一、建設目標

本項目旨在構建一套集成的醫院智慧配電能效管理系統，實現配電系統的全生命周期智能化監控、動態調度、精細化數據分析及故障預警。通過對配電設施的智能化管理、安全監控和能效優?化，打造“高效管理、全程守護”的醫院能源管理體系。具體建設目標包括：

1）提升醫院配電系統的安全監控和管理水平：

系統通過對醫院配電系統進行全面實時監控，實現對各級電力設備（如變壓器、配電柜、線路）的運行狀況監測，確保設備處于安全運行范圍。根據各設備的容量、運行參數和承載能力，提供精確的負載監測與容量評估。系統將實時采集并分析關鍵參數（如電流、電壓、溫度等），根據設備的承載能力和運行極限進行動態負載監控，避免設備超負荷運行，確保系統運行的安全性和高效性。

2）加強能源使用效率的精細化管理：

對醫院各科室及關鍵設備的實時能耗監控，提供精細化的用電數據分析，幫助醫院優化電力資源的分配，減少能源浪費。基于實際負荷數據和醫療需求，平臺能夠動態調度配電負載，確保各醫療環節的電力使用效率達到最大化，同時提高醫院整體配電系統的運行穩定性，確保能源利用的精準與高效。
        3）提高故障預警和應急響應能力：

建立完善的故障預警機制，能夠快速識別配電系統中的超載、過熱、設備異常等潛在風險，尤其對MRI、CT、DSA等重點醫療設備的電能質量進行嚴格監控。當電壓波動、諧波干擾或三相不平衡等電能質量問題影響這些關鍵設備的運行時，系統將立即發出告警并采取應急措施，如自動斷開故障設備，優先保障重點醫療設備的電力供應，向管理人員發送預警通知，防止因電能質量問題導致的設備故障或安全事故，從而保障醫院電力系統的安全和關鍵醫療服務的連續性。

4）實現數據驅動的能效優化決策：

通過平臺的歷史數據和實時數據分析，系統能夠對能耗、負載和設備使用情況進行多維度分析。數據分析結果將幫助醫院管理人員做出基于數據驅動的決策，優化能源分配，提高能效，降低運營風險。系統生成的分析報告和洞察數據將為醫院提供可靠依據，進一步提升電力資源的管理效率和安全保障能力。

二、系統架構

圖2.1 系統架構

醫院智慧配電能效管理系統基于智能化、精細化和安全化的管理需求，涵蓋從數據采集到應用控制的完整體系。系統通過多層次架構的協同運作，實現對配電系統的實時監控、安全管控、能效優化及故障預警，確保醫院電力系統的高效、安全運行。系統架構主要由感知層、網絡傳輸層、邊緣計算層、平臺層和應用服務層組成，各層級協同合作，構建智能化的配電能效管理體系，推動醫院實現高效、智能化的能源管理。

感知層負責對醫院配電系統各類數據進行實時采集與監控。通過部署智能電表、傳感器等設備，實現對變壓器、配電柜、母線等關鍵節點的多維度監控。感知層能夠實時獲取系統的電能質量、設備運行狀態、負載情況及異常信息，為后續的數據分析與應用提供精準的實時信息，確保對整個配電系統的透明化管理。
網絡傳輸層負責將感知層采集的數據高效、穩定地傳輸至系統的各個層級，是信息流轉的關鍵樞紐。由于醫院配電系統分布廣泛，網絡傳輸層通過工業以太網、光纖網絡和無線網絡（如Wi-Fi、4G/5G）等方式，確保數據的高速傳輸。采用標準化通信協議（如MODBUS、IEC 61850）保障不同設備之間的互聯互通，確保數據傳輸的完整性和安全性，滿足醫院對數據及時性和準確性的高要求。

邊緣計算層負責對感知層采集的大量數據進行本地化處理和分析。通過邊緣計算技術，該層能夠對醫院配電系統的電力負荷、設備健康、能耗數據進行初步處理，包括數據聚合、過濾和簡化，減少數據傳輸的帶寬占用，縮短響應時間。邊緣計算的引入能夠有效減輕云端計算壓力，提升系統的實時性和處理效率，確保對醫院關鍵設備和負載的快速反應。

平臺層是系統的核心管理層，承擔醫院配電系統的數據管理、能效分析及優化控制功能。該層集成電能管理、故障預警、安全分析等模塊，實時監控配電設備的運行狀態，提供電能質量分析、負載趨勢預測和能耗優化建議。平臺生成的能效報告和設備運行分析為醫院管理者提供決策支持。此外，平臺層通過加密技術、權限管理、防火墻等多重安全措施，確保數據安全性和系統的可靠運行，防止未經授權的訪問。

