧园区应有特征，阐述对“智慧园区”顶层设计的设想。文献［4］从智慧园区信息化需求分析和国内智慧园区建设现状入手，围绕网络泛在化、平台集约化、应用智慧化、运营社会化四大发展目标，提出了智慧园区标准版解决方案及特色应用建议。文献［5］通过对园区公共服务的建设研究，对园区公共服务载体平台架构、功能和服务模式进行初步探讨。文献［6］在研究多网融合技术和Zigbee技术特点的基础上，结合物联网特点，综合分析物联网下的智能园区安全现状。

工业园区在全社会用电量中占有很大的比重，实现工业园区的智能用电对于智能电网建设非常重要。文献［7］以智能园区为研究对象，定性分析与定量分析结合，采用动态评价法考察园区实施需求响应的经济性。实证分析结果表明，在智能园区实施需求响应项目具有可行性，并对相关参数进行灵敏度分析，寻找提高电网企业实施需求响应经济性的关键因素。文献［8］针对国家电网公司开展智能园区试点建设工作，结合实际从长远规划目标出发，提出了智能园区建设目标、建设方案的建议，并指出方案建设中应注意的事项，确保智能园区试点项目的成功和推广应用。

智能园区工程建设是智能用电体系中的重要组成部分，利用深入到用户内部的分类用能信息采集和控制网络，了解和掌握企业内部用电负荷特性和用能信息，并在此基础上引导园区内企业更为科学、经济、安全和高效的利用电能，使得电网负荷能够以园区为单位实现移削峰填谷，提升区域负荷平衡能力，提高电网设备利用率，降低用电成本，提高电网能效水平。本文依据《国家电网公司智能园区建设指导意见》探索构筑新型智能园区用能模式，通过专用电力通讯网络平台、先进的用能信息采集系统，双向互动平台建设与应用，提升智能化用能管理服务能力，提出智慧园区综合管理系统，创建以智能电网技术为支撑的、节能、环保、低碳、高可靠的智能园区，推进智能电网建设。

1 智慧园区的内涵及建设目标

1.1 智慧园区建设目标

通过优化园区用电结构、节约企业用电成本，降低企业能耗，搭建友好互动平台等方式实现智能园区的建设，达到验证智能用电关键技术，宣传展示智能电网建设成果，具体建设目标如下:

(1)改善园区电力通信，构建连接园区管理机构、园区企业与电网企业的数据通信网络;

(2)建立用能信息采集平台，实现能效分析服务，提高用户能效管理水平;

(3)实现主要用能设备的智能控制，提高负荷平衡能力，优化园区用电结构，提高电网设备利用率;

(4)建设园区信息互动平台，实现友好用能服务管理;

(5)建立可视化展示平台，实现便捷多样服务。

1.2 智慧园区建设内容

1.2.1 园区智能用电通信网络建设

建设供电公司到园区内部主要企业、供电公司到园区管理机构之间的数据通信网络。

考虑到园区内企业用户的实际情况，交互网络选专有的电力光纤网络(从开闭所延伸到用户端)，用户接入到电力信息网络的外网区，在强隔离装置的保护下进行数据访问和交互。

在园区试点企业采用专有电力光纤网络的方式接入，实现用户内部用能数据的实时监测、用户内部用电负荷的控制、能耗分析与用能管理服务、信息定投等。

1.2.2 园区企业内部智能用能服务统建设

在园区内企业开展内部用能信息采集，通过部署用能信息采集设备完成企业内部用能信息采集，并根据需要开展可中断负荷控制、用能负荷精准控制，根据控制需要安装相应的远程控制和监视设备。

利用部署在企业内部用能信息采集系统，采集园区企业用能信息，监测企业用电设备状态，获得相关用能数据，并利用通信网络服务平台将数据传递到数据中心，对数据整理、汇总、分析、挖掘，进而对企业设备特性与用能状况进行分析和评估，提出企业优化用能策略与园区负荷平衡措施，根据企业和园区需要，利用智能交互终端、计算机等互动服务平台，对企业和园区用能进行统一服务和管理。

