高等學(xué)校的能源管理系統(tǒng)平臺(tái)研究和應(yīng)用

摘要：能源與發(fā)展的矛盾已成為大家伙關(guān)注的焦點(diǎn)，高等學(xué)校做為一個(gè)特定的環(huán)境，近年來(lái)辦學(xué)規(guī)模、校園面積、師生數(shù)量急劇增長(zhǎng)，對(duì)能源的消耗也大幅提高。為抑制能源不合理增長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展，本文通過(guò)對(duì)校園能源管理平臺(tái)的研究，以達(dá)到使用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)能源進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制和降低消耗的目標(biāo)。

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

一、引言

進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，能源與發(fā)展的矛盾成為當(dāng)今世界關(guān)注的焦點(diǎn)。我國(guó)能源相對(duì)匱乏，更需要合理利用資源，并將其作為經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)均對(duì)能源管理系統(tǒng)的研制給予較大的投入，如德國(guó)西門子公司開(kāi)發(fā)的Simaris管理軟件，在大型商業(yè)區(qū)和社區(qū)中得到廣泛使用，該系統(tǒng)平臺(tái)可以提供全方位的能源管理功能。亞洲的日本、韓國(guó)等國(guó)家對(duì)能源使用的監(jiān)控也大都實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)化管理。由于國(guó)外高等學(xué)校的發(fā)展歷史較長(zhǎng)，社會(huì)化程度高，在能源的管理和控制上已納入了社區(qū)系統(tǒng)管理。我國(guó)的高等學(xué)校由于行政隸屬的關(guān)系，在能源的使用上仍然要在高等學(xué)校內(nèi)部進(jìn)行掌控，加之部分設(shè)施設(shè)備使用年久，而高等學(xué)校節(jié)能管理方面，業(yè)務(wù)技術(shù)水平參差不齊，資金投入有限，無(wú)法實(shí)現(xiàn)全方位的節(jié)能改造，能耗監(jiān)控和管理。同時(shí)隨著我國(guó)高等學(xué)校辦學(xué)規(guī)模、校園面積、師生數(shù)量的急劇增長(zhǎng)，能源消耗更是大幅提高。如何有效提升能源的使用效率，抑制能源需求的不合理增長(zhǎng)，是高等學(xué)校節(jié)能降耗所面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。國(guó)外的能源管理系統(tǒng)對(duì)于我國(guó)高校的能源管理來(lái)說(shuō)，并不完全相適應(yīng)，在管理體系上也與我國(guó)的大環(huán)境有所區(qū)別，因此我國(guó)高等學(xué)校要建立適應(yīng)國(guó)內(nèi)體制的能源降耗管理平臺(tái)。目前國(guó)內(nèi)高等學(xué)校在新校區(qū)的建設(shè)和老校區(qū)的改造中，逐步引入了建筑自動(dòng)化管理系統(tǒng)(BAS)和物業(yè)管理系統(tǒng)(FMS)，并通過(guò)這些系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行建筑能耗的管理。鑒于此，本文構(gòu)建了基于Internet/局域網(wǎng)/無(wú)線(GPRSZ、ZigBee)等通信網(wǎng)絡(luò)與校園網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的校園能源管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享、能源監(jiān)測(cè)、在線控制等功能。

二、高等學(xué)校能源管理平臺(tái)的構(gòu)建

校園能源管理平臺(tái)的構(gòu)建旨在通過(guò)校園網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)校園能耗的管理和監(jiān)控，進(jìn)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(tái)主要由三個(gè)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(yuǎn)程抄表技術(shù)，能源管理平臺(tái)系統(tǒng)軟件。

1.數(shù)據(jù)采集終端

高等學(xué)校的能耗設(shè)施設(shè)備以往所裝置的終端表具大多是傳統(tǒng)的電子式或機(jī)械式計(jì)量表，由于其機(jī)械齒輪易于磨損，容易造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，而且表具體積大而笨重，如電表本身也會(huì)產(chǎn)生較大功耗。目前由于技術(shù)的更新?lián)Q代，終端表具的技術(shù)含量也大幅提升，采用單項(xiàng)電力線載波的LED電能表和CPU射頻卡表具等得到廣泛應(yīng)用。這些終端的使用，延長(zhǎng)了表具的壽命，而且故障率極低，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表和收費(fèi)控制，表具功耗也大為降低。以電表為例，具備電力線載波采集器的電表，可以輕松做到雙向電力線通信，同時(shí)可以記錄多個(gè)用電參數(shù)，包括供電質(zhì)量、故障預(yù)警、異常報(bào)告等。

2.數(shù)據(jù)集中及遠(yuǎn)程抄表技術(shù)

