淺談基于分項計量的校園能源監(jiān)管平臺解決方案設計

淺談基于分項計量的校園能源監(jiān)管平臺解決方案設計

張穎姣

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：伴隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，國家機關辦公建筑和大型公共建筑高耗能的問題日益突出，如何解決建筑能耗己成為一個國家總能耗的重要組成部分。學校是肩負著教育、科研和社會服務重任的基地，也是資源能源消費的大戶，目前校園的能耗、水耗抄表數(shù)據(jù)不完整，造成管理不到位、能源利用存在較大的浪費現(xiàn)象。為了確保學校正常教學與科研的能源需求，節(jié)能降耗是首要任務。因此建設節(jié)約型校園對建設節(jié)約型社會具有重要的現(xiàn)實意義。

關鍵詞：節(jié)約型高校；能源監(jiān)管平臺；解決方案

能源監(jiān)管平臺的意義

根據(jù)《高等學校節(jié)約型校園建設管理與技術導則》（試行）規(guī)定，學校應高度重視建設節(jié)約型校園的工作，建立和完善節(jié)約型校園的建設管理組織，為持續(xù)地開展節(jié)約型校園建設工作提供協(xié)調和貫徹落實的組織保障。

校園能源監(jiān)管平臺是能耗統(tǒng)計、能源審計、能耗監(jiān)測、能效公示、節(jié)能優(yōu)化綜合推進的系統(tǒng)工程，其核心目標是通過節(jié)能監(jiān)管平臺實現(xiàn)全校能耗數(shù)據(jù)化、管理動態(tài)化、數(shù)據(jù)可視化和節(jié)能指標化。

能源監(jiān)管平臺的建設

能源監(jiān)管平臺是節(jié)約校園建筑監(jiān)管體系的技術平臺，也是推動校園建筑節(jié)能工作的重要管理工具。該監(jiān)管平臺由計量表具、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)服務器、管理軟件等組成，具備能耗數(shù)據(jù)實時采集和通信、數(shù)據(jù)分析、報表管理、指標比對、圖表顯示、數(shù)據(jù)儲存、數(shù)據(jù)上傳等功能，以滿足校園節(jié)能監(jiān)管內容及要求。

能源監(jiān)管平臺可將實時數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一處理后，通過互聯(lián)網(wǎng)將其上傳到省/市級數(shù)據(jù)庫，也可上傳到更高層數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)進行存儲、展示，并將超出國家標準用量的能耗數(shù)據(jù)所對應的能耗種類采取相應措施，實行節(jié)能降耗處理。

3.能源監(jiān)管平臺的方案設計

本系統(tǒng)將對校園的教學樓、實驗樓、禮堂、圖書館、宿舍、食堂等公共建筑進行建筑能耗采集（含：水、電、氣、暖）。鑒于校園網(wǎng)已經(jīng)覆蓋到了校園內的每一棟大樓，系統(tǒng)設計由校園網(wǎng)、GPRS無線遠傳及RS485串行通信3種方式組合而成。這種系統(tǒng)結構充分發(fā)揮了校園網(wǎng)布線簡易、快速的優(yōu)勢；對于不易布線的場所采用GPRS無線傳輸技術，施工簡單，抄表方便，特別適用于老校區(qū)改造，現(xiàn)場儀表采用總線方式，傳輸遠，抗干擾能力強，易于管理。

4.能源監(jiān)管平臺的結構及功能

1）低壓配電監(jiān)測系統(tǒng)。

低壓配電系統(tǒng)可實時和定時采集電氣設備的模擬量（電流、電壓、功率、頻率、電度、溫度）和開關量（斷路器及隔離開關位置信號、設備運行狀態(tài)信號等）。并將采集到的模擬量與開關量進行數(shù)據(jù)分析，以圖表方式顯示。

