張培

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：能源與發(fā)展的矛盾已成為當今世界關(guān)注的焦點，高等學(xué)校做為一個特定的環(huán)境，近年來辦學(xué)規(guī)模、校園面積、師生數(shù)量急劇增長，對能源的消耗也大幅提高。為抑制能源不合理增長，實現(xiàn)低碳發(fā)展，本文通過對校園能源管理平臺的研究，以達到使用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對能源進行監(jiān)測、控制和降低消耗的目標。

關(guān)鍵詞：能源;管理平臺;數(shù)據(jù)采集分析;網(wǎng)絡(luò)

一、引言

新世紀以來，國際社會對能源和發(fā)展的矛盾日益突出。由于我國的能源比較短缺，因此，必須把資源的合理使用，并把它作為一種長期的戰(zhàn)略方法來促進經(jīng)濟和社會的發(fā)展。近年來，德國西門子公司研發(fā)的 Simaris管理軟件已被大量應(yīng)用于各大商業(yè)區(qū)和住宅區(qū)，并為用戶提供全面的能源管理服務(wù)。在亞洲，如日本，韓國等國家，大部分的能源監(jiān)測系統(tǒng)也已被系統(tǒng)地進行。由于國外高校具有悠久的發(fā)展歷史和高度的社會化，因此，我國高校的能源管理與控制已經(jīng)被納入到了社區(qū)系統(tǒng)的管理之中。我國高校因行政隸屬關(guān)系，其能源利用仍由高?？刂?，且有些設(shè)施設(shè)備使用年久，而高校的節(jié)能管理工作，技術(shù)水平參差不齊，經(jīng)費投入不足，難以全面實施節(jié)能改造、能耗監(jiān)測與管理。同時，由于高校規(guī)模的迅速擴大，校園面積的擴大，師生的數(shù)量也隨之增加，能耗也隨之增加。提高高校的能源利用率，遏制不合理的發(fā)展，是當前高校節(jié)能工作中亟待解決的重大課題。國外的能源管理制度與我國高校的能源管理制度不能很好地適應(yīng)，其運行機制也與我國國情不同，因此，我國高校必須構(gòu)建適合我國國情的節(jié)能管理平臺。我國高校在新建校園、舊校園改造過程中，逐漸引進了 BAS、 FMS，并利用它們實現(xiàn)對建筑能源消耗的控制。針對這種情況，本論文設(shè)計了以互聯(lián)網(wǎng)/LAN/無線/GPRSZ、 ZigBee等通訊網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的校園能源管理平臺，并將其應(yīng)用于校園網(wǎng)，以達到數(shù)據(jù)共享、能源監(jiān)測、在線控制等目的。

二、高等學(xué)校能源管理平臺的構(gòu)建

校園能源管理平臺的構(gòu)建旨在通過校園網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)校園能耗的管理和監(jiān)控，進行數(shù)據(jù)交換和共享，協(xié)調(diào)處理能耗用戶、設(shè)施設(shè)備之間的關(guān)系，改善優(yōu)化能源環(huán)境。平臺主要由三個部分構(gòu)建而成:使用電力線載波智能化網(wǎng)絡(luò)電表或射頻卡水表等表具的終端，基于IP技術(shù)和電力載波技術(shù)的數(shù)據(jù)集中器或遠程抄表技術(shù)，能源管理平臺系統(tǒng)軟件。

1.數(shù)據(jù)采集終端

高校節(jié)能設(shè)施設(shè)備過去所安裝的儀表多為傳統(tǒng)的電子或機械儀表，其機械齒輪易磨損，易導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準確，儀表體積大、重量大，功率消耗大。隨著技術(shù)的不斷更新，終端設(shè)備的技術(shù)水平也有了很大的提高， LED電表、 CPU射頻卡片等采用單個功率線載波。采用這種終端，不僅可以延長儀表的使用壽命，還可以減少故障，并能實現(xiàn)遠程抄表和計費控制，同時還大大減少了儀表的功耗。就拿電表來說，配有電力線載波采集裝置的電表，可以實現(xiàn)雙向電源線通訊，并能對各種用電參數(shù)進行記錄，包括供電質(zhì)量、故障預(yù)警、異常報告等。

2.數(shù)據(jù)集中及遠程抄表技術(shù)

