技術文章

當前位置：首頁技術文章淺談電力智能監控平臺在醫院能耗中的應用

淺談電力智能監控平臺在醫院能耗中的應用

更新時間：2023-10-23

點擊次數：453

吳柯霓

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：智能電力系統主要體現在“智能"，在醫院中智能電力系統主要以數字電力系統為主，它主要表現為信息化、自動化。通過對數據的采集分析，以及反饋傳輸運行。其中醫院智能電力系統優點在于，(1)通過醫院的生產數據，在線監測數據，能源消費信息系統數據的統計分析，發現醫院用能系統能耗關鍵點，建立科室、樓層，評估科室、樓層、人員節能潛力。節能方面能高效的管理電力效益，促進能源的高效利用(2)及時性方面，在出現故障是能及時處理，保障電力配送的可靠性。

關鍵詞：智能系統；數據采集；故障處理；反饋；能耗監控平臺；便捷

1電力系統智能監控平臺

1.1醫院能耗平臺模塊

醫院能耗監測平臺包括5個模塊：能效監測（實時能耗、平臺告警、能耗數據、能耗報告）、環境監測、設備監控、統計分析、系統設置，其中重點為能效監測管理。在醫院高壓與低壓設備都是存在的，而智能電力監控系統就是對開關柜、應急發電機組、輸電變壓器等的工作狀態進行監控。主要是通過對這些設備上的能耗電力數據采集分析。例如對傳輸的三相電壓或者單相電壓、單相電流、三相電流(相電流或者線電流)、設備的工作功率、功率因數、電量使用情況、頻率、以及線路上的電流等各項參數實施實時監測。這種系統經濟合適的同時，還體現了它的高效性、穩定性、可靠性。

平臺通過廣泛支持的儀表接入協議，將不同計量器具采集的不同介質的能耗匯總、包括用電、用水、燃氣消耗、冷量消耗等都可以計算并展示在平臺。平臺由嚴格的權限控制可根據管理需要，醫院不同部門的負責人只能看到自己所負責區域的能耗信息；抄表人員僅可查看水電抄表信息；審計部門可以查看不同區域能耗定額完成情況。

能監控平臺具有統一的整體架構，并充分利用了模塊化技術，為醫院分階段建設完善技術功能提供統一的開發和部署環境，系統本身可以處理各系統相互集成和數據交換，未來工程的數據接口也很容易的集成到現有的系統,進而確保系統能夠擴展、升級。所提供的設備集成服務使得來自不同數據系統的數據可以達到規范一致，為各種數據共享提供解決辦法。

1.2故障檢測平臺

對線路上的能耗數據進行采集，將標準的值輸入控制中心，讓測出的數據與其比較。如果分析出故障信息可以反饋給故障處理系統，對其進行及時的處理報警以及預警。

2電力系統智能監控平臺結構

智能電力監控平臺主要有三個層面構成：中心控制管理層、網絡通訊層、現場隔離處理層。主要由智能測控裝置、網絡設備及計算機設備等互聯布局而成。都是通過計算機對采集的數據進行有效處理。平臺的構建會根據實際情況來對平臺的功能、規模程度、重要程度實施有效構架。智能監控平臺按照功能實現分為：

（1）中心控制管理層

智能就離不開計算機，對此一個高效的智能電力智能平臺后臺工作的一定是一個大型計算機(根據醫院規模選取)以及一些相關的輔助設備。主要的工作就是將采集的數據，進行分析管理，執行必要操作，一般通過網絡通訊設備，給現場設備實施指令，使其處于正常工作狀態，以此管理著整個系統的運行。智能電力系統在此還實現了系統的集成。主要由于智能平臺有這專屬的網絡傳訊端口，以不同的方式向上級提供數據，傳輸到監控中心實現真正的系統的集成性。