應用服務層為管理人員、運維團隊和相關用戶提供簡潔友好的操作界面。通過該層，用戶可以實時查看醫院配電系統的運行狀態、能效管理、設備健康監測以及故障預警信息。應用服務層還支持遠程控制功能，管理者能夠隨時調度、優化配電設備的運行，確保系統的靈活性、可控性與高效管理。同時，應用服務層的可視化數據呈現和報告功能，幫助管理者深入了解能源使用狀況并作出科學的運營決策。

三、方案概述

本方案旨在構建一套智能化的醫院智慧配電能效管理平臺，針對醫院復雜的供配電環境，基于智能化、精細化和安全化的管理需求，集成實時監控、數據采集、能效分析和安全預警等功能，滿足從診療設備到后勤用電的全方位電力管理需求。平臺能夠實現對醫院供配電系統的實時能耗監控、設備健康管理以及精細化用電考核，幫助醫院提高能源使用效率，優化電力資源分配。平臺具備強大的計量與考核功能，能夠對各科室、醫療設備和后勤設施的用電進行精確管理與計費。通過電能故障預警功能，平臺能夠及時發現并定位電壓、電流異常等潛在問題，提供設備健康診斷和預防性維護建議，保障醫院供電系統的穩定性和安全性，確保醫療服務的連續性與可靠性。

3.1  方案配置清單

3.2  醫院智慧配電能效管理系統

3.2.1  平臺架構

醫院智慧配電能效管理系統是一套集成化的智能管理系統，專用于實時監控醫院配電系統的運行狀態，涵蓋故障預警、負載監控和能效優化，全面提升醫院供配電系統的安全性與運行效率。該平臺通過將傳統的配電系統升級為高度智能化的管理體系，實現對變壓器、配電柜、關鍵醫療設備、運行參數、負載情況以及故障信息的透明可視化，保障醫院配電系統的全生命周期管理。通過高效的數據傳輸、精準的故障預警、靈活的負載監測和精細化的能耗管理，平臺能夠滿足醫院在高峰負載下的安全運行需求，確保最優的電力負載分配、最大化利用資源和零事故運行。

圖3.1  醫院智慧配電能效管理系統功能架構

系統采用分布式計算架構，支持數據的實時采集、存儲與分析，模塊之間耦合度低，避免數據依賴和單點故障。這種架構不僅提升系統的穩定性與響應速度，還特別強化醫院配電系統的安全監測與管理，確保每個環節嚴格符合醫療機構的高標準安全與性能要求。通過對關鍵運行節點的精準監控與優化，系統確保醫院配電設備的高效、安全運行，有效降低設備故障率與能耗，保障醫療設備的持續穩定運行，助力醫院實現長期的電力系統安全與能效管理目標。

3.2.2  平臺功能概述

1、實時監控

實時監控功能，旨在對對全院供配電系統進行全方位、多維度的動態監測，確保系統安全、穩定、高效運行。該系統能夠在關鍵位置實時采集電壓、電流、功率因數、頻率、功率、諧波等電能參數，同時獲取環境數據（如溫度、濕度等），保障配電系統的運行環境穩定。系統覆蓋范圍廣泛，涵蓋醫院的各個區域，包括手術室、ICU、MRI、CT等關鍵醫療設備的電力供應系統，以及配電室、變壓器、母線等重要節點，提供多層次、分級的監控能力。

圖3.2  平臺實時監控

實時監控功能提供全局監控和精細化的雙重管理能力。管理人員可以通過系統對整個醫院的電力使用情況進行全局監控，同時也可以對特定科室、醫療設備或電力設施進行精細化管理，確保全面掌控電力的分布與使用狀態。系統能夠實時監測并及時響應電力異常情況，提供精準的預警和保護措施，幫助管理人員快速應對電力故障，提升醫院電力管理效率與安全保障。

2、電力組態

電力組態功能是該平臺的關鍵模塊，通過高度集成的可視化技術與實時數據采集，實現對醫院供配電系統的智能化監控與管理。該功能利用矢量圖形技術動態展示電氣單線圖，直觀呈現變壓器、配電柜、關鍵醫療設備等各級配電節點的運行狀態和實時電力數據（如電壓、電流、功率、頻率等），為管理人員提供清晰的系統運行視圖，支持對設備及線路的全面監控。

平臺具備靈活的組態增刪改查功能，管理人員可以根據醫院用電需求和系統變化，隨時調整各層級線路和設備的配置，確保電能參數的動態優化。同時，電力組態功能支持運行模式和編輯模式，允許管理人員遠程設置重要電氣設備的參數并進行遠程控制操作，確保系統在高負荷運行期間的安全穩定。該功能通過實時電能監測與故障預警機制，優化電力資源的分配，提升配電系統的運行效率，降低故障率和維護成本，為醫院配電系統的安全穩定運行提供高度可靠且靈活的管理手段。

