探討關於能耗管理係統的設計與解決方案

摘要：闡述能耗管理平台係統中的數據中心、通信層、設備配置、係統軟件設計，實現數據采集、基於(yu) GIS的能耗總攬、能耗分類統計分析、事件與(yu) 告警信息管理、實時數據的存儲(chu) 、曆史數據記錄、監管平台安全的功能。

關(guan) 鍵詞：能耗管理，數據中心，能耗分類統計，事件與(yu) 告警

0引言

能耗管理已經成為(wei) 商業(ye) 綜合體(ti) 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控，進而對采集的能源數據進行分析，然後製定出管理部門所需的各級報表，從(cong) 而在能源消耗以及管理上提出改進計劃已成為(wei) 現階段各商業(ye) 綜合體(ti) 管理企業(ye) 能源管理所麵臨(lin) 的主要問題。建立以數據為(wei) 基礎的能耗監管平台，動態掌握企業(ye) 的用能狀況，建立科學的能耗模型，為(wei) 推進節約型企業(ye) 建設、實現企業(ye) 節能減耗目標已大勢所趨。本文以2020年底參建山東(dong) 濟南齊魯之門A2A3商業(ye) 綜合體(ti) 項目為(wei) 例，項目是由綠地集團投資，總建築麵積22.88萬(wan) m2，含商業(ye) 、辦公寫(xie) 字樓、酒店、公寓等形成的多業(ye) 態的綜合體(ti) ，項目通過采用能耗管理係統，在節能減排方麵取得了較好的成效。

1能耗管理係統的特點

作為(wei) 商業(ye) 綜合體(ti) 而言，能耗管理平台建設的目標是實現能耗數據化、管理動態化、數據可視化、節能指標化。為(wei) 建築節能節水政策和適應的建築節能、節水技術方案，提高建築物的資源能源利用效率。根據平台設計原則和目標，基於(yu) “集中管理，分布采集"的思想，係統構架基於(yu) 企業(ye) 智能化設備管理網絡，減少係統建設成本。以企業(ye) 以太網為(wei) 主要媒介，分部門、對企業(ye) 主要用能建築、用能設施實施動態監測，構建可靠性強、效率高、共享度高的企業(ye) 能耗數據庫，建立能耗監測、統計平台，為(wei) 企業(ye) 設施節能對策提供決(jue) 策支撐。

2 能耗管理平台的係統設計

能耗管理平台設有數據中心，負責數據收集、整理、加工供節能監管軟件使用；設有現場數據網關(guan) ，負責數據采集並提供給數據中心；數據網關(guan) 和數據中心的聯係依靠局域網完成。網絡結構見圖1。

圖1能耗管理平台網絡結構圖

2.1 能耗管理平台的數據中心

數據中心結構。商業(ye) 綜合體(ti) 的數據中心設在A座一樓，其主要設備包括：一台工作站主機、預留有接口並可擴展維護工作站，一台UPS備用電源、一台智能化核心交換機和一台打印機。工作站主機將商業(ye) 綜合體(ti) 內(nei) 所有的水、電的數據采集、進行數據加工，存入曆史數據庫建庫；工作站可作為(wei) 管理人員的人機接口，供管理人員實時掌握能耗的動態信息，並且通過能耗管理平台的各種能耗數據統計和分析功能，使得管理人員能及時發現各種能耗的異常狀況，及時處理，減少能源消耗，達到節能監管的目的。

能耗管理平台通過一段時間對各類數據的采集，可以對本商業(ye) 綜合體(ti) 內(nei) 的水、電情況做出統計報表，通過對區域內(nei) 設備的橫向和縱向比對，可對建立本監管區域內(nei) 各類型的單位能耗參考值，通過參考值可對本區域內(nei) 的能耗大戶進行有針對性的分析，從(cong) 而為(wei) 節能提供參考依據。同時將此參考值與(yu) 其他建築的能耗值做比對，也可實現同行業(ye) 的比對，為(wei) 今後的節能監管提供依據。能耗管理平台軟件具備係統設備組態、數據通信處理、人機界麵監控、遠程操作、各類事件報警、實時及曆史數據庫建庫及存儲(chu) 功能。

