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淺談基于智能網(wǎng)關(guān)的校園電能能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用
任運(yùn)業(yè)
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：提出了全社會(huì)節(jié)能減排的戰(zhàn)略舉措，節(jié)約型校園的建設(shè)是實(shí)現(xiàn)這一舉措的重要內(nèi)容。為了對(duì)校園能耗實(shí)行量化管理、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，需要建立一個(gè)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(cè)平臺(tái)，本文介紹了一種基于智能網(wǎng)關(guān)的能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)方法，并給出了系統(tǒng)的具體建設(shè)實(shí)施方法，具有一定的理論價(jià)值和實(shí)際工程意義。
關(guān)鍵詞：節(jié)能校園；智能網(wǎng)關(guān)；能耗監(jiān)測(cè)
0引言
隨著近幾年來招生規(guī)模的擴(kuò)大，能源開支占學(xué)校運(yùn)營(yíng)成本的比重也會(huì)越來越大。在學(xué)習(xí)和借鑒國內(nèi)外理念、管理經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)體系的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化對(duì)學(xué)校的水、電等能耗進(jìn)行精細(xì)化管理將會(huì)大幅度降低學(xué)校運(yùn)營(yíng)成本、建設(shè)綠色校園，落實(shí)節(jié)能減排工作任務(wù)指導(dǎo)學(xué)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)、能耗監(jiān)管平臺(tái)建設(shè)具有重要意義。因此建立高等院校能耗監(jiān)測(cè)與監(jiān)控管理平臺(tái)是非常有必要的。
1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
節(jié)約型校園建筑能耗實(shí)時(shí)監(jiān)管平臺(tái)的建設(shè)以有線Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸為主GPRS為輔的建筑能耗監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)管理、信息發(fā)布系統(tǒng)。平臺(tái)采用485通訊與TPC/IP網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的建筑能耗統(tǒng)計(jì)技術(shù)。系統(tǒng)由命令接收/發(fā)送服務(wù)器、數(shù)據(jù)接收/發(fā)送服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、信息展示服務(wù)器、防火墻、防病毒、文件存儲(chǔ)/數(shù)據(jù)備份服務(wù)器、監(jiān)控工作站、變送器、中繼器、前端傳感器、網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器、UPS電源、通訊電纜與建筑能耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軟件等構(gòu)成。系統(tǒng)能夠可靠、穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)建筑能耗數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)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(cè)平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(cè)的能耗數(shù)據(jù)采集采用自動(dòng)采集方式，即通過自動(dòng)采集方式將采集的建筑分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)和分類能耗數(shù)據(jù)由自動(dòng)計(jì)量裝置實(shí)時(shí)采集，通過自動(dòng)傳輸方式實(shí)時(shí)傳輸至項(xiàng)目的數(shù)據(jù)。見圖2能耗數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)應(yīng)用拓?fù)鋱D。
2.1數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)設(shè)置
智能能源網(wǎng)關(guān)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(jì)量設(shè)備構(gòu)成完整的能耗監(jiān)測(cè)與管理信息系統(tǒng)。智能能源網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)主動(dòng)與每一終端電表進(jìn)行數(shù)據(jù)通信(抄表)并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)網(wǎng)。定時(shí)或?qū)崟r(shí)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(wù)器中，并對(duì)這此數(shù)據(jù)分析處理。將結(jié)果以各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表、圖示等形式報(bào)告給管理部門，能自動(dòng)計(jì)算電費(fèi)，生成報(bào)表。
