淮亞利
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注的焦點,高等學校做為一個特定的環(huán)境,近年來辦學規(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)絡系統(tǒng)對能源進行監(jiān)測、控制和降低消耗的目標。
關鍵詞:能源;管理平臺;數(shù)據(jù)采集分析;網(wǎng)絡
0 引言
進入新世紀以來,能源與發(fā)展的矛盾成為當今世界關注的焦點。我國能源相對匱乏,更需要合理利用資源,并將其作為經(jīng)濟和社會發(fā)展的一項長遠戰(zhàn)略方針。近年來國內外的研究機構和企業(yè)均對能源管理系統(tǒng)的研制給予較大的投入,如德國西門子公司開發(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)平臺可以提供的能源管理功能。亞洲的日本、韓國等國家對能源使用的監(jiān)控也大都實現(xiàn)了系統(tǒng)化管理。
由于國外高等學校的發(fā)展歷史較長,社會化程度高,在能源的管理和控制上已納入了社區(qū)系統(tǒng)管理。我國的高等學校由于行政隸屬的關系,在能源的使用上仍然要在高等學校內部進行掌控,加之部分設施設備使用年久,而高等學校節(jié)能管理方面,業(yè)務技術水平參差不齊,資金投入有限,無法實現(xiàn)的節(jié)能改造,能耗監(jiān)控和管理。同時隨著我國高等學校辦學規(guī)模、校園面積、師生數(shù)量的急劇增長,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,是高等學校節(jié)能降耗所面臨的一個重要問題。國外的能源管理系統(tǒng)對于我國高校的能源管理來說,并不*相適應,在管理體系上也與我國的大環(huán)境有所區(qū)別,因此我國高等學校要建立適應國內體制的能源降耗管理平臺。目前國內高等學校在新校區(qū)的建設和老校區(qū)的改造中,逐步引入了建筑自動化管理系統(tǒng)(BAS)和物業(yè)管理系統(tǒng)(FMS),并通過這些系統(tǒng)來進行建筑能耗的管理。鑒于此,本文構建了基于Internet/局域網(wǎng)/無線( GPRSZ、ZigBee)等通信網(wǎng)絡與校園網(wǎng)絡相結合的校園能源管理平臺,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享、能源監(jiān)測、在線控制等功能。
1 高等學校能源管理平臺的構建
校園能源管理平臺的構建旨在通過校園網(wǎng)絡實現(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)調處理能耗用戶、設施設備之間的關系,改善優(yōu)化能源環(huán)境。平臺主要由三個部分構建而成:使用電力線載波智能化網(wǎng)絡電表或射頻卡水表等表具的終端,基于IP技術和電力載波技術的數(shù)據(jù)集中器或遠程抄表技術,能源管理平臺系統(tǒng)軟件。
1.1 數(shù)據(jù)采集終端
高等學校的能耗設施設備以往所裝置的終端表具大多是傳統(tǒng)的電子式或機械式計量表,由于其機械齒輪易于磨損,容易造成數(shù)據(jù)不準,而且表具體積大而笨重,如電表本身也會產生較大功耗。目前由于技術的更新?lián)Q代,終端表具的技術含量也大幅提升,采用單項電力線載波的LED電能表和CPU射頻卡表具等得到廣泛應用。這些終端的使用,延長了表具的壽命,而且故障率低,實現(xiàn)遠程抄表和收費控制,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,同時可以記錄多個用電參數(shù),包括供電質量、故障預警、異常報告等。
1.2 數(shù)據(jù)集中及遠程抄表技術
以用電數(shù)據(jù)遠程集抄為例,利用電力線載波傳遞電表的數(shù)據(jù),實現(xiàn)遠程集中抄表和收費控制。通過具有擴頻載波通信技術的強抗干擾電力線,可以將校園用電設施設備的用電量遠程集中。電力線遠程傳輸技術實現(xiàn)了智能設備的即插即用,數(shù)據(jù)集中器根據(jù)用戶的設定來采集和儲存來自電表的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)集中器通過連接到TCP/IP的廣域網(wǎng)絡來實現(xiàn)遠程通信,可以將控制命令和數(shù)據(jù)文件下載到相關設備中,并控制一組電表或一個電表。數(shù)據(jù)集中器除了可以采集數(shù)據(jù)外,還可以增加控制過程,如安全檢測和遠程控制能力,在系統(tǒng)運行中監(jiān)測電表和線路的運行故障,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)象的產生。同時,可進行遠程控制線路的切換和中繼調整。
