探討關于能耗管理系統(tǒng)的設計與解決方案

摘要：闡述能耗管理平臺系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)中心、通信層、設備配置、系統(tǒng)軟件設計，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、基于GIS的能耗總攬、能耗分類統(tǒng)計分析、事件與告警信息管理、實時數(shù)據(jù)的存儲、歷史數(shù)據(jù)記錄、監(jiān)管平臺安全的功能。

關鍵詞：能耗管理，數(shù)據(jù)中心，能耗分類統(tǒng)計，事件與告警

0引言

能耗管理已經(jīng)成為商業(yè)綜合體各項管理過程中重要的措施之一，如何有效地對提供的能源進行監(jiān)控，進而對采集的能源數(shù)據(jù)進行分析，然后制定出管理部門所需的各級報表，從而在能源消耗以及管理上提出改進計劃已成為現(xiàn)階段各商業(yè)綜合體管理企業(yè)能源管理所面臨的主要問題。建立以數(shù)據(jù)為基礎的能耗監(jiān)管平臺，動態(tài)掌握企業(yè)的用能狀況，建立科學的能耗模型，為推進節(jié)約型企業(yè)建設、實現(xiàn)企業(yè)節(jié)能減耗目標已大勢所趨。本文以2020年底參建山東濟南齊魯之門A2A3商業(yè)綜合體項目為例，項目是由綠地集團投資，總建筑面積22.88萬m2，含商業(yè)、辦公寫字樓、酒店、公寓等形成的多業(yè)態(tài)的綜合體，項目通過采用能耗管理系統(tǒng)，在節(jié)能減排方面取得了較好的成效。

1能耗管理系統(tǒng)的特點

作為商業(yè)綜合體而言，能耗管理平臺建設的目標是實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)化、管理動態(tài)化、數(shù)據(jù)可視化、節(jié)能指標化。為建筑節(jié)能節(jié)水政策和適應的建筑節(jié)能、節(jié)水技術方案，提高建筑物的資源能源利用效率。根據(jù)平臺設計原則和目標，基于“集中管理，分布采集"的思想，系統(tǒng)構架基于企業(yè)智能化設備管理網(wǎng)絡，減少系統(tǒng)建設成本。以企業(yè)以太網(wǎng)為主要媒介，分部門、對企業(yè)主要用能建筑、用能設施實施動態(tài)監(jiān)測，構建可靠性強、效率高、共享度高的企業(yè)能耗數(shù)據(jù)庫，建立能耗監(jiān)測、統(tǒng)計平臺，為企業(yè)設施節(jié)能對策提供決策支撐。

2 能耗管理平臺的系統(tǒng)設計

能耗管理平臺設有數(shù)據(jù)中心，負責數(shù)據(jù)收集、整理、加工供節(jié)能監(jiān)管軟件使用；設有現(xiàn)場數(shù)據(jù)網(wǎng)關，負責數(shù)據(jù)采集并提供給數(shù)據(jù)中心；數(shù)據(jù)網(wǎng)關和數(shù)據(jù)中心的聯(lián)系依靠局域網(wǎng)完成。網(wǎng)絡結構見圖1。

圖1能耗管理平臺網(wǎng)絡結構圖

2.1 能耗管理平臺的數(shù)據(jù)中心

數(shù)據(jù)中心結構。商業(yè)綜合體的數(shù)據(jù)中心設在A座一樓，其主要設備包括：一臺工作站主機、預留有接口并可擴展維護工作站，一臺UPS備用電源、一臺智能化核心交換機和一臺打印機。工作站主機將商業(yè)綜合體內(nèi)所有的水、電的數(shù)據(jù)采集、進行數(shù)據(jù)加工，存入歷史數(shù)據(jù)庫建庫；工作站可作為管理人員的人機接口，供管理人員實時掌握能耗的動態(tài)信息，并且通過能耗管理平臺的各種能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析功能，使得管理人員能及時發(fā)現(xiàn)各種能耗的異常狀況，及時處理，減少能源消耗，達到節(jié)能監(jiān)管的目的。

能耗管理平臺通過一段時間對各類數(shù)據(jù)的采集，可以對本商業(yè)綜合體內(nèi)的水、電情況做出統(tǒng)計報表，通過對區(qū)域內(nèi)設備的橫向和縱向比對，可對建立本監(jiān)管區(qū)域內(nèi)各類型的單位能耗參考值，通過參考值可對本區(qū)域內(nèi)的能耗大戶進行有針對性的分析，從而為節(jié)能提供參考依據(jù)。同時將此參考值與其他建筑的能耗值做比對，也可實現(xiàn)同行業(yè)的比對，為今后的節(jié)能監(jiān)管提供依據(jù)。能耗管理平臺軟件具備系統(tǒng)設備組態(tài)、數(shù)據(jù)通信處理、人機界面監(jiān)控、遠程操作、各類事件報警、實時及歷史數(shù)據(jù)庫建庫及存儲功能。