圖3.3  電力組態可視化展示

3、能源審計

能源審計與能耗分析模塊，專門用于對醫院范圍內的能耗數據進行深入的審計、分析與優化管理。該模塊通過對實時采集的電能數據進行自動化處理，生成詳細的能耗趨勢圖、負荷曲線及分時用電分析報表，幫助醫院精準掌握各科室、關鍵醫療設備以及后勤系統在不同條件下的用電情況。系統不僅支持單個設備的能耗追蹤，還能夠對特定科室、區域或時間段進行橫向和縱向的對比分析，從而發現潛在的能耗異常或浪費。

為進一步提升醫院的能源管理能力，系統支持能流分析功能，它基于醫院的總能耗和各組成部分的能耗數據，全面反映能源流向，追溯各區域、建筑和設備的能耗情況，發現潛在的能效薄弱環節。通過對能源利用效率的監測，系統生成能流圖和能耗平衡表，清晰呈現醫院各區域的能耗分布及其相對效率，幫助管理者優化電力資源配置，提升能源使用效率。

圖3.4  平臺能源分析

通過對歷史能耗數據的時序記錄和分析，模塊能夠識別設備負載異常、評估設備健康狀態，并生成綜合性審計報告，為制定節能策略提供支持。借助能源審計模塊，醫院可以最大限度地減少能源浪費，優化整體能效，降低運營成本，同時助力醫院實現節能減排目標，提升運營效率和可持續發展能力。

圖3.5  平臺能源分析

4、用能KPI指標考核

該模塊提供醫院能耗分類、分項指標和能耗KPI功能。通過能耗分類分項指標，能源消耗按照不同科室、設備或功能區域進行細分，例如手術室、病房、ICU等，幫助精細化監測和管理各區域的能源使用情況。能耗KPI指標用于評估和監測能源管理的效果，包括能源消耗總量、單位醫療服務能耗等關鍵指標。這些功能為醫院管理者提供了更精準的能源管理工具，幫助提高能源利用效率，降低運營成本，助力醫院實現可持續發展目標。

5、智能用電故障預警

該智能用電故障預警管理系統專注于醫院配電系統和關鍵醫療設備的全方位安全運行監控，覆蓋變壓器、母線、配電柜以及MRI、CT、手術室設備等關鍵醫療設備的運行狀態。系統通過內置的智能監測設備和故障診斷算法，實時采集和分析電氣參數，包括漏電流、電壓波動、電流異常、過載等關鍵數據。針對關鍵醫療設備的電能質量預警，系統特別加強對電壓不穩定、頻率波動、諧波失真等電能質量問題的監測，確保電力供應始終符合設備運行要求，防止因電能質量問題導致設備故障或運行不穩定。

圖3.6  平臺智能運維模塊流程

系統具備先進的故障預測與實時分析功能，結合歷史數據與當前狀態進行綜合分析，及時發現配電設備和醫療設備的絕緣劣化、接地不良、過載、頻率異常等潛在隱患，防止電能質量問題影響醫院的關鍵診療工作。通過實時故障預警與預防性維護措施，系統有效減少設備故障及停機風險，確保在用電高峰期和高負荷運行時依然保持系統穩定性與安全性。該功能大幅提升醫院配電系統和關鍵醫療設備的可靠性，保障醫療服務的連續性、安全性及精準性，有效優化設備運行管理，確保醫院關鍵設備的穩定高效運行。

6、數據安全權限管理

平臺通過多層次的用戶權限管理機制，確保不同級別的用戶只能訪問與其權限相符的系統功能與數據。管理員可以精細化分配權限，針對不同角色（如醫院管理人員、技術操作員、運維人員）設置特定的訪問范圍和操作權限，防止未經授權的訪問，確保數據和功能使用的安全性。

同時，系統采用先進的數據加密技術，保證數據在傳輸和存儲過程中始終處于加密狀態，防止數據在網絡傳輸中被竊取或篡改，確保信息的機密性。配置防火墻和入侵檢測系統能夠有效監測并攔截可疑的網絡攻擊行為，保障系統免受外部威脅。該模塊還記錄用戶的操作日志，跟蹤所有用戶的訪問與操作行為，為事后審計和故障排查提供依據，進一步提升系統的安全管理能力。

7、API數據共享

通過標準化接口，醫院智慧配電能效管理系統能夠為不同系統或平臺之間提供高效的數據交互和共享。該功能允許平臺與外部系統（如醫院信息管理系統、能源管理平臺、第三方運維平臺等）實現實時數據交換，確保各方能夠獲取和使用配電系統的關鍵數據。通過API接口，平臺可以共享實時監控數據（如電壓、電流、功率、功率因數等）、設備運行狀態、故障預警信息、能耗分析報告等關鍵信息。