2.1.1通信層結構

通信層由數據網關(guan) 、以太網交換機組成；支持TCP/IP、現場總線、Profibus-DP、MODBUS、DNP、IEC870-5、IEC61850、DLT645-1997等國際國內(nei) 常見的設備規約，使商業(ye) 綜合體(ti) 內(nei) 的各種能源計量設備可以方便地直接接入係統。

監管平台使用商業(ye) 綜合體(ti) 內(nei) 智能化設備專(zhuan) 網，供工作站主機、通信管理機（數據網關(guan) ）等設備使用，確保能耗管理平台的數據安全性。

2.1.2現場儀(yi) 表層構成

商業(ye) 綜合體(ti) 的現場儀(yi) 表層設備包括電能數據的計量儀(yi) 表，建築內(nei) 分項電能的計量儀(yi) 表，各級水表等能耗計量設備。

2.2能耗管理平台的通信層

商業(ye) 綜合體(ti) 現場各種計量裝置采用RS485總線通信，RS485總線采用屏蔽雙絞線，現場計量儀(yi) 表與(yu) 數據網關(guan) 之間采用屏蔽雙絞線。屏蔽雙絞線內(nei) 部兩(liang) 芯采用雙絞的方式，降低了RS485的傳(chuan) 輸損耗，再加上雙絞線外一層銅絲(si) 屏蔽網，減少了外界幹擾方麵，通信效果較好。數據網關(guan) 至數據服務器通過TCP/IP的智能化專(zhuan) 網連接，所有的數據網關(guan) 以就近的原則接入智能化設備專(zhuan) 網，采用網線直連的方式，所有數據通過網絡傳(chuan) 輸到數據服務器；工作站主機也通過網絡與(yu) 數據服務器相連。整個(ge) 管理平台由數據中心、通信管理層和現場儀(yi) 表層構成。

2.3係統設備配置

數據中心主要硬件配置：監控主站、UPS電源、打印機；係統軟件配置：係統軟件、數據庫軟件、能耗管理平台、其他工具軟件；通信及現場智能儀(yi) 表設備配置：包括智能化專(zhuan) 網交換機及數據網關(guan) ，智能化專(zhuan) 網交換機配置KIEN3016非網管形以太網交換機，能適應較複雜的工作環境，具有16個(ge) 電口，可保證通信的穩定可靠；數據網關(guan) ，具有以下特點：采用ARM9平台，嵌入式LINUX操作係統，性能穩定可靠；支持RealCom/TTY驅動，兼容原有軟件係統；具有TCPServer、TCPClient和UDP等通用透明傳(chuan) 輸模式；支持串口服務器直接對聯模式和反向終端模式；可通過網頁瀏覽器或TELNET終端進行配置管理；提供1個(ge) 10/100M自適應網口，並且支持MDI,MDI-X自適應功能每個(ge) 串口帶有15KVESD浪湧保護，多種通信接口功能：2/4/8個(ge) 可自由配置的串行接口。

2.4能耗管理平台的係統軟件

能耗管理平台係統軟件實現多任務，支持數據庫跨平台連接，支持多種開放的數據庫管理係統。能耗管理平台包括以下軟件：操作係統：采用服務器專(zhuan) 用操作係統軟件，包括操作係統生成包、編譯係統、診斷係統和各種軟件維護、開發工具，操作係統具有良好的實時性能；防止數據文件丟(diu) 失或破壞的功能；操作係統能有效地管理各種外部設備；數據庫軟件：數據庫的規模能容納全部係統並能夠處理以後擴建接入的自動化係統所需的全部數據，並適合所需的各種數據類型。其各種性能指標能滿足係統功能和性能的要求；其數據模型符合能耗監控及負荷管理的要求，便於(yu) 數據規模的不斷擴充和數據間形成的結構不斷更新。