2.1.1通信層結構

通信層由數(shù)據(jù)網(wǎng)關、以太網(wǎng)交換機組成；支持TCP/IP、現(xiàn)場總線、Profibus-DP、MODBUS、DNP、IEC870-5、IEC61850、DLT645-1997等國際國內(nèi)常見的設備規(guī)約，使商業(yè)綜合體內(nèi)的各種能源計量設備可以方便地直接接入系統(tǒng)。

監(jiān)管平臺使用商業(yè)綜合體內(nèi)智能化設備專網(wǎng)，供工作站主機、通信管理機（數(shù)據(jù)網(wǎng)關）等設備使用，確保能耗管理平臺的數(shù)據(jù)安全性。

2.1.2現(xiàn)場儀表層構成

商業(yè)綜合體的現(xiàn)場儀表層設備包括電能數(shù)據(jù)的計量儀表，建筑內(nèi)分項電能的計量儀表，各級水表等能耗計量設備。

2.2能耗管理平臺的通信層

商業(yè)綜合體現(xiàn)場各種計量裝置采用RS485總線通信，RS485總線采用屏蔽雙絞線，現(xiàn)場計量儀表與數(shù)據(jù)網(wǎng)關之間采用屏蔽雙絞線。屏蔽雙絞線內(nèi)部兩芯采用雙絞的方式，降低了RS485的傳輸損耗，再加上雙絞線外一層銅絲屏蔽網(wǎng)，減少了外界干擾方面，通信效果較好。數(shù)據(jù)網(wǎng)關至數(shù)據(jù)服務器通過TCP/IP的智能化專網(wǎng)連接，所有的數(shù)據(jù)網(wǎng)關以就近的原則接入智能化設備專網(wǎng)，采用網(wǎng)線直連的方式，所有數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳輸?shù)綌?shù)據(jù)服務器；工作站主機也通過網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)服務器相連。整個管理平臺由數(shù)據(jù)中心、通信管理層和現(xiàn)場儀表層構成。

2.3系統(tǒng)設備配置

數(shù)據(jù)中心主要硬件配置：監(jiān)控主站、UPS電源、打印機；系統(tǒng)軟件配置：系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫軟件、能耗管理平臺、其他工具軟件；通信及現(xiàn)場智能儀表設備配置：包括智能化專網(wǎng)交換機及數(shù)據(jù)網(wǎng)關，智能化專網(wǎng)交換機配置KIEN3016非網(wǎng)管形以太網(wǎng)交換機，能適應較復雜的工作環(huán)境，具有16個電口，可保證通信的穩(wěn)定可靠；數(shù)據(jù)網(wǎng)關，具有以下特點：采用ARM9平臺，嵌入式LINUX操作系統(tǒng)，性能穩(wěn)定可靠；支持RealCom/TTY驅動，兼容原有軟件系統(tǒng)；具有TCPServer、TCPClient和UDP等通用透明傳輸模式；支持串口服務器直接對聯(lián)模式和反向終端模式；可通過網(wǎng)頁瀏覽器或TELNET終端進行配置管理；提供1個10/100M自適應網(wǎng)口，并且支持MDI,MDI-X自適應功能每個串口帶有15KVESD浪涌保護，多種通信接口功能：2/4/8個可自由配置的串行接口。

2.4能耗管理平臺的系統(tǒng)軟件

能耗管理平臺系統(tǒng)軟件實現(xiàn)多任務，支持數(shù)據(jù)庫跨平臺連接，支持多種開放的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。能耗管理平臺包括以下軟件：操作系統(tǒng)：采用服務器專用操作系統(tǒng)軟件，包括操作系統(tǒng)生成包、編譯系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)和各種軟件維護、開發(fā)工具，操作系統(tǒng)具有良好的實時性能；防止數(shù)據(jù)文件丟失或破壞的功能；操作系統(tǒng)能有效地管理各種外部設備；數(shù)據(jù)庫軟件：數(shù)據(jù)庫的規(guī)模能容納全部系統(tǒng)并能夠處理以后擴建接入的自動化系統(tǒng)所需的全部數(shù)據(jù)，并適合所需的各種數(shù)據(jù)類型。其各種性能指標能滿足系統(tǒng)功能和性能的要求；其數(shù)據(jù)模型符合能耗監(jiān)控及負荷管理的要求，便于數(shù)據(jù)規(guī)模的不斷擴充和數(shù)據(jù)間形成的結構不斷更新。

3能耗管理平臺的實現(xiàn)