以用電數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程集抄為例，利用電力線載波傳遞電表的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中抄表和收費(fèi)控制。通過(guò)具有擴(kuò)頻載波通信技術(shù)的強(qiáng)抗干擾電力線，可以將校園用電設(shè)施設(shè)備的用電量遠(yuǎn)程集中。電力線遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)了智能設(shè)備的即插即用，數(shù)據(jù)集中器根據(jù)用戶的設(shè)定來(lái)采集和儲(chǔ)存來(lái)自電表的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)集中器通過(guò)連接到TCP/IP的廣域網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，可以將控制命令和數(shù)據(jù)文件下載到相關(guān)設(shè)備中，并控制一組電表或一個(gè)電表。數(shù)據(jù)集中器除了可以采集數(shù)據(jù)外，還可以增加控制過(guò)程，如安全檢測(cè)和遠(yuǎn)程控制能力，在系統(tǒng)運(yùn)行中監(jiān)測(cè)電表和線路的運(yùn)行故障，以及任何人為改變相線連接的現(xiàn)象，有效防止故障和竊電現(xiàn)象的產(chǎn)生。同時(shí)，可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制線路的切換和中繼調(diào)整。建立與能源管理平臺(tái)軟件的連接，通過(guò)軟件驅(qū)動(dòng)的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同能耗設(shè)施設(shè)備及各種子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成，基于標(biāo)準(zhǔn)的Microsoft架構(gòu)和成熟的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)(SQLServer等)以及通信協(xié)議(TCP/IP、HTTP、FTP等)與能源管理平臺(tái)互聯(lián)。能源數(shù)據(jù)可以利用校園網(wǎng)在不同的子系統(tǒng)或設(shè)施設(shè)備中采集而得，使用軟件協(xié)議無(wú)縫鏈接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)化采集。

3.能源管理系統(tǒng)應(yīng)用軟件

能源管理平臺(tái)是基于現(xiàn)代電子與信息技術(shù)，應(yīng)用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)對(duì)能源的使用進(jìn)行監(jiān)控，利用智能卡、電子采集器等技術(shù)對(duì)能源的使用進(jìn)行有效控制的智能管理平臺(tái)，平臺(tái)的建立可以利用學(xué)校的校園網(wǎng)絡(luò)，并基于現(xiàn)有的BAS、FMS或其它系統(tǒng)運(yùn)行。在技術(shù)和設(shè)備上可以使用當(dāng)前較為成熟的網(wǎng)絡(luò)連接模式和電子設(shè)備，以保證整個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)的穩(wěn)定、可靠，同時(shí)兼顧可擴(kuò)展性和易維護(hù)性原則。整個(gè)系統(tǒng)以開(kāi)放式架構(gòu)，執(zhí)行相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)或工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以保證各供應(yīng)商產(chǎn)品的協(xié)同運(yùn)行，考慮投資者的長(zhǎng)遠(yuǎn)利益。系統(tǒng)軟件可以做成以web－service為接口的、多功能開(kāi)放軟件，能夠用來(lái)管理、控制和配置水、電等能源表具和數(shù)據(jù)采集器。系統(tǒng)與目前的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相兼容，可以匯總和報(bào)告網(wǎng)絡(luò)用能突發(fā)事件，允許遠(yuǎn)程配置能源表具和數(shù)據(jù)集中器，調(diào)整計(jì)費(fèi)率。允許系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制表具的開(kāi)關(guān)，適應(yīng)不同大小規(guī)模的系統(tǒng)運(yùn)行，維系從表具、采集器到服務(wù)器乃至整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)鐘。系統(tǒng)軟件還可以集成多應(yīng)用模塊組合，包括數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)分析與匯總模塊、安全運(yùn)行模塊、緊急事務(wù)處理模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)與能源應(yīng)對(duì)策略模塊等，系統(tǒng)平臺(tái)以視窗界面呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)有效的能源策略分析。在上述模塊中通過(guò)運(yùn)行流程及時(shí)確認(rèn)能源使用異常狀況，提供修正措施，使能源的利用較大效益化，避免造成整個(gè)能源網(wǎng)內(nèi)的故障。

三、高等學(xué)校能源管理平臺(tái)的功能實(shí)現(xiàn)

校園能源管理平臺(tái)，是通過(guò)對(duì)校園能源消耗數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，進(jìn)行集中統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)綜合分析，實(shí)現(xiàn)校園內(nèi)能耗數(shù)據(jù)的共享、交換、檢測(cè)、管理和控制。BAS與FMS系統(tǒng)做為現(xiàn)代化大型建筑與社區(qū)物業(yè)管理的常用系統(tǒng)，近年來(lái)部分高等學(xué)校在新建校區(qū)中已逐步將其推廣和使用，而隨著能源管理的重要性日益提高，利用上述系統(tǒng)和校園網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)能源使用的監(jiān)測(cè)、控制和管理是完全可行的。借助校園網(wǎng)絡(luò)以及BAS與FMS系統(tǒng)，該平臺(tái)可以根據(jù)能源使用設(shè)施和設(shè)備的用能情況進(jìn)行監(jiān)視，設(shè)置模擬屏，對(duì)各耗能單元進(jìn)行全局監(jiān)控。如整個(gè)系統(tǒng)或局部單元出現(xiàn)能耗異常，可立即顯示異常部位并示警，便于管理人員及

