解决方案
Solution
一、建设目标
本项目旨在构建一套集成的医院智慧配电能效管理系统，实现配电系统的全生命周期智能化监控、动态调度、精细化数据分析及故障预警。通过对配电设施的智能化管理、安全监控和能效优化，打造“高效管理、全程守护”的医院能源管理体系。具体建设目标包括：
1）提升医院配电系统的安全监控和管理水平：
系统通过对医院配电系统进行全面实时监控，实现对各级电力设备（如变压器、配电柜、线路）的运行状况监测，确保设备处于安全运行范围。根据各设备的容量、运行参数和承载能力，提供精确的负载监测与容量评估。系统将实时采集并分析关键参数（如电流、电压、温度等），根据设备的承载能力和运行极限进行动态负载监控，避免设备超负荷运行，确保系统运行的安全性和高效性。
2）加强能源使用效率的精细化管理：
对医院各科室及关键设备的实时能耗监控，提供精细化的用电数据分析，帮助医院优化电力资源的分配，减少能源浪费。基于实际负荷数据和医疗需求，平台能够动态调度配电负载，确保各医疗环节的电力使用效率达到最大化，同时提高医院整体配电系统的运行稳定性，确保能源利用的精准与高效。
3）提高故障预警和应急响应能力：
建立完善的故障预警机制，能够快速识别配电系统中的超载、过热、设备异常等潜在风险，尤其对MRI、CT、DSA等重点医疗设备的电能质量进行严格监控。当电压波动、谐波干扰或三相不平衡等电能质量问题影响这些关键设备的运行时，系统将立即发出告警并采取应急措施，如自动断开故障设备，优先保障重点医疗设备的电力供应，向管理人员发送预警通知，防止因电能质量问题导致的设备故障或安全事故，从而保障医院电力系统的安全和关键医疗服务的连续性。
4）实现数据驱动的能效优化决策：
通过平台的历史数据和实时数据分析，系统能够对能耗、负载和设备使用情况进行多维度分析。数据分析结果将帮助医院管理人员做出基于数据驱动的决策，优化能源分配，提高能效，降低运营风险。系统生成的分析报告和洞察数据将为医院提供可靠依据，进一步提升电力资源的管理效率和安全保障能力。
二、系统架构
图2.1 系统架构
医院智慧配电能效管理系统基于智能化、精细化和安全化的管理需求，涵盖从数据采集到应用控制的完整体系。系统通过多层次架构的协同运作，实现对配电系统的实时监控、安全管控、能效优化及故障预警，确保医院电力系统的高效、安全运行。系统架构主要由感知层、网络传输层、边缘计算层、平台层和应用服务层组成，各层级协同合作，构建智能化的配电能效管理体系，推动医院实现高效、智能化的能源管理。
感知层负责对医院配电系统各类数据进行实时采集与监控。通过部署智能电表、传感器等设备，实现对变压器、配电柜、母线等关键节点的多维度监控。感知层能够实时获取系统的电能质量、设备运行状态、负载情况及异常信息，为后续的数据分析与应用提供精准的实时信息，确保对整个配电系统的透明化管理。
网络传输层负责将感知层采集的数据高效、稳定地传输至系统的各个层级，是信息流转的关键枢纽。由于医院配电系统分布广泛，网络传输层通过工业以太网、光纤网络和无线网络（如Wi-Fi、4G/5G）等方式，确保数据的高速传输。采用标准化通信协议（如MODBUS、IEC 61850）保障不同设备之间的互联互通，确保数据传输的完整性和安全性，满足医院对数据及时性和准确性的高要求。
边缘计算层负责对感知层采集的大量数据进行本地化处理和分析。通过边缘计算技术，该层能够对医院配电系统的电力负荷、设备健康、能耗数据进行初步处理，包括数据聚合、过滤和简化，减少数据传输的带宽占用，缩短响应时间。边缘计算的引入能够有效减轻云端计算压力，提升系统的实时性和处理效率，确保对医院关键设备和负载的快速反应。
平台层是系统的核心管理层，承担医院配电系统的数据管理、能效分析及优化控制功能。该层集成电能管理、故障预警、安全分析等模块，实时监控配电设备的运行状态，提供电能质量分析、负载趋势预测和能耗优化建议。平台生成的能效报告和设备运行分析为医院管理者提供决策支持。此外，平台层通过加密技术、权限管理、防火墙等多重安全措施，确保数据安全性和系统的可靠运行，防止未经授权的访问。