（2）網絡通訊層

“信息"“數據"都是靠這一層來完成傳輸的。它可以是無線模式或有線形式傳輸。主要負責將現場管理層的數據與控制處理中心進行來回的交換處理。

（3）現場設備層

處于現場的工作設備，大概包括：中心進行處理，然后反饋回來，實行有效操作。

3系統功能

智能電力監控系統應具有安全、可靠、及時、可拓展和優化成本的功能優點。由于管理屬于數狀形似分布。所以越到下層，結構就更加復雜。因此要想體現一個系統功能。在網絡管理層上就要做到更加第一時間能有效的運行，減少“停車"現象。以增加電能的有效利用。

（1）實時能效監測管理

實時監測醫院能耗數據。對醫院各后勤管理部門、各科室的用水、電能、冷量消耗、用氣按照總體建筑、各樓層進行實時監測管理，對用水、電能、冷量消耗、用氣的異常行為跟蹤，對用水、電能、冷量消耗、用氣的閑時行為進行區分管理，根據以上實時監測數據生成實時數據報表，統計用水、電能、冷量消耗、用氣能耗年度消耗情況生成年度工作報告，以便醫院相關部門的查詢瀏覽管理，輔助醫院管理層決策。

（2）便捷的人機交互界面

具體就是將設備工作的狀態能夠更加直觀簡單的表現在工作人員眼里，這種表現形式能夠讓工作人員簡單易懂。在必要的時候讓工作人員輔助完成。主要呈現方式：標準的線性關系，簡單易懂的數據比對。

（3）運行管理

此系統主要服務于醫院，對醫院的需求不同，從而賦予不同的權限，從而能更好的體現其智能性。保證了系統在運行中的安全性和可靠性。由此在醫院中我們可以提前在系統工作時施加指令，由工作人員需要該平臺工作時輸入相關指令時才開始工作。

（4）能耗數據曲線分析

曲線分析是重要的一個環節。系統會為此提供一個實時曲線和歷史趨勢兩種曲線分析圖像，通過對比正常的相關圖像從而能更好的分析出當前的負荷運行狀況。如調用參考額定值、或者正常情況下的曲線所產生的數據參數，直接有效的就可以反應出此時的設備工作狀態。也可調用經過數據中心存儲的數據包進行相關對比。讓工作人員能直觀的分析出電能得利用狀況。

（5）報表管理

系統會根據圖像的出相關參數從而能夠直觀的作出報表。系統可直接生產報表不需要工作人員抄寫，系統生產的報表會直接傳輸到數據中心進行分析處理，并且生成數據包進行存儲。例如故障報表、現場設備工作參數報表、正常運行狀況下的參數報表。生成這些報表主要都是為了平臺能夠及時的得到分析對比，對故障點進行有效隔離。生成的數據包還可提供給工作人員，讓工作人員能夠及時發現問題，對設備進行相關處理。

（6）數據開放

系統對于未來數據開放對接國家發部的大型公共建筑分類方法，結合醫院自身特點編訂數據分類編碼。構建了完整的能耗數據上報編碼系統，為后續進行計算機或人工對數據的識別、處理、管理、查詢、服務提供了支持。確保了數據整理、存儲、交換的一致性。

4電力系統智能監控平臺應用

電力系統智能監控平臺，主要表現形式就在于“智能"，然而智能就在于自動控制。對電力系統實施實時監控，將采集的數據能及時的傳輸到數據處理中心。

4.1能耗監測操作

醫院的能耗數據是節能管理的基礎，單靠人工統計粗略的能耗數據，缺乏分類、分項等詳細能耗數據，無法對醫院能耗的合理性進行評估，也很難將節能責任劃分到具體負責人。系統根據醫院建筑及關鍵設備的分布情況，合理增加智能電表、水表、熱表，實現醫院能耗的分類、分項計量，同時可以對各醫療科室加裝分戶計量電表，進行遠程電能采集和監測，實現各用電單位的獨立核算及考核管理，為管理人員進行能源利用診斷、節能控制、節能潛力分析、節能效果驗證等提供基礎。系統記錄醫院能耗數據、監控分析能源使用的情況，挖掘節能潛力，為醫院的能源管理和節能降耗提供科學的依據。管理人員通過電腦實時監控醫院能耗情況，節省了人力物力。