系統(tǒng)實現(xiàn)功能：

①系統(tǒng)可顯示實時電流、電壓、功能曲線，諧波柱狀圖。實現(xiàn)變配電所無人值班的設計要求。

②可實現(xiàn)模擬量越限報警和開關量狀態(tài)變位報警，監(jiān)控系

統(tǒng)自動推出相關畫面及聲音報警，所有報警事件可查詢與打印。

③系統(tǒng)直觀展示年、月、日能耗總量，對標分析等，并可根據(jù)管理需求動態(tài)配置展現(xiàn)內容。

④系統(tǒng)畫面、報表支持在線編輯，保證系統(tǒng)在修改時監(jiān)控系統(tǒng)仍然連接運行。

校園能源監(jiān)管平臺網(wǎng)絡架構圖

2）供暖控制管理子系統(tǒng)。

根據(jù)校園建筑物的分布，選擇測控點在供暖管進出口符合要求的直管段上，將控制器就近安裝，實時控制管理。系統(tǒng)根據(jù)采集到的實時數(shù)據(jù)或樓層溫度自動調節(jié)電動閥，使樓層溫度處于規(guī)定范圍內，也可通過設置在室內的無線溫度傳感器（可以設置若干點）來實現(xiàn)對系統(tǒng)電動閥門的控制?？稍O定非教學時間段溫度，使大樓內溫度保持在比較低的溫度范圍，從而節(jié)約熱能消耗。

系統(tǒng)實現(xiàn)功能：

①該系統(tǒng)可以實時顯示各監(jiān)測點的溫濕度，管理人員可實時查詢校園區(qū)各建筑的進水溫度、回水溫度以及溫濕度變化。

②可以使校園供熱區(qū)域內各支路進出口溫度，按照不同溫度和不同時間，進行任意分時、分溫調整，如教學樓放學后，宿舍晚間等供暖溫度。

③集中自動控制，所有閥門都可自動控制，給整個校區(qū)供暖控制提供了很大的便利。

④可以查詢供暖系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)，以圖表方式顯示，可導出并打印，通過對歷史數(shù)據(jù)的分析，更合理的管理校園暖濕度。

3）空調監(jiān)控管理子系統(tǒng)。

考慮到很多校園建校年代比較早，本系統(tǒng)兼容多種品牌型號空調，系統(tǒng)可采集實時數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)對設備的遠程控制、狀態(tài)監(jiān)視等功能。這樣可減少由于人為原因未及時關閉空調帶來的能耗損失。

系統(tǒng)實現(xiàn)功能：

①系統(tǒng)可設定空調的啟動與關閉時間，可在上課或放學統(tǒng)一控制空調。

②可自定義溫度，當室內溫度超過設定值時，關閉該房間空調；當溫度達到設定時，再啟動空調。

③當空調持續(xù)滿負荷工作時，室內溫度還沒有下降，系統(tǒng)將自動報警，提示管理人員及時去現(xiàn)場檢查故障。

④系統(tǒng)可以將采集到的數(shù)據(jù)進行匯總，自動統(tǒng)計任意時間段各空調的用電量，對同一匹數(shù)的空調機的用電量進行排序。

4）照明節(jié)能控制子系統(tǒng)。

由于很多校園內照明使用人工控制，使得很多場所照明得不到很好的管理與控制，造成了不必要的能源消耗。該系統(tǒng)主要包括調光模塊、智能開關、智能傳感器、手持式編程器等幾大部件組成。其中智能開關含用通訊模塊，可控制照明系統(tǒng)開關狀態(tài)，組成現(xiàn)場控制網(wǎng)絡；通過智能傳感器（光線傳感器、時間控制器、移動傳感器、聲控傳感器）檢測區(qū)域內照明情況，并將數(shù)據(jù)傳遞到照明系統(tǒng)中進行分析，從而自動或手動控制校園照明。

系統(tǒng)實現(xiàn)功能：

①正常上課時，可定時設定開啟/關閉時間，并可設置成周模式，有效管理教學與非教學時間照明控制。

②對于光照強度特殊的教室，系統(tǒng)可以單獨設定該房間照明。

③系統(tǒng)可以遠程控制教室、操場、圖書館、宿舍等任意場所。

④系統(tǒng)監(jiān)測照明回路電流，判斷各場所燈使用情況，并可及時發(fā)現(xiàn)照明燈故障。

⑤系統(tǒng)可以根據(jù)室內人數(shù)和照明燈數(shù)量，智能控制一片區(qū)域燈亮滅。

⑥通過校園作息自動開關燈，可以切換成手動模式，更靈活的控制照明燈。

⑦系統(tǒng)可以實時顯示每路照明系統(tǒng)的使用狀態(tài)，及時維護。

⑧系統(tǒng)可保存歷史數(shù)據(jù)，提供查詢與打印。5）給水管理控制模塊。

校園內給水系統(tǒng)主要包括生活給水系統(tǒng)和消防給水系統(tǒng)。生活用水系統(tǒng)主要提供餐飲、洗浴等用水。生活給水主要為所有學生公寓和教室宿舍安裝IC卡預付費水表，可以與校園一卡通（食堂就餐、淋浴控制、圖書館借閱、考勤管理等）共用，方便管理，科學計費，杜絕浪費。并在衛(wèi)生間安裝紅外感應沖水器，自動控制沖水，沖水時間可根據(jù)情況進行調節(jié)。

