淺談基于智能網關的校園電能能耗監(jiān)測系統(tǒng)設計與應用
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：提出了全社會節(jié)能減排的戰(zhàn)略舉措，節(jié)約型校園的建設是實現(xiàn)這一舉措的重要內容。為了對校園能耗實行量化管理、實時監(jiān)測，需要建立一個完善的監(jiān)管體系校園節(jié)能監(jiān)管體系。而節(jié)能監(jiān)管體系的核心是能耗監(jiān)測平臺，本文介紹了一種基于智能網關的能耗監(jiān)測系統(tǒng)的建設方法，并給出了系統(tǒng)的具體建設實施方法，具有一定的理論價值和實際工程意義。
關鍵詞：節(jié)能校園；智能網關；能耗監(jiān)測
0引言
隨著近幾年來招生規(guī)模的擴大，能源開支占學校運營成本的比重也會越來越大。在學習和借鑒國內外理念、管理經驗及技術體系的基礎上，強化對學校的水、電等能耗進行精細化管理將會大幅度降低學校運營成本、建設綠色校園，落實節(jié)能減排工作任務指導學校基礎設施建設、能耗監(jiān)管平臺建設具有重要意義。因此建立高等院校能耗監(jiān)測與監(jiān)控管理平臺是非常有必要的。
1系統(tǒng)總體設計
節(jié)約型校園建筑能耗實時監(jiān)管平臺的建設以有線Internet網絡傳輸為主GPRS為輔的建筑能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)管理、信息發(fā)布系統(tǒng)。平臺采用485通訊與TPC/IP網絡相結合的建筑能耗統(tǒng)計技術。系統(tǒng)由命令接收/發(fā)送服務器、數(shù)據(jù)接收/發(fā)送服務器、數(shù)據(jù)處理服務器、信息展示服務器、防火墻、防病毒、文件存儲/數(shù)據(jù)備份服務器、監(jiān)控工作站、變送器、中繼器、前端傳感器、網絡轉換器、UPS電源、通訊電纜與建筑能耗實時監(jiān)測軟件等構成。系統(tǒng)能夠可靠、穩(wěn)定地實現(xiàn)建筑能耗數(shù)據(jù)的監(jiān)測和傳輸，并具有數(shù)據(jù)分析、處理和信息展示發(fā)布功能。能耗監(jiān)測平臺系統(tǒng)結構圖如圖1所示。
2能耗數(shù)據(jù)采集與傳輸
建筑能耗監(jiān)測的能耗數(shù)據(jù)采集采用自動采集方式，即通過自動采集方式將采集的建筑分項能耗數(shù)據(jù)和分類能耗數(shù)據(jù)由自動計量裝置實時采集，通過自動傳輸方式實時傳輸至項目的數(shù)據(jù)。見圖2能耗數(shù)據(jù)采集網關應用拓撲圖。
2.1數(shù)據(jù)網關設置
智能能源網關與能源管理信息系統(tǒng)主站系統(tǒng)、能源管理工作站和各種能源計量設備構成完整的能耗監(jiān)測與管理信息系統(tǒng)。智能能源網關負責主動與每一終端電表進行數(shù)據(jù)通信(抄表)并存儲數(shù)據(jù)網。定時或實時采集的數(shù)據(jù)可通過電話線(或GSM無線方式)中壓載波(RS232)485總線等形式直接傳回到管理部門的數(shù)據(jù)服務器中，并對這此數(shù)據(jù)分析處理。將結果以各種統(tǒng)計報表、圖示等形式報告給管理部門，能自動計算電費，生成報表。
2.2數(shù)據(jù)采集監(jiān)測點設置
包括照明插座用電、空調用電、動力用電和特殊用電。照明插座用電是指建筑物主要功能區(qū)域的照明、插座等室內設備用電的總稱。照明插座用電包括照明和插座用電、走廊和應急照明用電、室外景觀照明用電。照明和插座是指建筑物主要功能區(qū)域的照明燈具和從插座取電的室內設備。走廊和應急照明是指建筑物的公共區(qū)域燈具，如走廊等的公共照明設備。室外景觀照明是指建筑物外立面用于裝飾用的燈具及用于室外園林景觀照明的燈具。
空調用電是為建筑物提供空調、采暖服務的設備用電的統(tǒng)稱。空調用電包括冷熱站用電、空調末端用電，共2個子項。冷熱站是空調系統(tǒng)中制備、輸配冷量的設備總稱。空調末端是指可單獨測量的所有空調系統(tǒng)末端，包括全空氣機組、新風機組、空調區(qū)域的排風機組、風機盤管和分體式空調器等。
動力用電是集中提供各種動力服務(包括電梯、非空調區(qū)域通風、生活熱水、自來水加壓、排污等)的設備(不包括空調采暖系統(tǒng)設備)用電的統(tǒng)稱。動力用電包括電梯用電、水泵用電、通風機用電，特殊區(qū)域用電是指不屬于建筑物常規(guī)功能的用電設備的耗電量，特殊用電的特點是能耗密度高、占總電耗比重大的用電區(qū)域及設備。特殊用電包括信息、洗衣房廚房餐廳、游泳池、健身房或其它特殊用電。