2.2數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置
包括照明插座用電、空調(diào)用電、動(dòng)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(nèi)設(shè)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(yīng)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(nèi)設(shè)備。走廊和應(yīng)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(shè)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(diào)用電是為建筑物提供空調(diào)、采暖服務(wù)的設(shè)備用電的統(tǒng)稱。空調(diào)用電包括冷熱站用電、空調(diào)末端用電，共2個(gè)子項(xiàng)。冷熱站是空調(diào)系統(tǒng)中制備、輸配冷量的設(shè)備總稱?？照{(diào)末端是指可單獨(dú)測(cè)量的所有空調(diào)系統(tǒng)末端，包括全空氣機(jī)組、新風(fēng)機(jī)組、空調(diào)區(qū)域的排風(fēng)機(jī)組、風(fēng)機(jī)盤管和分體式空調(diào)器等。
動(dòng)力用電是集中提供各種動(dòng)力服務(wù)(包括電梯、非空調(diào)區(qū)域通風(fēng)、生活熱水、自來水加壓、排污等)的設(shè)備(不包括空調(diào)采暖系統(tǒng)設(shè)備)用電的統(tǒng)稱。動(dòng)力用電包括電梯用電、水泵用電、通風(fēng)機(jī)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(shè)備的耗電量，特殊用電的特點(diǎn)是能耗密度高、占總電耗比重大的用電區(qū)域及設(shè)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(cè)中計(jì)量裝置和數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)之間采用了符合各相關(guān)行業(yè)智能儀表標(biāo)準(zhǔn)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(jì)量裝置的能力。計(jì)量裝置和數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)之間采用主從結(jié)構(gòu)的半雙工通信方式。從機(jī)在主機(jī)的請(qǐng)求命令下應(yīng)答數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)是通信主機(jī)，計(jì)量裝置是通信從機(jī)。
在進(jìn)行樓內(nèi)布線時(shí)，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(hào)或RS485通信方式進(jìn)行連接當(dāng)連線距離小于50m時(shí)，采用屏敲線連接;當(dāng)連線距離大于50m時(shí)，由于屏蔽線電流或電壓信號(hào)衰減較大，采用RS485通信方式進(jìn)行I/0模塊的接，使有效傳輸距離達(dá)到1200m。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)條件不滿足采用電信號(hào)或RS485通信方式條件時(shí)，采用無線方式進(jìn)行連接。在項(xiàng)目布線中為保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的獨(dú)立性，能耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)均盡可能的不與建筑原有的自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)生信息互連和共享，即構(gòu)造獨(dú)立布置能耗數(shù)據(jù)遠(yuǎn)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(cè)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(fù)責(zé)對(duì)建筑內(nèi)電能或其它能耗信息進(jìn)行采集。它通過信道對(duì)其管轄的各類表計(jì)的信息進(jìn)行采集、處理和存儲(chǔ)，并通過遠(yuǎn)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(nèi)監(jiān)測(cè)建筑的能耗數(shù)據(jù)。完整轉(zhuǎn)發(fā)給上一級(jí)數(shù)據(jù)。計(jì)量裝置和數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)之間應(yīng)采用符合各相關(guān)行業(yè)智能儀表標(biāo)準(zhǔn)的各種有線或無線物理接口，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)應(yīng)具有兼容不同協(xié)議類型的計(jì)量裝置的能力。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)應(yīng)使用專線方式接人傳輸網(wǎng)絡(luò)，并具有固定IP地址或者網(wǎng)絡(luò)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(chǔ)上增加了對(duì)水、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與分析，通過對(duì)用戶端所有能耗進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計(jì)，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(diǎn)或不合理的耗能習(xí)慣，有效節(jié)約能源，為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級(jí)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。用戶可按照有關(guān)規(guī)定實(shí)施能源計(jì)算，分析現(xiàn)狀，查找問題，挖掘節(jié)能潛力，提出切實(shí)可行的節(jié)能措施，并向縣級(jí)以上管理節(jié)能工作的部門報(bào)送能源計(jì)算報(bào)告。