应用服务层为管理人员、运维团队和相关用户提供简洁友好的操作界面。通过该层，用户可以实时查看医院配电系统的运行状态、能效管理、设备健康监测以及故障预警信息。应用服务层还支持远程控制功能，管理者能够随时调度、优化配电设备的运行，确保系统的灵活性、可控性与高效管理。同时，应用服务层的可视化数据呈现和报告功能，帮助管理者深入了解能源使用状况并作出科学的运营决策。
本方案旨在构建一套智能化的医院智慧配电能效管理平台，针对医院复杂的供配电环境，基于智能化、精细化和安全化的管理需求，集成实时监控、数据采集、能效分析和安全预警等功能，满足从诊疗设备到后勤用电的全方位电力管理需求。平台能够实现对医院供配电系统的实时能耗监控、设备健康管理以及精细化用电考核，帮助医院提高能源使用效率，优化电力资源分配。平台具备强大的计量与考核功能，能够对各科室、医疗设备和后勤设施的用电进行精确管理与计费。通过电能故障预警功能，平台能够及时发现并定位电压、电流异常等潜在问题，提供设备健康诊断和预防性维护建议，保障医院供电系统的稳定性和安全性，确保医疗服务的连续性与可靠性。
3.1 方案配置清单
序号 | 名称 | 参数 | 单位 | 数量 | 备注 |
1 | 物联网多功能电力仪表 | 实现配电系统实时电力监测 | 台 | 配电回路、关键医疗设备供电侧 各配置一台 | |
2 | 边缘服务器 | 边缘计算服务器 | 台 | 整个医院项目配置一台 | |
3 | 应用服务器 | 系统平台运行、数据存储等 | 台 | 整个医院项目配置一台 | |
4 | 防火墙 | 网络隔离，保证数据安全 | 套 | 用于医院内部网络与外部系统隔离， 保障数据安全 | |
5 | 医院智慧配电能效管理系统 | 包含通用功能，可定制化开发其他功能 | 套 | 每个项目配置一套 | |
6 | 运维与服务支持 | 平台运维、设备安装调试、培训、售后等 | 套 |
3.2 医院智慧配电能效管理系统
3.2.1 平台架构
医院智慧配电能效管理系统是一套集成化的智能管理系统，专用于实时监控医院配电系统的运行状态，涵盖故障预警、负载监控和能效优化，全面提升医院供配电系统的安全性与运行效率。该平台通过将传统的配电系统升级为高度智能化的管理体系，实现对变压器、配电柜、关键医疗设备、运行参数、负载情况以及故障信息的透明可视化，保障医院配电系统的全生命周期管理。通过高效的数据传输、精准的故障预警、灵活的负载监测和精细化的能耗管理，平台能够满足医院在高峰负载下的安全运行需求，确保最优的电力负载分配、最大化利用资源和零事故运行。
图3.1 医院智慧配电能效管理系统功能架构
系统采用分布式计算架构，支持数据的实时采集、存储与分析，模块之间耦合度低，避免数据依赖和单点故障。这种架构不仅提升系统的稳定性与响应速度，还特别强化医院配电系统的安全监测与管理，确保每个环节严格符合医疗机构的高标准安全与性能要求。通过对关键运行节点的精准监控与优化，系统确保医院配电设备的高效、安全运行，有效降低设备故障率与能耗，保障医疗设备的持续稳定运行，助力医院实现长期的电力系统安全与能效管理目标。
3.2.2 平台功能概述
1、实时监控
实时监控功能，旨在对对全院供配电系统进行全方位、多维度的动态监测，确保系统安全、稳定、高效运行。该系统能够在关键位置实时采集电压、电流、功率因数、频率、功率、谐波等电能参数，同时获取环境数据（如温度、湿度等），保障配电系统的运行环境稳定。系统覆盖范围广泛，涵盖医院的各个区域，包括手术室、ICU、MRI、CT等关键医疗设备的电力供应系统，以及配电室、变压器、母线等重要节点，提供多层次、分级的监控能力。
图3.2 平台实时监控
实时监控功能提供全局监控和精细化的双重管理能力。管理人员可以通过系统对整个医院的电力使用情况进行全局监控，同时也可以对特定科室、医疗设备或电力设施进行精细化管理，确保全面掌控电力的分布与使用状态。系统能够实时监测并及时响应电力异常情况，提供精准的预警和保护措施，帮助管理人员快速应对电力故障，提升医院电力管理效率与安全保障。
2、电力组态