在园区部署用能服务子站，通过智能交互终端或安装用能管理系软件的计算机，实现用能服务采集装置管理、用能信息采集及数据汇集转发，用电设备状态监测，分项负荷控制等功能。

用能服务主站部署在电力公司，主服务器将用能服务子站汇集的信息将数据进行整合与挖掘，对企业设备特性与用能状况进行分析，提出优化策略，根据需要，对企业内部和园区的负荷远程控制，实现用能管理。

1.2.3 园区企业内部智能用能服务统建设

依托智能园区的通信网络，通过部署在用户侧的智能交互终端、计算机等，搭建用电企业、园区管委会、电力公司的双向互动平台，实现与95598互动网站等服务系统的有机结合，实现电量电费的信息查询、信息定制与推送、业务办理、负荷监测、用电咨询等服务，满足智能园区企业需求。

1.2.4 园区企业内部智能用能服务统建设

构建智能园区可视化展示平台，综合运用统计数据可视化表达、多系统信息集成显示等手段，对智能园区的建设成果和应用效果进行直观展示，内容包括园区配电网络运行监控、负荷平衡、节能减排效果、优质电力服务成果等，以及园区企业用能信息采集、负荷监控、能效分析与用能管理优化效果等，实现智能园区经济和社会效益的可视化展示。

2 系统总体设计

2.1 总体业务架构

智能园区综合管理系统共分为智能通信网络子系统、智能用能服务子系统、智能信息互动平台和统一展示平台四个子系统，根据不同的功能分别部署在园区企业子站，园区子站和电力公司主站端，如图1所示。

图1 综合管理系统总体业务架构示意图

2.2 应用架构设计

根据不同的应用层级，整个系统分为设备层、智能通讯网络层、智能用能服务层、互动和展示层，如图2所示。

其中设备层和智能通讯网络层是整个系统的基础，承载着软件系统和用能设备、终端用户的通信、控制、数据采集功能，是系统和企业及用能设备沟通的桥梁。

智能用能服务对采集的数据进行分析，并根据分析的结果做出控制策略，同时也将原始数据和分析结论上传至展示平平台或专家做进一步展现分析。

智能互动平台和统一展示平台采用多种展现形式，以互动、直观的形式将用能信息展现给用户和参观者，同时互动平台和营销业务应用、95598互动网站的紧密结合，将给用户提供更丰富的展现形式和内容。

图2 综合管理系统应用架构示意图

2.3 技术架构设计

本系统主要由园区通信网络子系统(光纤网络)，企业子站(包含企业内部现场用能采集设备及网络、智能交互终端和企业用能管理子站)、园区子站(包含园区子站用能管理系统和展示平台子系统)、电力公司侧主站(电力公司用能管理主站)，智能互动平台子系统贯穿于整个系统，形成完整采集、监测、分析、控制体系，系统物理架构如图3所示。

3 系统功能设计

3.1 智能通信网络子系统

系统以光通信网络作为数据承载通道，并配合园区企业安装的智能电表，实现智能园区自动抄表、负荷检测与管理等功能，建立智能园区用电企业与供电公司、园区管理机构之间的实时互动的基础通道。该通道可以实现企业内部用能数据可靠、实时传送，为其他子系统实现用能监测、能耗分析、主要用能设备远程管理，信息互动等服务，并在园区区域负荷平衡机制的协同下，参与园区负荷协调控制，实现日常错峰用电管理等。

其他子系统包括智能用能服务子系统、智能信息互动平台子系统、统一展示平台子系统等在网络应用可靠性、安全性、实时性均对智能通信子系统提出了较高的要求，因此，本通信通道建议采用相对成熟、性价比较高的EPON全光纤专网。

3.2 智能用能服务子系统

通过对园区用户内部主要用电设备、负荷的运行状态等用能信息的采集实时掌握其电力需求和用能特性，结合园区整体负荷运行规律，与标杆单位或者同类用户数据进行比对，以能源综合利用效率最优为目标，分析园区内用户用能设备运行状态及调控方式和能源利用效率的关系特性;分析客户能耗情况，为客户节能改造提供参考和建议.