通過對電能數(shù)據(jù)進行遠程集抄，將電能表載波傳輸?shù)诫娔鼙砩?，從而達到遠程集中抄表和收費控制的目的。利用擴頻載波通信技術(shù)的強抗干擾電源線路，實現(xiàn)了對學(xué)校用電設(shè)施的遠距離集中供電。利用電力線路的遠程傳送技術(shù)，實現(xiàn)了對智能裝置的“插即用”，數(shù)據(jù)集中器通過與 TCP/IP相連的廣域網(wǎng)絡(luò)進行遠程通訊。除收集資料之外，資料集中裝置還具有監(jiān)控系統(tǒng)的安全性、遙控性等功能，能夠監(jiān)控電網(wǎng)運行時的儀表、線路、設(shè)備等運行狀態(tài)，避免因相線的變化而造成的故障和偷電。并能實現(xiàn)遙控線路的開關(guān)和中繼調(diào)節(jié)。在此基礎(chǔ)上，采用微軟標準的 Microsoft體系結(jié)構(gòu)和成熟的 SQLServer等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，并利用 TCP/IP、 HTTP、 FTP等通訊協(xié)議與能源管理平臺進行互聯(lián)。通過校園網(wǎng)絡(luò)，從各個分系統(tǒng)或設(shè)備中獲取能量信息，通過軟件協(xié)議無縫連接，實現(xiàn)了對能源的遠程自動采集。

3.能源管理系統(tǒng)應(yīng)用軟件

該平臺是以電子和信息技術(shù)為基礎(chǔ)，利用遠程網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)對能源的利用進行監(jiān)測，通過智能卡、電子采集器等技術(shù)實現(xiàn)對能源利用的智能管理平臺。在技術(shù)和設(shè)備方面，采用了目前比較成熟的聯(lián)網(wǎng)方式和電子設(shè)備，確保了整個平臺的穩(wěn)定可靠，同時考慮了擴展性和易維護性等特點。本系統(tǒng)采用開放式結(jié)構(gòu)，采用國際或行業(yè)標準，確保各個廠商的產(chǎn)品能夠協(xié)調(diào)運作，同時兼顧投資人的長期利益。該系統(tǒng)軟件可以制作成一個多功能開放的、以web-service為接口的多功能開放軟件，可以用于對水、電等能源儀表和數(shù)據(jù)采集設(shè)備進行管理、控制和配置。該系統(tǒng)具有與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)兼容的特點，能夠?qū)﹄娋W(wǎng)發(fā)生的能量突發(fā)事件進行匯總、匯報，實現(xiàn)對能量儀表、數(shù)據(jù)集中器的遠程配置、收費速率的調(diào)節(jié)?？蓪Ρ砭哌M行遙控切換，以適應(yīng)各種尺寸的系統(tǒng)操作，從表具、采集器、伺服器，甚至是整個系統(tǒng)。該系統(tǒng)還包含了多個應(yīng)用模塊的結(jié)合，包含數(shù)據(jù)收集和轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)分析和匯總、安全運行、緊急事務(wù)處理、數(shù)據(jù)庫和能源處理策略等模塊，并通過窗口的形式進行了分析。在以上模塊中，通過運行流程，對能量的異常情況進行及時的確認，并提出相應(yīng)的改進措施，以最大限度地提高能量利用率，防止在整個電網(wǎng)中發(fā)生故障。

三、高等學(xué)校能源管理平臺的功能實現(xiàn)

校園能源管理系統(tǒng)主要是通過對學(xué)校的能源消費數(shù)據(jù)的自動收集、匯總、匯總、分析、共享、交換、監(jiān)測、管理等功能。作為現(xiàn)代大型樓宇和小區(qū)物業(yè)管理的主要手段， BAS和 FMS是近幾年在新校區(qū)中逐漸普及和應(yīng)用的一種新型的管理方式。通過校園網(wǎng)、 BAS、 FMS等技術(shù)手段，實現(xiàn)了對能耗設(shè)施、設(shè)備能耗的實時監(jiān)測，并通過仿真屏幕實現(xiàn)對能耗單位的整體監(jiān)測。當系統(tǒng)或部分設(shè)備發(fā)生能量消耗異常時，會立刻顯示異常位置，并發(fā)出警報，以便管理者能夠及時發(fā)現(xiàn)并處理這些異常。該平臺能夠在操作中完成下列功能：

1.數(shù)據(jù)采集功能

能源管理平臺將校區(qū)的所有用能單位和耗能設(shè)施設(shè)備納入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實時將整個校區(qū)的能源數(shù)據(jù)采集進入系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)提交給數(shù)據(jù)管理模塊。