3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)布線方式
在建筑能耗監(jiān)測中計量裝置和數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)之間采用了符合各相關行業(yè)智能儀表標準的各種有線或無線物理接口，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)具有兼容不同協(xié)議類型的計量裝置的能力。計量裝置和數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)之間采用主從結構的半雙工通信方式。從機在主機的請求命令下應答數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)是通信主機，計量裝置是通信從機。
在進行樓內布線時，考慮系統(tǒng)安裝成本，數(shù)據(jù)采集末端的變送器優(yōu)先采用電信號或RS485通信方式進行連接當連線距離小于50m時，采用屏敲線連接;當連線距離大于50m時，由于屏蔽線電流或電壓信號衰減較大，采用RS485通信方式進行I/0模塊的接，使有效傳輸距離達到1200m。當現(xiàn)場條件不滿足采用電信號或RS485通信方式條件時，采用無線方式進行連接。在項目布線中為保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的獨立性，能耗數(shù)據(jù)遠程傳輸系統(tǒng)均盡可能的不與建筑原有的自動控制系統(tǒng)發(fā)生信息互連和共享，即構造獨立布置能耗數(shù)據(jù)遠程傳輸系統(tǒng)。
4建筑能耗數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)
能耗數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和監(jiān)測建筑到數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)組成。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)負責對建筑內電能或其它能耗信息進行采集。它通過信道對其管轄的各類表計的信息進行采集、處理和存儲，并通過遠程信道與數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)。能耗數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)采集并緩存其管理區(qū)域內監(jiān)測建筑的能耗數(shù)據(jù)。完整轉發(fā)給上一級數(shù)據(jù)。計量裝置和數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)之間應采用符合各相關行業(yè)智能儀表標準的各種有線或無線物理接口，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)應具有兼容不同協(xié)議類型的計量裝置的能力。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)應使用專線方式接人傳輸網絡，并具有固定IP地址或者網絡城名。
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。
6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，電能質量分析及網絡通訊等功能，主要用于對電網供電質量的綜合監(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?？伸`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結束語
本論文介紹了節(jié)能監(jiān)管體系、能耗監(jiān)測平臺建設的實施過程.從總體上對監(jiān)測平臺系統(tǒng)構成進行介紹,并對數(shù)據(jù)的傳輸、采集點的設置等進行了具體分析。該系統(tǒng)不僅可以充分發(fā)揮能耗監(jiān)測平臺在節(jié)約型校園建設中的作用，還可擴展為其他建筑的能耗監(jiān)測平臺,具有一定的推廣價值。
參考文獻
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