电力组态功能是该平台的关键模块，通过高度集成的可视化技术与实时数据采集，实现对医院供配电系统的智能化监控与管理。该功能利用矢量图形技术动态展示电气单线图，直观呈现变压器、配电柜、关键医疗设备等各级配电节点的运行状态和实时电力数据（如电压、电流、功率、频率等），为管理人员提供清晰的系统运行视图，支持对设备及线路的全面监控。
平台具备灵活的组态增删改查功能，管理人员可以根据医院用电需求和系统变化，随时调整各层级线路和设备的配置，确保电能参数的动态优化。同时，电力组态功能支持运行模式和编辑模式，允许管理人员远程设置重要电气设备的参数并进行远程控制操作，确保系统在高负荷运行期间的安全稳定。该功能通过实时电能监测与故障预警机制，优化电力资源的分配，提升配电系统的运行效率，降低故障率和维护成本，为医院配电系统的安全稳定运行提供高度可靠且灵活的管理手段。
图3.3 电力组态可视化展示
3、能源审计
能源审计与能耗分析模块，专门用于对医院范围内的能耗数据进行深入的审计、分析与优化管理。该模块通过对实时采集的电能数据进行自动化处理，生成详细的能耗趋势图、负荷曲线及分时用电分析报表，帮助医院精准掌握各科室、关键医疗设备以及后勤系统在不同条件下的用电情况。系统不仅支持单个设备的能耗追踪，还能够对特定科室、区域或时间段进行横向和纵向的对比分析，从而发现潜在的能耗异常或浪费。
为进一步提升医院的能源管理能力，系统支持能流分析功能，它基于医院的总能耗和各组成部分的能耗数据，全面反映能源流向，追溯各区域、建筑和设备的能耗情况，发现潜在的能效薄弱环节。通过对能源利用效率的监测，系统生成能流图和能耗平衡表，清晰呈现医院各区域的能耗分布及其相对效率，帮助管理者优化电力资源配置，提升能源使用效率。
图3.4 平台能源分析
通过对历史能耗数据的时序记录和分析，模块能够识别设备负载异常、评估设备健康状态，并生成综合性审计报告，为制定节能策略提供支持。借助能源审计模块，医院可以最大限度地减少能源浪费，优化整体能效，降低运营成本，同时助力医院实现节能减排目标，提升运营效率和可持续发展能力。
图3.5 平台能源分析
4、用能KPI指标考核
5、智能用电故障预警
该智能用电故障预警管理系统专注于医院配电系统和关键医疗设备的全方位安全运行监控，覆盖变压器、母线、配电柜以及MRI、CT、手术室设备等关键医疗设备的运行状态。系统通过内置的智能监测设备和故障诊断算法，实时采集和分析电气参数，包括漏电流、电压波动、电流异常、过载等关键数据。针对关键医疗设备的电能质量预警，系统特别加强对电压不稳定、频率波动、谐波失真等电能质量问题的监测，确保电力供应始终符合设备运行要求，防止因电能质量问题导致设备故障或运行不稳定。
图3.6 平台智能运维模块流程
系统具备先进的故障预测与实时分析功能，结合历史数据与当前状态进行综合分析，及时发现配电设备和医疗设备的绝缘劣化、接地不良、过载、频率异常等潜在隐患，防止电能质量问题影响医院的关键诊疗工作。通过实时故障预警与预防性维护措施，系统有效减少设备故障及停机风险，确保在用电高峰期和高负荷运行时依然保持系统稳定性与安全性。该功能大幅提升医院配电系统和关键医疗设备的可靠性，保障医疗服务的连续性、安全性及精准性，有效优化设备运行管理，确保医院关键设备的稳定高效运行。
6、数据安全权限管理
平台通过多层次的用户权限管理机制，确保不同级别的用户只能访问与其权限相符的系统功能与数据。管理员可以精细化分配权限，针对不同角色（如医院管理人员、技术操作员、运维人员）设置特定的访问范围和操作权限，防止未经授权的访问，确保数据和功能使用的安全性。
同时，系统采用先进的数据加密技术，保证数据在传输和存储过程中始终处于加密状态，防止数据在网络传输中被窃取或篡改，确保信息的机密性。配置防火墙和入侵检测系统能够有效监测并拦截可疑的网络攻击行为，保障系统免受外部威胁。该模块还记录用户的操作日志，跟踪所有用户的访问与操作行为，为事后审计和故障排查提供依据，进一步提升系统的安全管理能力。
7、API数据共享
通过标准化接口，医院智慧配电能效管理系统能够为不同系统或平台之间提供高效的数据交互和共享。该功能允许平台与外部系统（如医院信息管理系统、能源管理平台、第三方运维平台等）实现实时数据交换，确保各方能够获取和使用配电系统的关键数据。通过API接口，平台可以共享实时监控数据（如电压、电流、功率、功率因数等）、设备运行状态、故障预警信息、能耗分析报告等关键信息。