3.1能耗管理平臺的功能

3.1.1分層分布式系統(tǒng)

整個系統(tǒng)分數(shù)據(jù)中心、通信層和現(xiàn)場儀表層。系統(tǒng)結構簡潔明了，設備功能清晰明確。

強大的數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析功能：能耗管理平臺對各級建筑的數(shù)據(jù)進行分類整理和加工，按照單位面積、環(huán)境因素及人流密度等參數(shù)對數(shù)據(jù)進行加工，進行多種樣式的比對，如能耗排行榜，同期能耗柱狀圖比對。

3.1.2豐富的報表功能

能耗管理平臺對統(tǒng)計分析出的各種能耗比對數(shù)據(jù)可以以報表的形式提供給客戶，方便客戶對各種能耗數(shù)據(jù)進行再加工。

3.1.3便利的短信告警功能

當能耗管理平臺出現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)異常時，可通過移動或聯(lián)通的短信平臺對負責平臺運行的管理人員進行短信通知，使得異常情況能在較短時間得到處理。

3.2能耗管理平臺的應用

能耗管理平臺軟件主要運行在數(shù)據(jù)服務器和工作站主機上，其主要功能是對商業(yè)綜合體的能耗數(shù)據(jù)進行采集，整理，并進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析，實現(xiàn)對各個樓宇能耗的實時監(jiān)控，對單位時間內(nèi)的能耗做出統(tǒng)計，對出現(xiàn)的異常情況實時告警，完成商業(yè)綜合體的節(jié)能監(jiān)管。

3.2.1數(shù)據(jù)采集功能

能耗管理平臺對配電室的運行狀態(tài)和參數(shù)自動實時或定時進行采集，配電室配電過程輸入、輸出信號經(jīng)濾波，檢出事故、故障、狀態(tài)信號和模擬信號參數(shù)變化，實時地更新數(shù)據(jù)庫，為監(jiān)控系統(tǒng)提供運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)，并作必要的預處理。平臺對每個模擬量可設定上限、下限等閾值，對不同越限可選擇不同的報警方式（音響、畫面、打?。Ｄ芎墓芾砥脚_還可以以不同的形式（實時曲線、歷史曲線、高密度曲線、餅圖、棒型、報表）顯示模擬量，反映模擬量的變化趨勢，記錄出現(xiàn)大小值的時間。

3.2.2基于GIS的能耗總攬功能

能耗管理平臺采用流行的IE多文檔窗口界面，畫面可放大、縮小、打印。平臺屏幕顯示采用衛(wèi)星地圖，引入設備的GIS（地理位置）信息，在圖紙準確標注；平臺支持地圖的縮放、導航功能。通過鼠標懸浮，可實時顯示對應設備的實時數(shù)據(jù)、上一個單位時間的能耗值。平臺已紅色標記顯示當前能耗排行前幾位的樓宇，可提醒管理員注意觀察。平臺對能耗的排行可選擇不同的統(tǒng)計時段，如日/月/年，進行多種比對，便于發(fā)現(xiàn)其中異常。地圖信息可以在2D和3D之間隨意切換。

3.2.3總能耗跟蹤分析

平臺可對商業(yè)綜合體總能耗時進行跟蹤，可以清晰地看出企業(yè)能耗的趨勢圖，掌握企業(yè)能耗在時間上的分布特點，分析能耗跟環(huán)境參數(shù)的依賴關系。平臺支持對總能耗的柱狀圖顯示，便于觀察能耗的變化情況；支持已不同的時間跨度（日/月/年）對能耗統(tǒng)計顯示；支持數(shù)據(jù)查詢，可到每一天的數(shù)據(jù)查詢；總能耗柱狀圖支持與上一個統(tǒng)計時間做能耗比對，方便數(shù)據(jù)的縱向比較；平臺同畫面中推出環(huán)境參數(shù)已折線圖形式顯示，便于對同期的能耗變化進行分析比對。

3.2.4能耗分類統(tǒng)計分析

平臺對總能耗按照不同建筑物進行分類統(tǒng)計，排出當前統(tǒng)計時間內(nèi)的耗能建筑，并用柱狀圖顯示能耗數(shù)據(jù)。統(tǒng)計總功率可以和上一個統(tǒng)計周期的數(shù)據(jù)進行同期比對；平臺可實現(xiàn)當前、本月、本年的耗電和耗水部門排行榜，以柱狀圖顯示數(shù)據(jù)大小。

3.2.5事件、告警信息管理

平臺當檢測到數(shù)據(jù)網(wǎng)關、計量儀表等設備故障時，產(chǎn)生故障告警系統(tǒng)；平臺檢測到能耗的數(shù)據(jù)的異常時、超標時均可產(chǎn)生告警信息，需由操作人員進行報警確認。報警實時地顯示在屏幕上，存入歷史事項庫中，供管理人員查詢，并分類記錄。能耗管理平臺可通過短信等方式向管理人員發(fā)出告警信息。