5.2應(yīng)用場(chǎng)所
適用于公共建筑、集團(tuán)公司、工業(yè)園區(qū)、大型物業(yè)、學(xué)校、醫(yī)院、企業(yè)等不同行業(yè)的能耗監(jiān)測(cè)與管理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)。
5.3系統(tǒng)功能
5.3.1系統(tǒng)概況
平臺(tái)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)月能耗折算、地圖導(dǎo)航，各能耗逐時(shí)、逐月曲線，當(dāng)日，當(dāng)月能耗同比分析滾動(dòng)顯示。
5.3.2用能概況
對(duì)建筑、部門、區(qū)域、支路、分類分項(xiàng)等用能進(jìn)行對(duì)比，支持當(dāng)日逐時(shí)趨勢(shì)、當(dāng)月逐日趨勢(shì)曲線、分時(shí)段能耗統(tǒng)計(jì)對(duì)比、總能耗同環(huán)比對(duì)比。
5.3.3用能統(tǒng)計(jì)
對(duì)建筑、區(qū)域、分項(xiàng)、支路等結(jié)構(gòu)按日、月、年報(bào)表的形式統(tǒng)計(jì)對(duì)分類能源用能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，支持報(bào)表數(shù)據(jù)導(dǎo)出EXCEL，支持選擇建筑數(shù)據(jù)進(jìn)行生成柱狀圖。
5.3.4復(fù)費(fèi)率統(tǒng)計(jì)
復(fù)費(fèi)率報(bào)表按日、月、年統(tǒng)計(jì)對(duì)單棟建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用電量及成本費(fèi)用進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)出到EXCEL。
5.3.5同比分析
對(duì)建筑、分項(xiàng)、區(qū)域、支路等用能按日、月、年以圖形和報(bào)表結(jié)合的方式進(jìn)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ding時(shí)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(biāo)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(duì)選擇支路分類能源在指ding時(shí)段工作時(shí)間與非工作時(shí)間用能統(tǒng)計(jì)對(duì)比，支持導(dǎo)出報(bào)表。
5.3.8設(shè)備管理
設(shè)備管理包括，設(shè)備類型、設(shè)備臺(tái)賬、維保記錄等功能。輔助用戶合理管理設(shè)備，確保設(shè)備的運(yùn)行。
5.3.9用戶報(bào)告
用戶報(bào)告針對(duì)選定的建筑自動(dòng)統(tǒng)計(jì)各能源的月使用的同環(huán)比趨勢(shì)，并提供簡(jiǎn)單的能耗分析結(jié)果，針對(duì)用電提供單獨(dú)的復(fù)費(fèi)率用能分析，報(bào)告可編輯。
6系統(tǒng)硬件配置
| 應(yīng)用場(chǎng)景 | 型號(hào) | 圖 片 | 保護(hù)功能 |
| 建筑能耗管理系統(tǒng) | Acrel-5000web |
| 采用泛在物聯(lián)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)通訊、智能傳感等技術(shù)手段可為用戶提供能源數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)分析、能效分析、用能預(yù)警、設(shè)備管理等服務(wù)，平臺(tái)可以廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域。 |
| 智能網(wǎng)關(guān) | ANet-1E2S1 |
| 采用嵌入式硬件計(jì)算機(jī)平臺(tái)，具有多個(gè)下行通信接口及一個(gè)或者多個(gè)上行網(wǎng)絡(luò)接口，作為信息采集系統(tǒng)中采集終端與平臺(tái)系統(tǒng)間的橋梁，能夠根據(jù)不同的采集規(guī)約進(jìn)行水表、氣表、電表、微機(jī)保護(hù)等設(shè)備終端的數(shù)據(jù)采集匯總，并使用相應(yīng)的規(guī)約轉(zhuǎn)發(fā)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)給平臺(tái)系統(tǒng)。 |
| 高壓重要回路或低壓進(jìn)線柜 | APM810 |
| 具有全電量測(cè)量，電能統(tǒng)計(jì)，電能質(zhì)量分析及網(wǎng)絡(luò)通訊等功能，主要用于對(duì)電網(wǎng)供電質(zhì)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(shè)計(jì)，當(dāng)客戶需要增加開關(guān)量輸入輸出，模擬量輸入輸出，SD卡記錄，以太網(wǎng)通訊時(shí)，只需在背部插入對(duì)應(yīng)模塊即可。 |
| APM520 |