API数据共享功能支持外部系统进行数据查询，具备高安全性，采用身份验证、数据加密等安全措施，确保数据传输的安全性和可靠性。API数据共享功能的引入，大大增强系统的开放性与扩展性，有助于实现与其他系统的无缝集成，推动医院配电系统的智能化和互联化管理。
图3.7 API数据共享
n 调研阶段：深入了解医院当前配电系统的管理现状和监控需求，收集有关医疗设备及配电系统运行、维护的实际数据，识别系统运行中存在的痛点需求，确保对医院电力系统的安全性、能效和故障管理的需求有清晰的认识；
n 定义阶段：基于调研结果，确认项目的具体目标，并制定详细的实施规划；确定系统功能模块、用户需求文档、项目范围说明书等核心文档，并明确每个阶段的里程碑和可交付物，确保项目范围清晰、可控；
n 设计阶段：完成系统架构的技术设计和业务流程设计，确保各模块的功能、性能和交互设计符合既定目标，同时为后续开发奠定坚实的基础；
n 开发阶段：根据设计方案进行软件开发和硬件配置，完成系统集成，并进行多轮全面测试，确保各功能模块能够稳定运行，符合预期标准；
n 实施阶段：将解决方案部署至生产环境，并为用户和管理人员提供全面的培训支持，确保系统顺利投入使用，并满足运营需求；
n 优化阶段：继续跟踪系统的运行情况，收集用户反馈，进行持续改进。
医院智慧配电能效管理系统的实施将为医院带来显著的经济效益、管理效益和安全效益，提升整体运营效率，并推动智能化、绿色化发展。
1）能源使用效率提升：
通过平台的实时监控和精细化管理，医院能够有效减少能源浪费。系统可以对各科室、医疗设备及后勤设施的用电情况进行全面分析和优化，从而提升能源利用效率。预计配电系统的整体能效将提升10%-15%，各部门的用电状况将得到优化，避免设备过度运行或能源浪费，整体电能消耗预计可降低5%-10%。
2）成本节约与经济效益：
平台通过精准的用电监测，使得医院的能耗管理更加透明，有效避免了不必要的电力消耗。与系统改造前相比，预计每年可节约15%-20%的电力成本。此外，平台能够帮助医院更好地分配用电资源，减少设备高负荷运行，延长设备使用寿命，从而进一步降低维护成本和设备更换频率，提升医院整体的运营效益。
3）安全性与设备可靠性提升：
平台的实时监测和智能预警系统将有效降低医院供电系统的故障率。通过对电能质量、电流、电压异常和设备健康状况的监测，系统可以在潜在风险发生前发出预警并采取应急措施，预计故障率可降低20%-30%。这将减少对医疗服务的中断，保障诊疗设备的持续稳定运行，避免因设备故障导致的医疗事故和经济损失。
4）管理效益提升：
平台将实现医院配电系统的精细化监控和数据化管理，管理人员能够通过详细的能耗分析和报表，做出更科学的决策。科室和设备的用电考核透明化将提高管理效率，减少人工干预。预计管理自动化将为医院减少20%-25%的人工管理成本，并提升供配电系统的整体运营效率。
5）智能化与绿色发展：
平台的智能调度和节能管理功能将支持医院实现绿色运行目标，助力医院完成节能减排任务。通过智能化能源管理，医院预计可以减少10%-12%的碳排放，符合国家“碳达峰”和“碳中和”目标，为医院树立智能化、绿色化发展的标杆，推动可持续发展。
6）能源数据资产积累：
作为医院数字化转型的重要成果之一，能源数据将在医院的运营和管理中发挥关键作用，成为医院的重要数据资产。该平台项目的实施不仅为医院带来宝贵的能源数据，还能够结合数能e云不断优化的能效算法和知识体系，形成医院能源管理的大数据模型。这为未来人工智能应用提供强大的数据支撑，也将进一步优化医院的能源管理模式，助力医院实现数字化赋能。
综上所述，医院智慧配电能效管理系统的实施将带来多重效益，不仅可以大幅提升医院的能源管理水平和用电效率，减少能源浪费和运营成本，还能有效提高供电系统的安全性与稳定性，保障医疗服务的连续性。该平台的智能化管理将助力医院实现节能减排，为绿色、智能化发展奠定坚实基础，并提升医院的整体运营效率与可持续发展能力。