時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理異常情況。平臺(tái)在運(yùn)轉(zhuǎn)中可以實(shí)現(xiàn)如下功能:

1.用能監(jiān)控功能

能源管理平臺(tái)可以實(shí)時(shí)對(duì)能源的使用進(jìn)行監(jiān)控、故障示警、異常報(bào)告。平臺(tái)做為整個(gè)校區(qū)能耗的控制中心，也同時(shí)承擔(dān)著日常能源供給的調(diào)配，保證校園教學(xué)、科研和生活的正常用能，并在突發(fā)事件期間實(shí)施能源應(yīng)急調(diào)度預(yù)案，以保證能源供應(yīng)的安全穩(wěn)定。平臺(tái)的監(jiān)視功能還包括能源輸送系統(tǒng)的各類變化，如能源的輸入輸出量、各用戶能耗的遠(yuǎn)程監(jiān)控、動(dòng)力介質(zhì)的發(fā)生量和介入量、異常監(jiān)控報(bào)警等。

2.數(shù)據(jù)采集功能

能源管理平臺(tái)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(shí)時(shí)將整個(gè)校區(qū)的能源數(shù)據(jù)采集進(jìn)入系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)提交給數(shù)據(jù)管理模塊。

3.數(shù)據(jù)匯總和分析功能

管理平臺(tái)對(duì)采集的能源實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浇K端，匯總到平臺(tái)工作站，借助平臺(tái)的用戶查詢界面，可以對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、歸檔和分析，并提供過(guò)程曲線。管理平臺(tái)還可以按時(shí)間分布、數(shù)值類型、建筑分類等對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控和管理。對(duì)于匯總的計(jì)量與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在平臺(tái)對(duì)采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行核查后，可以按指定的時(shí)間、要求輸出系統(tǒng)報(bào)表。

4.賬務(wù)管理功能

對(duì)用戶應(yīng)用權(quán)限、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)存取進(jìn)行全面管理，提供各時(shí)段能耗計(jì)價(jià)費(fèi)率，并以貨幣方式顯示能耗費(fèi)用，可以通過(guò)銀行終端POS機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶應(yīng)繳費(fèi)用的收納和支付。

四、系統(tǒng)功能

1.系統(tǒng)概況

平臺(tái)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)月能耗折算、地圖導(dǎo)航，各能耗逐時(shí)、逐月曲線，當(dāng)日，當(dāng)月能耗同比分析滾動(dòng)顯示。

2.用能概況

對(duì)建筑、部門、區(qū)域、支路、分類分項(xiàng)等用能進(jìn)行對(duì)比，支持當(dāng)日逐時(shí)趨勢(shì)、當(dāng)月逐日趨勢(shì)曲線、分時(shí)段能耗統(tǒng)計(jì)對(duì)比、總能耗同環(huán)比對(duì)比。

3.用能統(tǒng)計(jì)

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

4.復(fù)費(fèi)率統(tǒng)計(jì)

復(fù)費(fèi)率報(bào)表按日、月、年統(tǒng)計(jì)對(duì)單棟建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用電量及成本費(fèi)用進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)出到EXCEL。

5.同比分析

對(duì)建筑、分項(xiàng)、區(qū)域、支路等用能按日、月、年以圖形和報(bào)表結(jié)合的方式進(jìn)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(shí)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(biāo)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(duì)選擇支路分類能源在指定時(shí)段工作時(shí)間與非工作時(shí)間用能統(tǒng)計(jì)對(duì)比，支持導(dǎo)出報(bào)表。

8.設(shè)備管理

設(shè)備管理包括，設(shè)備類型、設(shè)備臺(tái)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(yùn)行。

9.用戶報(bào)告

用戶報(bào)告針對(duì)選定的建筑自動(dòng)統(tǒng)計(jì)各能源的月使用的同環(huán)比趨勢(shì)，并提供簡(jiǎn)單的能耗分析結(jié)果，針對(duì)用電提供單獨(dú)的復(fù)費(fèi)率用能分析，報(bào)告可編輯。

五.系統(tǒng)硬件配置

六、結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)能源短缺的現(xiàn)狀，今后仍將是制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。網(wǎng)絡(luò)化能源管理平臺(tái)的建立，符合我國(guó)能源發(fā)展的長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略。本文通過(guò)對(duì)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(tái)的構(gòu)建模式，該平臺(tái)的建立可以迅速提升能源管理的技術(shù)層次，提高管理人員和能源使用者的節(jié)能意識(shí)，高效率的降低能耗。在實(shí)際應(yīng)用中可以通過(guò)對(duì)現(xiàn)有管理系統(tǒng)的擴(kuò)展，依賴互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(校園網(wǎng))，實(shí)現(xiàn)能源的高水平管理和使用。這一平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)，可以有效的節(jié)約能源，降低高校的運(yùn)行成本，對(duì)社會(huì)的發(fā)展起到積極作用。

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審核編輯 黃昊宇