系統(tǒng)實現(xiàn)功能：

①計費系統(tǒng)可根據(jù)預定時間長度和金額分段進行計費。

②計費系統(tǒng)可根據(jù)水流量大小，按照預定費率進行計費。

③提供各種形式的報表統(tǒng)計，查詢及打印功能。

6）路燈監(jiān)控管理子系統(tǒng)。

路燈工作于校園室外，有時會遇到惡劣天氣，容易發(fā)生故障。該系統(tǒng)采用GPRS網(wǎng)絡技術實現(xiàn)對路燈的聯(lián)網(wǎng)通訊，保護路燈的可靠運行。可實現(xiàn)對校園內街道內每一盞路燈的定時開關，強制開關。該系統(tǒng)還考慮天氣對光照度的影響，監(jiān)控設備根據(jù)光照度的變化自動調整開關燈的時間。

系統(tǒng)實現(xiàn)功能：

①該系統(tǒng)可預設多種時間控制模式，包括普通模式、節(jié)假日模式、周模式、日出日落開關燈模式等。

②具有分組功能，可對不同區(qū)域及設備進行分組。

③可通過選控方式，將飾燈逐點控制，更增強了系統(tǒng)的靈活性。

④當系統(tǒng)監(jiān)測到數(shù)據(jù)異常時，可在電子地圖中顯示到相應位置，便于管理人員進行維護。

⑤可采用路燈智能控制高壓器，保持路燈電壓相對穩(wěn)定，減少路燈的損壞。

⑥系統(tǒng)可將采集到的路燈運行參數(shù)以圖表方式顯示，并可查詢打印。

⑦自動計算亮燈率，根據(jù)電壓、電流、功率因數(shù)的變化進行亮燈率估算。

校園能源監(jiān)管平臺結構圖

5.安科瑞建筑能耗分析系統(tǒng)

5.1概述

Acrel-5000web建筑能耗分析系統(tǒng)是用戶端能源管理分析系統(tǒng)，在電能管理系統(tǒng)的基礎上增加了對水、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與分析，通過對用戶端所有能耗進行細分和統(tǒng)計，以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各類能源的使用消耗情況，便于找出高耗能點或不合理的耗能習慣，有效節(jié)約能源，為用戶進一步節(jié)能改造或設備升級提供準確的數(shù)據(jù)支撐。用戶可按照國家有關規(guī)定實施能源計算，分析現(xiàn)狀，查找問題，挖掘節(jié)能潛力，提出切實可行的節(jié)能措施，并向縣級以上管理節(jié)能工作的部門報送能源計算報告。

5.2應用場所

適用于公共建筑、集團公司、工業(yè)園區(qū)、大型物業(yè)、學校、醫(yī)院、企業(yè)等不同行業(yè)的能耗監(jiān)測與管理的系統(tǒng)設計、施工和運行維護。

5.3系統(tǒng)功能

5.3.1系統(tǒng)概況

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

5.3.2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。

5.3.3用能統(tǒng)計

對建筑、區(qū)域、分項、支路等結構按日、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)導出EXCEL，支持選擇建筑數(shù)據(jù)進行生成柱狀圖。

5.3.4復費率統(tǒng)計

復費率報表按日、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)導出到EXCEL。

5.3.5同比分析

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

5.3.6能源流向圖

能源流向圖展示單棟建筑指定時段內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。

5.3.7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，支持導出報表。

5.3.8設備管理

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

5.3.9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果，針對用電提供單獨的復費率用能分析，報告可編輯。