API數據共享功能支持外部系統進行數據查詢，具備高安全性，采用身份驗證、數據加密等安全措施，確保數據傳輸的安全性和可靠性。API數據共享功能的引入，大大增強系統的開放性與擴展性，有助于實現與其他系統的無縫集成，推動醫院配電系統的智能化和互聯化管理。

圖3.7  API數據共享

四、實施步驟

n 調研階段：深入了解醫院當前配電系統的管理現狀和監控需求，收集有關醫療設備及配電系統運行、維護的實際數據，識別系統運行中存在的痛點需求，確保對醫院電力系統的安全性、能效和故障管理的需求有清晰的認識；

n 定義階段：基于調研結果，確認項目的具體目標，并制定詳細的實施規劃；確定系統功能模塊、用戶需求文檔、項目范圍說明書等核心文檔，并明確每個階段的里程碑和可交付物，確保項目范圍清晰、可控；

n 設計階段：完成系統架構的技術設計和業務流程設計，確保各模塊的功能、性能和交互設計符合既定目標，同時為后續開發奠定堅實的基礎；

n 開發階段：根據設計方案進行軟件開發和硬件配置，完成系統集成，并進行多輪全面測試，確保各功能模塊能夠穩定運行，符合預期標準；

n 實施階段：將解決方案部署至生產環境，并為用戶和管理人員提供全面的培訓支持，確保系統順利投入使用，并滿足運營需求；

n 優化階段：繼續跟蹤系統的運行情況，收集用戶反饋，進行持續改進。

五、效益預測

醫院智慧配電能效管理系統的實施將為醫院帶來顯著的經濟效益、管理效益和安全效益，提升整體運營效率，并推動智能化、綠色化發展。

1）能源使用效率提升：

通過平臺的實時監控和精細化管理，醫院能夠有效減少能源浪費。系統可以對各科室、醫療設備及后勤設施的用電情況進行全面分析和優化，從而提升能源利用效率。預計配電系統的整體能效將提升10%-15%，各部門的用電狀況將得到優化，避免設備過度運行或能源浪費，整體電能消耗預計可降低5%-10%。

2）成本節約與經濟效益：

平臺通過精準的用電監測，使得醫院的能耗管理更加透明，有效避免了不必要的電力消耗。與系統改造前相比，預計每年可節約15%-20%的電力成本。此外，平臺能夠幫助醫院更好地分配用電資源，減少設備高負荷運行，延長設備使用壽命，從而進一步降低維護成本和設備更換頻率，提升醫院整體的運營效益。

3）安全性與設備可靠性提升：

平臺的實時監測和智能預警系統將有效降低醫院供電系統的故障率。通過對電能質量、電流、電壓異常和設備健康狀況的監測，系統可以在潛在風險發生前發出預警并采取應急措施，預計故障率可降低20%-30%。這將減少對醫療服務的中斷，保障診療設備的持續穩定運行，避免因設備故障導致的醫療事故和經濟損失。

4）管理效益提升：

平臺將實現醫院配電系統的精細化監控和數據化管理，管理人員能夠通過詳細的能耗分析和報表，做出更科學的決策。科室和設備的用電考核透明化將提高管理效率，減少人工干預。預計管理自動化將為醫院減少20%-25%的人工管理成本，并提升供配電系統的整體運營效率。

5）智能化與綠色發展：

平臺的智能調度和節能管理功能將支持醫院實現綠色運行目標，助力醫院完成節能減排任務。通過智能化能源管理，醫院預計可以減少10%-12%的碳排放，符合國家“碳達峰”和“碳中和”目標，為醫院樹立智能化、綠色化發展的標桿，推動可持續發展。

6）能源數據資產積累：

作為醫院數字化轉型的重要成果之一，能源數據將在醫院的運營和管理中發揮關鍵作用，成為醫院的重要數據資產。該平臺項目的實施不僅為醫院帶來寶貴的能源數據，還能夠結合數能e云不斷優化的能效算法和知識體系，形成醫院能源管理的大數據模型。這為未來人工智能應用提供強大的數據支撐，也將進一步優化醫院的能源管理模式，助力醫院實現數字化賦能。

綜上所述，醫院智慧配電能效管理系統的實施將帶來多重效益，不僅可以大幅提升醫院的能源管理水平和用電效率，減少能源浪費和運營成本，還能有效提高供電系統的安全性與穩定性，保障醫療服務的連續性。該平臺的智能化管理將助力醫院實現節能減排，為綠色、智能化發展奠定堅實基礎，并提升醫院的整體運營效率與可持續發展能力。