建立與能源管理平臺軟件的連接,通過軟件驅動的方式,實現(xiàn)對不同能耗設施設備及各種子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成,基于標準的Microsoft 架構和成熟的網(wǎng)絡服務(SQL Server等)以及通信協(xié)議(TCP/IP、HTTP、FTP等)與能源管理平臺互聯(lián)。能源數(shù)據(jù)可以利用校園網(wǎng)在不同的子系統(tǒng)或設施設備中采集而得,使用軟件協(xié)議無縫鏈接,實現(xiàn)遠程自動化采集。
1.3 能源管理系統(tǒng)應用軟件
能源管理平臺是基于現(xiàn)代電子與信息技術,應用遠程網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)對能源的使用進行監(jiān)控,利用智能卡、電子采集器等技術對能源的使用進行有效控制的智能管理平臺,平臺的建立可以利用學校的校園網(wǎng)絡,并基于現(xiàn)有的BAS、FMS或其它系統(tǒng)運行。在技術和設備上可以使用當前較為成熟的網(wǎng)絡連接模式和電子設備,以保證整個系統(tǒng)平臺的穩(wěn)定、可靠,同時兼顧可擴展性和易維護性原則。整個系統(tǒng)以開放式架構,執(zhí)行相關的標準或工業(yè)標準,以保證各供應商產品的協(xié)同運行,考慮投資者的長遠利益。
系統(tǒng)軟件可以做成以web-service為接口的、多功能開放軟件,能夠用來管理、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)絡系統(tǒng)相兼容,可以匯總和報告網(wǎng)絡用能突發(fā)事件,允許遠程配置能源表具和數(shù)據(jù)集中器,調整計費率。允許系統(tǒng)遠程控制表具的開關,適應不同大小規(guī)模的系統(tǒng)運行,維系從表具、采集器到服務器乃至整個系統(tǒng)的時鐘。
系統(tǒng)軟件還可以集成多應用模塊組合,包括數(shù)據(jù)采集與轉換模塊、數(shù)據(jù)分析與匯總模塊、安全運行模塊、緊急事務處理模塊、數(shù)據(jù)庫與能源應對策略模塊等,系統(tǒng)平臺以視窗界面呈現(xiàn),實現(xiàn)有效的能源策略分析。在上述模塊中通過運行流程及時確認能源使用異常狀況,提供修正措施,使能源的利用大效益化,避免造成整個能源網(wǎng)內的故障。
2 高等學校能源管理平臺的功能實現(xiàn)
校園能源管理平臺,是通過對校園能源消耗數(shù)據(jù)的自動采集,進行集中統(tǒng)計和數(shù)據(jù)綜合分析,實現(xiàn)校園內能耗數(shù)據(jù)的共享、交換、檢測、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),近年來部分高等學校在新建校區(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,實現(xiàn)能源使用的監(jiān)測、控制和管理是*可行的。借助校園網(wǎng)絡以及BAS與FMS 系統(tǒng),該平臺可以根據(jù)能源使用設施和設備的用能情況進行監(jiān)視,設置模擬屏,對各耗能單元進行全局監(jiān)控。如整個系統(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,便于管理人員及時發(fā)現(xiàn)和處理異常情況。
平臺在運轉中可以實現(xiàn)如下功能:
2.1 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施設備納入網(wǎng)絡系統(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。
2.2 用能監(jiān)控功能
能源管理平臺可以實時對能源的使用進行監(jiān)控、故障示警、異常報告。平臺做為整個校區(qū)能耗的控制中心,也同時承擔著日常能源供給的調配,保證校園教學、科研和生活的正常用能,并在突發(fā)事件期間實施能源應急調度預案,以保證能源供應的安全穩(wěn)定。能源消費低碳化。結合低碳化校園的建設需求,對校園高能耗建筑開展有針對性的節(jié)能改造,因地制宜地開展水、低品位熱力等資源循環(huán)或梯次利用建設。