系統(tǒng)硬件配置

應用場景	型號	圖 片	保護功能
建筑能耗管理系統(tǒng)	Acrel-5000web		采用泛在物聯(lián)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動通訊、智能傳感等技術手段可為用戶提供能源數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計分析、能效分析、用能預警、設備管理等服務，平臺可以廣泛應用于多種領域。
智能網(wǎng)關	ANet-1E2S1		采用嵌入式硬件計算機平臺，具有多個下行通信接口及一個或者多個上行網(wǎng)絡接口，作為信息采集系統(tǒng)中采集終端與平臺系統(tǒng)間的橋梁，能夠根據(jù)不同的采集規(guī)約進行水表、氣表、電表、微機保護等設備終端的數(shù)據(jù)采集匯總，并使用相應的規(guī)約轉發(fā)現(xiàn)場設備的數(shù)據(jù)給平臺系統(tǒng)。
高壓重要回路或低壓進線柜	APM810		具有全電量測量，電能統(tǒng)計，電能質量分析及網(wǎng)絡通訊等功能，主要用于對電網(wǎng)供電質量的綜合監(jiān)控診斷及電能管理。該系列儀表采用了模塊化設計，當客戶需要增加開關量輸入輸出，模擬量輸入輸出，SD卡記錄，以太網(wǎng)通訊時，只需在背部插入對應模塊即可。
	APM520		三相全電量測量，2-63次諧波，不平衡度，支持付費率，越限告警，SOE,4-20mA輸出。
低壓聯(lián)絡柜、出線柜	AEM96		三相多功能電能表，均集成三相電力參數(shù)測量及電能計量及考核管理，提供上24時、上31日以及上12月的電能數(shù)據(jù)統(tǒng)計。具有63次分次諧波與總諧波含量檢測，帶有開關量輸入和繼電器輸出可實現(xiàn)“遙信”和“遙控”功能，并具備告警輸出，可廣泛應用于多種控制系統(tǒng)，SCADA系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)中。
動力柜	ACR120EL		測量所有的常用電力參數(shù)，如三相電流、電壓，有功、無功功率，電度，諧波等，并具備完善的通信聯(lián)網(wǎng)功能，非常適合于實時電力監(jiān)控系統(tǒng)。
	DTSD1352		DIN35mm導軌式安裝結構，體積小巧，能測量電能及其他電參量，可進行時鐘、費率時段等參數(shù)設置，精度高、可靠性好、性能指標符合國標GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和電力行業(yè)標準DL/T614-2007對電能表的各項技術要求，并且具有電能脈沖輸出功能；可用RS485通訊接口與上位機實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
	AEW100		三相全電量測量，剩余電流、2-63次諧波，支持付費率，量值、電纜溫度，可選2G/4G通訊。

照明箱	DTSD1352		DIN35mm導軌式安裝結構，體積小巧，能測量電能及其他電參量，可進行時鐘、費率時段等參數(shù)設置，精度高、可靠性好、性能指標符合國標GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和電力行業(yè)標準DL/T614-2007對電能表的各項技術要求，并且具有電能脈沖輸出功能；可用RS485通訊接口與上位機實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
	DDSD1352		DDSD1352單相電子式電能表主要用于計量低壓網(wǎng)絡的單相有功電能，同時可測量電壓、電流、功率等電量，具有紅外通訊功能，并可選配RS485通訊功能，方便用戶進行用電監(jiān)測、集抄和管理。可靈活安裝于配電箱內，實現(xiàn)對不同區(qū)域和不同負荷的分項電能計量，統(tǒng)計和分析。
	DDS1352		單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，正反向電能計量，紅外及RS485通訊，電流規(guī)格10（60）A，有功電能精度1級。無功精度2級，尺寸:1P
	ADW300/4G		計量低壓網(wǎng)絡的三相有功電能，具有RS485通訊和470MHz無線通訊功能，方便用戶進行用電監(jiān)測、集抄和管理。可靈活安裝于配電箱內，實現(xiàn)對不同區(qū)域和不同負荷的分項電能計量，統(tǒng)計和分析。
	ARCM300T-Z-4G		三相全電量測量，剩余電流、2-63次諧波，支持付費率，量值、電纜溫度，可選2G/4G通訊。
給水管道	水表		計量流經(jīng)給水管道用水的體積總量，適用于單向水流，采用電子直讀技術，通過RS485總線直接輸出表盤數(shù)據(jù)。

7.結語

隨著以計算機技術、通信技術、網(wǎng)絡技術為代表的現(xiàn)代信息技術的飛速發(fā)展，人類社會正從工業(yè)時代闊步邁向信息時代。校園管理要走出校園，掌握新技術，用分析和運用現(xiàn)代化管理手段進行校園能源管理，實現(xiàn)了對校園內各種能源消耗的控制，進而實現(xiàn)了能源的優(yōu)化調度和管理，為校園的管理、節(jié)能、降耗及提高校園文化水平發(fā)揮了重要的作用。

參考文獻

高等學校節(jié)約型校園建設管理與技術導則（試行）.

雍靜.供配電系統(tǒng)[M].機械工業(yè)出版社，2003.

周斌.能源信息管理系統(tǒng)的開發(fā)和應用[J].2004.

施美芬.校園能源監(jiān)管平臺解決方案

[5] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版．

審核編輯 黃宇