4.2醫院綜合能耗的計算

醫院綜合能耗等于醫院在報告期內，實際消耗的各類實物量與與該類能源折算標準煤系數的乘積之和。醫院綜合能耗以千克標準煤表示。

公式：

E＝∑(eiKi)

i＝1

式中：

E醫院綜合能耗，單位千克標準煤

ei醫院消耗的第i種能源實物量，單位為實物單位。

Ki第i種能源這算標準煤系數。

n醫院消耗的能源總數

4.3能耗數據采集分析

主要是對整個監控范圍內的設備電能運行數據進行采集。一些設備電能運行參數需要通過現場設備進行有效采集。同時在工作中能夠保障所有監控范圍下的設備正常可靠的運行，保證持續經濟效益。

系統以PDCA管理思想設計出醫院能耗管理控制的目標設定有限額管理功能，能夠對醫院總體能耗目標、分區分科室能耗管理目標以及逐季度、逐月分解目標做出設定。根據儀表實際能源消耗數據作為的考察對比的依據，自動形成能耗控制限額與管理評價報表。

4.4自動生成能耗報表

這是系統本身所具備的條件，平臺需要對用電設備實時監控，及時的采集數據，將數據分析、整理、存儲，制作成報表。有關工作人員檢查設備運行時可直接調用，直觀表現出能耗問題。

5.AcrelEMS-MED醫院能源管理平臺

5.1平臺概述

AcrelEMS-MED醫院能源管理平臺充分結合《醫療建筑電氣設計規范》《綠色醫院建筑評價標準》、《醫院建筑能耗監管系統建設技術導則》等行業規范、根據醫院用戶需求以及能源管理部門要求，采集分析能源、能耗、能效數據，監測以電能質量、智慧用電相關指標以及其他用能指標，并與國家能源政策與用能模式改革結合。能夠輔助醫院后勤管理人員進行能源供應系統及設備的運行管理工作，幫助醫院管理層實時掌握醫院的能耗情況，為醫院能源信息化建設和節能管理提供了良好的技術平臺。

5.2平臺組成

安科瑞醫院能源管理系統建立基于云平臺的“監、控、維"一體化的能源管理系統，從數據采集、設備控制、數據分析、異常預警、運維派單、系統架構和綜合數據服務等方面的設計，幫助醫院后勤管理部門了解醫院能源運行情況，關注消防和電氣安全，及時預警異常情況，提高運維效率。它集成了10KV/O.4KV變電站電力監控系統、變電所運維云平臺，配電房綜合監控系統，能耗管理系統，智能照明控制系統，智慧消防平臺，電氣火災監控系統，消防設備電源監控系統，防火門監控系統，消防應急照明和疏散指示系統，充電樁管理系統，電能質量治理解決方案，醫療隔離電源解決方案，

5.3平臺拓撲圖

5.4平臺子系統

（1）醫院電力監控解決方案

電力監控系統實現對變壓器、柴油發電機、斷路器以及其它重要設備進行監視、測量、記錄、報警等功能，并與保護設備和遠方控制中心及其他設備通信，實時掌握供電系統運行狀況和可能存在的隱患，快速排除故障，提高醫院供電可靠性。

電力監控系統主要針對開閉所和10/0.4kV變電所，對高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數和用能情況。同時對醫院重要設備如柴油發電機、無功補償裝置、有源濾波裝置、UPS、隔離電源系統狀態進行監測。

（2）醫院變電所運維云平臺解決方案

AcrelCloud-1000電力運維云平臺采用多功能電力傳感器、無線通信、邊緣計算網關及大數據分析技術，通過智能網關采集現場數據并存儲在本地，再定時向云平臺推送數據。平臺采集的數據包括變電所回路電氣參數和變壓器溫度、環境溫濕度、浸水、煙霧、視頻、門禁等信息，有異常發生10S內通過短信和APP發出告警信號。平臺通過手機APP下發運維任務到人員手機上，并通過GPS跟蹤運維執行過程進行閉環，提高運維效率，即時發現運行缺陷并做消缺處理。