| 三相全電量測(cè)量，2-63次諧波，不平衡度，支持付費(fèi)率，越限告警，SOE，4-20mA輸出。 | |
| 低壓聯(lián)絡(luò)柜、出線柜 | AEM96 |
| 三相多功能電能表，均集成三相電力參數(shù)測(cè)量及電能計(jì)量及考核管理，提供上24時(shí)、上31日以及上12月的電能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。具有63次分次諧波與總諧波含量檢測(cè)，帶有開關(guān)量輸入和繼電器輸出可實(shí)現(xiàn)“遙信”和“遙控”功能，并具備告警輸出，可廣泛應(yīng)用于多種控制系統(tǒng)，SCADA系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)中。 |
| 動(dòng)力柜 | ACR120EL |
| 測(cè)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(shí)時(shí)電力監(jiān)控系統(tǒng)。 |
| DTSD1352 |
| DIN35mm導(dǎo)軌式安裝結(jié)構(gòu)，體積小巧，能測(cè)量電能及其他電參量，可進(jìn)行時(shí)鐘、費(fèi)率時(shí)段等參數(shù)設(shè)置，精度高、可靠性好、性能指標(biāo)符合國標(biāo)GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T614-2007對(duì)電能表的各項(xiàng)技術(shù)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(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。 | |
| AEW100 |
| 三相全電量測(cè)量，剩余電流、2-63次諧波，支持付費(fèi)率，量值、電纜溫度，可選2G/4G通訊。 |
| 照明箱 | DTSD1352 |
| DIN35mm導(dǎo)軌式安裝結(jié)構(gòu)，體積小巧，能測(cè)量電能及其他電參量，可進(jìn)行時(shí)鐘、費(fèi)率時(shí)段等參數(shù)設(shè)置，精度高、可靠性好、性能指標(biāo)符合國標(biāo)GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T614-2007對(duì)電能表的各項(xiàng)技術(shù)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(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。 |
| DDSD1352 |
| DDSD1352單相電子式電能表主要用于計(jì)量低壓網(wǎng)絡(luò)的單相有功電能，同時(shí)可測(cè)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(jìn)行用電監(jiān)測(cè)、集抄和管理?？伸`活安裝于配電箱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同區(qū)域和不同負(fù)荷的分項(xiàng)電能計(jì)量，統(tǒng)計(jì)和分析。 | |
| DDS1352 |
| 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測(cè)量，正反向電能計(jì)量，紅外及RS485通訊，電流規(guī)格10（60）A，有功電能精度1級(jí)。無功精度2級(jí)，尺寸:1P | |
| ADW300/4G |
| 計(jì)量低壓網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行用電監(jiān)測(cè)、集抄和管理?？伸`活安裝于配電箱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同區(qū)域和不同負(fù)荷的分項(xiàng)電能計(jì)量，統(tǒng)計(jì)和分析。 | |
| ARCM300T-Z-4G |
| 三相全電量測(cè)量，剩余電流、2-63次諧波，支持付費(fèi)率，量值、電纜溫度，可選2G/4G通訊。 | |
| 給水管道 | 水表 |
| 計(jì)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(shù)，通過RS485總線直接輸出表盤數(shù)據(jù)。 |
7結(jié)束語
本論文介紹了節(jié)能監(jiān)管體系、能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)建設(shè)的實(shí)施過程.從總體上對(duì)監(jiān)測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)構(gòu)成進(jìn)行介紹,并對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸、采集點(diǎn)的設(shè)置等進(jìn)行了具體分析。該系統(tǒng)不僅可以充分發(fā)揮能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)在節(jié)約型校園建設(shè)中的作用，還可擴(kuò)展為其他建筑的能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái),具有一定的推廣價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
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[7]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版.
作者介紹
任運(yùn)業(yè)，安科瑞電氣股份有限公司。
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