3能耗管理平台的實現

3.1能耗管理平台的功能

3.1.1分層分布式係統

整個(ge) 係統分數據中心、通信層和現場儀(yi) 表層。係統結構簡潔明了，設備功能清晰明確。

強大的數據統計、分析功能：能耗管理平台對各級建築的數據進行分類整理和加工，按照單位麵積、環境因素及人流密度等參數對數據進行加工，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(feng) 富的報表功能

能耗管理平台對統計分析出的各種能耗比對數據可以以報表的形式提供給客戶，方便客戶對各種能耗數據進行再加工。

3.1.3便利的短信告警功能

當能耗管理平台出現能耗數據異常時，可通過移動或聯通的短信平台對負責平台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能耗管理平台的應用

能耗管理平台軟件主要運行在數據服務器和工作站主機上，其主要功能是對商業(ye) 綜合體(ti) 的能耗數據進行采集，整理，並進行數據統計、分析，實現對各個(ge) 樓宇能耗的實時監控，對單位時間內(nei) 的能耗做出統計，對出現的異常情況實時告警，完成商業(ye) 綜合體(ti) 的節能監管。

3.2.1數據采集功能

能耗管理平台對配電室的運行狀態和參數自動實時或定時進行采集，配電室配電過程輸入、輸出信號經濾波，檢出事故、故障、狀態信號和模擬信號參數變化，實時地更新數據庫，為(wei) 監控係統提供運行狀態的數據，並作必要的預處理。平台對每個(ge) 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、畫麵、打印）。能耗管理平台還可以以不同的形式（實時曲線、曆史曲線、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，記錄出現大小值的時間。

3.2.2基於(yu) GIS的能耗總攬功能

能耗管理平台采用流行的IE多文檔窗口界麵，畫麵可放大、縮小、打印。平台屏幕顯示采用衛星地圖，引入設備的GIS（地理位置）信息，在圖紙準確標注；平台支持地圖的縮放、導航功能。通過鼠標懸浮，可實時顯示對應設備的實時數據、上一個(ge) 單位時間的能耗值。平台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。平台對能耗的排行可選擇不同的統計時段，如日/月/年，進行多種比對，便於(yu) 發現其中異常。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

平台可對商業(ye) 綜合體(ti) 總能耗時進行跟蹤，可以清晰地看出企業(ye) 能耗的趨勢圖，掌握企業(ye) 能耗在時間上的分布特點，分析能耗跟環境參數的依賴關(guan) 係。平台支持對總能耗的柱狀圖顯示，便於(yu) 觀察能耗的變化情況；支持已不同的時間跨度（日/月/年）對能耗統計顯示；支持數據查詢，可到每一天的數據查詢；總能耗柱狀圖支持與(yu) 上一個(ge) 統計時間做能耗比對，方便數據的縱向比較；平台同畫麵中推出環境參數已折線圖形式顯示，便於(yu) 對同期的能耗變化進行分析比對。

3.2.4能耗分類統計分析

平台對總能耗按照不同建築物進行分類統計，排出當前統計時間內(nei) 的耗能建築，並用柱狀圖顯示能耗數據。統計總功率可以和上一個(ge) 統計周期的數據進行同期比對；平台可實現當前、本月、本年的耗電和耗水部門排行榜，以柱狀圖顯示數據大小。

3.2.5事件、告警信息管理

平台當檢測到數據網關(guan) 、計量儀(yi) 表等設備故障時，產(chan) 生故障告警係統；平台檢測到能耗的數據的異常時、超標時均可產(chan) 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，存入曆史事項庫中，供管理人員查詢，並分類記錄。能耗管理平台可通過短信等方式向管理人員發出告警信息。

3.2.6通信處理

平台可接入支持SC-1801、CDT、DNP、MODBUS、IEC870-5-103、PROFIBUS、DH+、CC-Link等協議的RTU、PLC、智能儀(yi) 表等子設備；也可以向支持SC-1801、CDT、DNP、MODBUS、IEC870-5-101、OPCSERVER等協議的區域數據中心發送數據。同時預留規約接口，使用戶方便擴充通信規約。能耗管理平台可處理各種不同規約的信息，發送和接收遙測、遙信、係統對時，配置信息的請求、應答、報文，將實時數據按相同的數據格式存入實時數據庫，從(cong) 而為(wei) 係統其他模塊提供數據來源。