2.用能監(jiān)控功能

該系統(tǒng)能夠?qū)δ芰渴褂们闆r進行實時監(jiān)測、預(yù)警、異常報告。作為校園的能量管理系統(tǒng)，它還負責學(xué)校的日常能量供應(yīng)，保證學(xué)校的教學(xué)、科研、生活等方面的正常使用，以及在緊急情況下，為了保證校園的能源供應(yīng)和穩(wěn)定，還需要制定相應(yīng)的應(yīng)急計劃。該平臺的監(jiān)控功能還包含了能量的輸入量、各用戶的能量消耗、功率介質(zhì)的產(chǎn)生與介入量、異常監(jiān)測報警等。

3.賬務(wù)管理功能

對用戶應(yīng)用權(quán)限、遠程數(shù)據(jù)存取進行全面管理，提供各時段能耗計價費率，并以貨幣方式顯示能耗費用，可以通過銀行終端POS機，實現(xiàn)對用戶應(yīng)繳費用的收納和支付。

4.數(shù)據(jù)匯總和分析功能

管理平臺采集到的實時能源數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浇K端，匯總到平臺工作站。借助平臺的用戶查詢界面，可以對各類數(shù)據(jù)進行匯總、歸檔和分析，并提供過程曲線。管理平臺還可以通過時間分布、數(shù)值類型、建筑分類等方式對歷史數(shù)據(jù)進行監(jiān)控和管理。對于匯總的測量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，平臺對采集到的原始數(shù)據(jù)進行驗證后，可按規(guī)定的時間和要求輸出系統(tǒng)報告。

四、系統(tǒng)功能

1.系統(tǒng)概況

平臺運行狀態(tài)，當月能耗折算、地圖導(dǎo)航，各能耗逐時、逐月曲線，當日，當月能耗同比分析滾動顯示。

2.用能概況

對建筑、部門、區(qū)域、支路、分類分項等用能進行對比，支持當日逐時趨勢、當月逐日趨勢曲線、分時段能耗統(tǒng)計對比、總能耗同環(huán)比對比。

3.用能統(tǒng)計

對建筑、區(qū)域、分項、支路等結(jié)構(gòu)按日、月、年報表的形式統(tǒng)計對分類能源用能進行統(tǒng)計，支持報表數(shù)據(jù)導(dǎo)出EXCEL，支持選擇建筑數(shù)據(jù)進行生成柱狀圖。

4.復(fù)費率統(tǒng)計

復(fù)費率報表按日、月、年統(tǒng)計對單棟建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用電量及成本費用進行統(tǒng)計分析。支持數(shù)據(jù)導(dǎo)出到EXCEL。

5.同比分析

對建筑、分項、區(qū)域、支路等用能按日、月、年以圖形和報表結(jié)合的方式進行用能數(shù)據(jù)同比分析。

6.能源流向圖

能源流向圖展示單棟建筑指定時段內(nèi)各類能源從源頭到末端的的能源流向，支持按原始值和折標值查看。

7.夜間能耗分析

夜間能耗以表格、曲線、餅圖等形式對選擇支路分類能源在指定時段工作時間與非工作時間用能統(tǒng)計對比，支持導(dǎo)出報表。

8.設(shè)備管理

設(shè)備管理包括，設(shè)備類型、設(shè)備臺賬、維保記錄等功能。輔助用戶合理管理設(shè)備，確保設(shè)備的運行。

9.用戶報告

用戶報告針對選定的建筑自動統(tǒng)計各能源的月使用的同環(huán)比趨勢，并提供簡單的能耗分析結(jié)果，針對用電提供單獨的復(fù)費率用能分析，報告可編輯。

五、結(jié)束語

能源短缺的現(xiàn)狀將是未來制約國民經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸。建立網(wǎng)絡(luò)能源管理平臺符合我國能源發(fā)展的長遠戰(zhàn)略。通過對能源管理系統(tǒng)的研究，提出了基于BAS和FMS的能源管理平臺的構(gòu)建模式。該平臺的建立可以迅速提高能源管理的技術(shù)水平，提高管理者和能源使用者的節(jié)能意識，高效地降低能源消耗。在實際應(yīng)用中，通過對現(xiàn)有管理系統(tǒng)的擴展，依托互聯(lián)網(wǎng)(校園網(wǎng))，可以實現(xiàn)高水平的能源管理和利用。該平臺的實現(xiàn)可以有效節(jié)約能源，降低高校的運行成本，對社會的發(fā)展起到積極的作用。

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作者介紹：

張培，男，現(xiàn)任于安科瑞電氣股份有限公司。