3.2.6通信處理

平臺可接入支持SC-1801、CDT、DNP、MODBUS、IEC870-5-103、PROFIBUS、DH+、CC-Link等協(xié)議的RTU、PLC、智能儀表等子設備；也可以向支持SC-1801、CDT、DNP、MODBUS、IEC870-5-101、OPCSERVER等協(xié)議的區(qū)域數(shù)據(jù)中心發(fā)送數(shù)據(jù)。同時預留規(guī)約接口，使用戶方便擴充通信規(guī)約。能耗管理平臺可處理各種不同規(guī)約的信息，發(fā)送和接收遙測、遙信、系統(tǒng)對時，配置信息的請求、應答、報文，將實時數(shù)據(jù)按相同的數(shù)據(jù)格式存入實時數(shù)據(jù)庫，從而為系統(tǒng)其他模塊提供數(shù)據(jù)來源。

3.2.7 實時數(shù)據(jù)的存儲

實時數(shù)據(jù)庫是存于計算機內(nèi)存中的反映系統(tǒng)各數(shù)據(jù)點當前狀態(tài)或數(shù)值的數(shù)據(jù)庫。保存從各數(shù)據(jù)網(wǎng)關采集上來的實時數(shù)據(jù)其數(shù)據(jù)在每次系統(tǒng)掃描周期后被刷新一次。在實時數(shù)據(jù)庫中可以保存模擬量、計量量、設定點控制輸出等多種類型的點。實時數(shù)據(jù)需有后備，一旦當前實時數(shù)據(jù)庫被破壞，能及時恢復運行。

3.2.8 歷史數(shù)據(jù)記錄

周期性存貯到硬盤中的分時數(shù)據(jù)，對實時數(shù)據(jù)庫及其他應用數(shù)據(jù)庫中的每一個點可選定存儲周期實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)記錄，為報表、曲線的生成提供數(shù)據(jù)源。同時記錄事件順序記錄和異常事項記錄及設備運行檢修等，形成完整的歷史數(shù)據(jù)庫。歷史數(shù)據(jù)庫存儲具有定時存儲數(shù)據(jù)和在異常狀態(tài)下存儲歷史數(shù)據(jù)的功能，提供訪問歷史數(shù)據(jù)庫的接口并可隨時查詢和使用。

3.2.9 監(jiān)管平臺的安全

能耗監(jiān)管平臺各節(jié)點獨立,每節(jié)點的退出不影響系統(tǒng)的其他部分。數(shù)據(jù)庫的各節(jié)點均可獨立修改,系統(tǒng)其他部分可正常工作。前置機的數(shù)量和功能也可根據(jù)一次系統(tǒng)的擴充而隨之擴充。以上修改變動均不影響系統(tǒng)的正常工作和已保存的數(shù)據(jù)。

4 安科瑞建筑能耗分析系統(tǒng)

4.1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。

4.2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。

4.3系統(tǒng)功能

4.3.1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。

4.3.2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。

4.3.3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

4.3.4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。

4.3.5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。

4.3.6能源流向圖

能源流向圖展示單棟建筑時段內(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。

4.3.7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。

4.3.8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。

4.3.9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。

5系統(tǒng)硬件配置

6 結語

隨著現(xiàn)代社會的飛速發(fā)展，人們在物質(zhì)和文化需求方面日益增長，我們的衣、食、住、行也關系著社會能源的利用和消耗，大量能源的消耗使得環(huán)境污染越來越嚴重，節(jié)能降耗面臨壓力比較大。我們各行各業(yè)都要不斷增強能源節(jié)約意識和環(huán)境保護意識，進一步提高能源資源利用效率、節(jié)能降耗，相信在我們建筑行業(yè)，通過能耗管理系統(tǒng)可以為商業(yè)綜合體提供一定的節(jié)能降耗。

參考文獻

[1] 陳鑫.基于智慧能源的能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)創(chuàng)新應用[J].電信快報,2022(02):34-37.

[2] 黃小鳳.PMCS能耗綜合管理系統(tǒng)于智慧園區(qū)的應用解決方案[J].智能建筑電氣技術,2017, 11(04):68-73.

[3] 周斯蕓,于兵.節(jié)能智慧管理系統(tǒng)在區(qū)域建筑節(jié)能管理中的應用[J].智能建筑,2016(08):66-68.

[4] 林偉偉,吳文泰.面向云計算環(huán)境的能耗測量和管理方法[J].軟件學報,2016,27(04):1026-1041.

[5] 潘建民.能耗管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

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