3.2.7 實時數據的存儲(chu)

實時數據庫是存於(yu) 計算機內(nei) 存中的反映係統各數據點當前狀態或數值的數據庫。保存從(cong) 各數據網關(guan) 采集上來的實時數據其數據在每次係統掃描周期後被刷新一次。在實時數據庫中可以保存模擬量、計量量、設定點控製輸出等多種類型的點。實時數據需有後備，一旦當前實時數據庫被破壞，能及時恢複運行。

3.2.8 曆史數據記錄

周期性存貯到硬盤中的分時數據，對實時數據庫及其他應用數據庫中的每一個(ge) 點可選定存儲(chu) 周期實現曆史數據記錄，為(wei) 報表、曲線的生成提供數據源。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，形成完整的曆史數據庫。曆史數據庫存儲(chu) 具有定時存儲(chu) 數據和在異常狀態下存儲(chu) 曆史數據的功能，提供訪問曆史數據庫的接口並可隨時查詢和使用。

3.2.9 監管平台的安全

能耗監管平台各節點獨立,每節點的退出不影響係統的其他部分。數據庫的各節點均可獨立修改,係統其他部分可正常工作。前置機的數量和功能也可根據一次係統的擴充而隨之擴充。以上修改變動均不影響係統的正常工作和已保存的數據。

4 安科瑞建築能耗分析係統

4.1概述

Acrel-5000web建築能耗分析係統是用戶端能源管理分析係統，在電能管理係統的基礎上增加了對水、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與(yu) 分析，通過對用戶端所有能耗進行細分和統計，以直觀的數據和圖表向管理人員或決(jue) 策層展示各類能源的使用消耗情況，便於(yu) 找出高耗能點或不合理的耗能習(xi) 慣，有效節約能源，為(wei) 用戶進一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。用戶可按照國家有關(guan) 規定實施能源計算，分析現狀，查找問題，挖掘節能潛力，提出切實可行的節能措施，並向縣級以上管理節能工作的部門報送能源計算報告。

4.2應用場所

適用於(yu) 公共建築、集團公司、工業(ye) 園區、大型物業(ye) 、學校、醫院、企業(ye) 等不同行業(ye) 的能耗監測與(yu) 管理的係統設計、施工和運行維護。

4.3係統功能

4.3.1係統概況

平台運行狀態，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

對建築、部門、區域、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、分時段能耗統計對比、總能耗同環比對比。

4.3.3用能統計

對建築、區域、分項、支路等結構按日、月、年報表的形式統計對分類能源用能進行統計，支持報表數據導出EXCEL，支持選擇建築數據進行生成

4.3.4複費率統計

複費率報表按日、月、年統計對單棟建築下不同支路的尖、峰、平、穀用電量及成本費用進行統計分析。支持數據導出到EXCEL。

4.3.5同比分析

對建築、分項、區域、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據同比分析。

4.3.6能源流向圖

能源流向圖展示單棟建築時段內(nei) 各類能源從(cong) 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(yu) 非工作時間用能統計對比，支持導出報表。

4.3.8設備管理

設備管理包括，設備類型、設備台賬、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築自動統計各能源的月使用的同環比趨勢，並提供簡單的能耗分析結果，針對用電提供單獨的複費率用能分析，報告可編輯。

5係統硬件配置

6 結語

隨著現代社會(hui) 的飛速發展，人們(men) 在物質和文化需求方麵日益增長，我們(men) 的衣、食、住、行也關(guan) 係著社會(hui) 能源的利用和消耗，大量能源的消耗使得環境汙染越來越嚴(yan) 重，節能降耗麵臨(lin) 壓力比較大。我們(men) 各行各業(ye) 都要不斷增強能源節約意識和環境保護意識，進一步提高能源資源利用效率、節能降耗，相信在我們(men) 建築行業(ye) ，通過能耗管理係統可以為(wei) 商業(ye) 綜合體(ti) 提供一定的節能降耗。安科瑞侯文莉