（3）醫院配電房綜合監控系統解決方案

Acrel-2000E配電室綜合監控系統，可實現開關柜運行監控、高壓開關柜帶電顯示、母線及電纜測溫監測、環境溫濕度監測、有害氣體監測、安防監控，可對燈光、風機、除濕機、空調控制等設備進行聯動控制。實現動力環境各數據的檢測與設備控制，優化動力環境，避免運行環境的失控導致配電設備運行故障，保證維護人員安全，延長設備使用壽命，實現配電動力環境的分布式遠程管理。

（4）醫院能耗管理系統解決方案

對建筑各類耗能設備能耗數據進行實時測量，對采集數據進行統計和分析。能夠合理的確定各科室建筑能耗經濟指標及績效考核指標，發現能源使用規律和能源浪費情況，提高人員主動節能的意識。

①　搭建醫院智慧能源管理系統的基本框架，對各個用能環節進行實時監測；

②　排碳數據化：通過系統可實現建筑單位內人均能耗分析（包括水、電、能量），實現低碳辦公數據化；

③　區域能效比：實現建筑單位內區域能耗對比，方便能耗考核；

④　同期能效比：實現同年、同期、同一區域能耗對比，方便節能數據分析；

⑤　能耗評估管理：按照能源消耗定額標準約束值、標準值、引導值進行分析單位面積能耗和人均能耗指標；

⑥　能耗競爭排名：各個科室能耗對比，實現能耗排名，增強全院工作人員的節能意識；

⑦　對能耗的使用數據進行綜合的分析、統計、打印和查詢等功能，并根據能耗監測管理系統的需要可選擇不同樣式報表的打印。為能耗運營管理部門提供可靠的依據；

⑧　能耗數據采集，隨時查詢，并根據采集數據進行統計分析，監測異常能源用量，對能源智能儀表故障進行報警，提高系統信息化、自動化水平。

（5）醫院智能照明控制系統解決方案

醫院人流比較密集，科室較多，照明用電在醫院電能消耗中約占到15%左右。所以合理使用照明控制系統，在提升醫生和患者的體驗情況下大程度使用自然光照明，通過感應控制做到人來燈亮，人走燈滅或保持地強度照明，盡量解決照明用電。

ASL1000智能照明控制系統可以實現場景控制、時間控制、區域控制、光照度感應控制以及紅外感應控制等多種控制方式，能有效避免公共區域的照明浪費，還可以幫助醫院管理照明。

系統在配電箱內的模塊主要有總線電源、開關驅動器、IP網關、耦合器、干接點輸入模塊等。這些模塊使用35mm標準導軌安裝。

安裝在控制現場的模塊主要有光照度傳感器、紅外傳感器和智能面板。有人經過可以設定紅外感應控制亮燈，人離開后在設定的時間內熄燈，智能面板等手動控制設備，可實現自動控制、現場控制和值班室遠程控制相結合。

（6）醫院智慧消防平臺解決方案

智慧消防云平臺基于物聯網、大數據、云計算等現代信息技術，將分散的火災自動報警設備、電氣火災監控設備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設備連接形成網絡，并對這些設備的狀態進行智能化感知、識別、定位，實時動態采集消防信息，通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統化"需求。從火災預防，到火情報警，再到控制聯動，在統一的系統大平臺內運行，用戶、安保人員、監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備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現細節隱患、發生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內，相關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人員。

（7）醫院電氣火災監控系統解決方案

電氣火災監控系統作為火災自動報警系統的預警子系統，由電氣火災監控主機、電氣火災監控單元、剩余電流式電氣火災探測器以及測溫式電氣火災探測器組成，通過現場總線構成一套完整的預防電氣火災的監控系統，數據可集成至企業消控室監控系統。

醫院電氣火災監控系統以建筑為單位設置，采集數據后上傳至值班室監控主機，實現對建筑電氣安全預警。現場設置的傳感器監測配電系統回路的漏電電流和線纜溫度，異常時實時發出報警信號，重點關注門診樓、住院樓、醫技樓等區域漏電或者電纜發熱等問題。