平臺的監(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、各用戶能耗的遠程監(jiān)控、動力介質的發(fā)生量和介入量、異常監(jiān)控報警等。
2.3 賬務管理功能
對用戶應用權限、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)對用戶應繳費用的收納和支付。
2.4 數(shù)據(jù)匯總和分析功能
管理平臺對采集的能源實時數(shù)據(jù),通過網(wǎng)絡傳輸?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。管理平臺還可以按時間分布、數(shù)值類型、建筑分類等對歷史數(shù)據(jù)進行監(jiān)控和管理。對于匯總的計量與統(tǒng)計數(shù)據(jù),在平臺對采集的原始數(shù)據(jù)進行核查后,可以按的時間、要求輸出系統(tǒng)報表。
3 安科瑞能耗在線監(jiān)控系統(tǒng)
3.1系統(tǒng)架構介紹
Acrel-5000建筑能耗分析管理系統(tǒng)以計算機、通訊設備、測控單元為基本工具,根據(jù)現(xiàn)場實際情況采用現(xiàn)場總線、光纖環(huán)網(wǎng)或無線通訊中的一種或多種結合的組網(wǎng)方式,為大型公共建筑的實時數(shù)據(jù)采集及遠程管理與控制提供了基礎平臺,它可以和檢測設備構成任意復雜的監(jiān)控系統(tǒng)。開放性、網(wǎng)絡化、單元化、組態(tài)化的采用面向對象的分層、分級、分布式智能一體建立如下層次結構:
圖 1 安科瑞Acrel-5000能耗在線監(jiān)控系統(tǒng)架構示意圖
3.2 系統(tǒng)功能介紹
圖2 安科瑞Acrel-5000能耗在線監(jiān)控系統(tǒng)用能統(tǒng)計示意圖
3.2.1支路用能
系統(tǒng)可以統(tǒng)計各支路某段時間內逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能。系統(tǒng)可查看各支路用能趨勢,可根據(jù)已有的日期或者自定義時間進行查詢,并可以將支路用能顯示合計,以圖表形式顯示。
3.2.2分項能耗統(tǒng)計
系統(tǒng)可以按照分項進行能耗統(tǒng)計與顯示。其中,日分項用能同比分析圖顯示不同分項的當日與昨日能耗柱狀圖;用能餅圖顯示各分項過去31天的用能占比;堆積圖顯示各分項過去31天的能耗趨勢;分項用能圖顯示被選中分項對應能耗值*位的支路。
3.2.3分項用能報表
系統(tǒng)可以統(tǒng)計各分項某段時間內逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能??刹榭捶猪椫懈髦酚媚苴厔荩筛鶕?jù)已有的日期或者自定義時間進行查詢,統(tǒng)計數(shù)據(jù)可導出至Excel。
3.2.4能耗的同比環(huán)比分析
系統(tǒng)可將各主要耗能設備的能耗與去年同期值和上月值進行同比環(huán)比分析,檢驗節(jié)能效果,根據(jù)分析結果執(zhí)行節(jié)能績效考核,以及節(jié)能目標的修正。統(tǒng)計各支路當年每月用能及去年同期用能。
3.2.5用能數(shù)據(jù)檢查
系統(tǒng)可以統(tǒng)計某段時間內各回路與下級支路的用能差值,超過一定百分比后醒目顯示,確保計量體系的完整性、準確性。
3.3系統(tǒng)設備選型
表1 安科瑞Acrel-5000能耗在線監(jiān)控系統(tǒng)設備選型示意圖
4 結束語
我國能源短缺的現(xiàn)狀,今后仍將是制約國民經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸。網(wǎng)絡化能源管理平臺的建立,符合我國能源發(fā)展的長遠戰(zhàn)略。本文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建模式,該平臺的建立可以迅速提升能源管理的技術層次,提高管理人員和能源使用者的節(jié)能意識,高效率的降低能耗。在實際應用中可以通過對現(xiàn)有管理系統(tǒng)的擴展,依賴互聯(lián)網(wǎng)絡(校園網(wǎng)),實現(xiàn)能源的高水平管理和使用。這一平臺的實現(xiàn),可以有效的節(jié)約能源,降低高校的運行成本,對社會的發(fā)展起到作用。
【參考文獻】
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