图3 综合管理系统物理架构示意图

通过建立完善的能耗监测、管理体系，提升了用户对于自身各类用电模式、用能行为的分析、管控能力。运用能效分析平台帮助用户查找导致能耗不合理增加的设备、工艺和管理缺陷，从而指导用户制定综合性整改措施，达到合理用电，节约用电的目的，实现成本节约。

在智能园区中建设应用智能用能管理服务系统，能够利用经济、技术等手段，落实需求侧响应策略，充分调动各方积极性，优化用电方式，提高用户用能效率，进一步推动节能减排、保护环境，同时也为电力公司提供用户用能服务的渠道和桥梁，开拓新型营销业务，创新商业运营模式。

利用智能用能服务系统，为能效分析平台提供第一手详细的企业用能数据，提供给政府或者第三方厂商数据接口，方便第三方专业厂商有针对性的对用户能效分析评估与节能服务有效支撑，方便政府对企业用能情况进行对比，为出台新的用能政策提供佐证数据。

3.3 智能信息互动平台子系统

实现与95598互动网站、智能用能服务、营销业务应用等集成，通过计算机、自助服务终端、智能交互终端、智能监控终端等互动渠道，为企业客户提供信息查询、业务受理、电费缴纳、用能策略查询等多样化供电服务。

3.4 统一展示平台子系统

智能园区是宣传、展示智能电网发展和研究成果的重要窗口，有利于引导用户参与用电管理、改变用电行为，实现科学用电、有序用电，具有重要的社会意义和经济意义。

构建智能园区展示平台，综合运用可视化表达、多系统信息采集集成显示等展示手段，在园区管理机构、园区企业和电网企业对智能园区建设成果和应用效果进行直观展示，内容包括园区配电网络建设运行监控、负荷平衡、节能减排效果等，以及园区内企业用能信息采集、负荷监测、能效分析与优化效果等，实现智能园区经济和社会效益的可视化。

4 结束语

智慧园区顶层设计是智慧园区建设的核心步骤，本文主要从优化园区用电结构、节约企业用电成本，降低企业能耗入手，搭建友好互动的园区综合管理系统方式实现智能园区的建设，对智慧园区综合管理系统的总体业务架构、应用架构和技术架构进行了详细的设计，并提出相应的功能设计，供智慧园区建设实施参考。

［1］HARIS DOUKAS，KONSTANTINOS D PATLITZIANAS，KONSTANTINOS IATROPOULOS，et al.Intelligent building energy management system using rule sets［J］.Building and Environment，2007(42):3562-3569.

［2］IAN F AKYILDIZ，TOMMASO MELODIA，KAUSHIK R CHOWDHURY.A survey on wireless multimedia sensor networks［J］.Computer Networks，2007(51):921-960.

［3］肖岳.“智慧园区”顶层设计的研究与探索［J］.硅谷，2012，11(15):99-100.

［4］朱敏，杨会华.智慧园区解决方案探讨及建议［J］.移动通信，2013，41(5):56-58.

［5］徐进，黄军政.智慧园区公共服务建设与运营模式的探究［J］.电信网技术，2013，39(4):37-41.

［6］何友斌.物联网下的智能园区安全分析［J］.电信网技术，2012，38(3):41-44.

［7］李啸宇，谈金晶，王蓓蓓.智能园区需求响应项目实施效益研究［J］.江苏电机工程，2013，32(4):20-23.

［8］姜吉平，张瑞春，程法民.智能园区项目建设方案探讨［C］.山东电机工程学会2011年学术年会论文集，2011:78-81.