（8）醫院消防設備電源監控系統解決方案

醫院消防安全非常重要，消防設備比較多，消防設備電源監控系統主要功能就是用于監測消防設備的工作電源是否正常，保障在發生火災時消防設備可以正常投入使用。

消防設備電源監控監控系統采用消防二總線，以建筑為單位設置區域分機采集消防設備電源狀態，區域分機通過二總線接收多臺傳感器的電壓、電流信息和開關狀態信息，以此實現對消防設備電源工作狀態的實時監視。

（9）醫院防火門監控系統解決方案

醫院防火門數量比較多，由于部分區域經常有人走動，常開常閉防火門數量都不少，防火門監控系統的作用就是監測防火門開閉狀態，在發生火災后自動關閉常開防火門，防止煙霧擴散。防火門監控系統采用消防二總線將具有通信功能的監控模塊相互連接起來，用于監測和控制防火門狀態，當防火門發生異常位置信號時，防火門監控器能發出故障報警信號，指示故障報警部位并保存故障報警信息。發生火災時，關閉事故區域所有常開防火門，防止煙霧向安全區域擴散。

（10）醫院消防應急照明和疏散指示系統解決方案

醫院人員流動性強，密度大，消防比較復雜，一旦發生火災，疏散指示系統非常重要。消防應急照明和指示系統可以和火災報警系統聯動，提供應急照明和疏散路徑指示，指引人群快速找到疏散出口，并可以一鍵選擇疏散應急預案，提升人員逃生概率。

fbd69843856d0be3d81d42abb755edd9_1b503c49141542dbb2b0db599b055530.png

（11）醫院有源諧波治理系統解決方案

都是諧波源，比如X光機、CT機等都會產生大量諧波，諧波使電能的生產、傳輸和利用的效率降低，使電氣設備過熱、產生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發生故障或燒毀。諧波可引起電力系統局部并聯諧振或串聯諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設備燒毀。諧波還會引起繼電保護和自動裝置誤動作，使電能計量出現混亂。對于醫院的精密化驗設備可能會產生干擾。

為了消除配電系統諧波對醫院設備的影響，方案配置AnSinI有源濾波器，濾除電網2~31次諧波干擾。

AnSinI系列有源電力濾波裝置，以并聯方式接入電網，通過實時檢測負載的諧波和無功分量，采用PWM變流技術，從變流器中產生一個和當前諧波分量和無功分量對應的反向分量并實時注入電力系統，從而實現諧波治理和無功補償。

（12）醫院充電樁系統解決方案

醫院停車場有電動汽車和電動自行車，均需要提供充電樁。充電樁管理系統通過物聯網技術對接入系統的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監控，解決物業、用電管理部門的充電樁使用、監控問題。電動自行車充電可采用投幣、掃碼充電方式，電動汽車支持IC卡和掃碼充電方式。遠程充電樁系統可實時遠程完成啟動充電、強制停止、單價設置等控制指令，用戶可通過APP、微信、支付寶小程序掃描二維碼，進行支付后，系統發起充電請求，控制二維碼對應的充電樁完成電動汽車的充電過程。同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警；能夠遠程控制，提供財務報表和數據分析等功能。

（13）醫院醫療隔離電源解決方案

《民用建筑電氣設計規范》14.7.6.3條明確規定：在電源突然中斷后，重大醫療危險的場所，應采用電力系統不接地（IT系統）的供電方式。同時《醫院潔凈手術部建筑技術規范》GB50333-2002中規定：2類醫療場所在維持患者生命，外科手術和其他位于患者周圍的電氣裝置均應采用醫用IT系統。如：搶救室（門診手術室）、手術室、心臟監控治療室、導管介入室、血管照影檢查室等。

安科瑞電氣股份有限公司的醫療隔離電源解決方案是針對醫療Ⅱ類場所的供電需求而開發設計的，能夠很好的滿足各類手術室和重癥監護室對電源安全性和可靠性的要求，并符合國家相關標準。