高等學(xué)校能源管理系統平臺的研究

關(guān)鍵詞：能源;管理平臺;數據采集分析;網(wǎng)絡(luò )

 

??進(jìn)入新世紀以來(lái)，能源與發(fā)展的矛盾成為當今世界關(guān)注的焦點(diǎn)。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(huì )發(fā)展的一項長(cháng)遠戰略方針。近年來(lái)國內外的研究機構和企業(yè)均對能源管理系統的研制給予較大的投入，如德國西門(mén)子公司開(kāi)發(fā)的Simaris管理軟件，在大型商業(yè)區和社區中得到廣泛使用，該系統平臺可以提供能源管理功能。亞洲的日本、韓國等國家對能源使用的監控也大都實(shí)現了系統化管理。由于國外高等學(xué)校的發(fā)展歷史較長(cháng)，社會(huì )化程度高，在能源的管理和控制上已納入了社區系統管理。我國的高等學(xué)校由于行政隸屬的關(guān)系，在能源的使用上仍然要在高等學(xué)校內部進(jìn)行掌控，加之部分設施設備使用年久，而高等學(xué)校節能管理方面，業(yè)務(wù)技術(shù)水平參差不齊，資金投入有限，無(wú)法實(shí)現節能改造，能耗監控和管理。同時(shí)隨著(zhù)我國高等學(xué)校辦學(xué)規模、校園面積、師生數量的急劇增長(cháng)，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(cháng)，是高等學(xué)校節能降耗所面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。國外的能源管理系統對于我國高校的能源管理來(lái)說(shuō)，并不相適應，在管理體系上也與我國的大環(huán)境有所區別，因此我國高等學(xué)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(xué)校在新校區的建設和老校區的改造中，逐步引入了建筑自動(dòng)化管理系統(BAS)和物業(yè)管理系統(FMS)，并通過(guò)這些系統來(lái)進(jìn)行建筑能耗的管理。鑒于此，本文構建了基于Internet/局域網(wǎng)/無(wú)線(xiàn)(GPRSZ、ZigBee)等通信網(wǎng)絡(luò )與校園網(wǎng)絡(luò )相結合的校園能源管理平臺，實(shí)現了數據共享、能源監測、在線(xiàn)控制等功能。

 

??校園能源管理平臺的構建旨在通過(guò)校園網(wǎng)絡(luò )實(shí)現校園能耗的管理和監控，進(jìn)行數據交換和共享，協(xié)調處理能耗用戶(hù)、設施設備之間的關(guān)系，改善優(yōu)化能源環(huán)境。平臺主要由三個(gè)部分構建而成:使用電力線(xiàn)載波智能化網(wǎng)絡(luò )電表或射頻卡水表等表具的終端，基于IP技術(shù)和電力載波技術(shù)的數據集中器或遠程抄表技術(shù)，能源管理平臺系統軟件。

1.數據采集終端

??高等學(xué)校的能耗設施設備以往所裝置的終端表具大多是傳統的電子式或機械式計量表，由于其機械齒輪易于磨損，容易造成數據不準，而且表具體積大而笨重，如電表本身也會(huì )產(chǎn)生較大功耗。目前由于技術(shù)的更新?lián)Q代，終端表具的技術(shù)含量也大幅提升，采用單項電力線(xiàn)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(cháng)了表具的壽命，而且故障率極低，實(shí)現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(xiàn)載波采集器的電表，可以輕松做到雙向電力線(xiàn)通信，同時(shí)可以記錄多個(gè)用電參數，包括供電質(zhì)量、故障預警、異常報告等。

2.數據集中及遠程抄表技術(shù)

??以用電數據遠程集抄為例，利用電力線(xiàn)載波傳遞電表的數據，實(shí)現遠程集中抄表和收費控制。通過(guò)具有擴頻載波通信技術(shù)的強抗干擾電力線(xiàn)，可以將校園用電設施設備的用電量遠程集中。電力線(xiàn)遠程傳輸技術(shù)實(shí)現了智能設備的即插即用，數據集中器根據用戶(hù)的設定來(lái)采集和儲存來(lái)自電表的數據，數據集中器通過(guò)連接到TCP/IP的廣域網(wǎng)絡(luò )來(lái)實(shí)現遠程通信，可以將控制命令和數據文件下載到相關(guān)設備中，并控制一組電表或一個(gè)電表。數據集中器除了可以采集數據外，還可以增加控制過(guò)程，如安全檢測和遠程控制能力，在系統運行中監測電表和線(xiàn)路的運行故障，以及任何人為改變相線(xiàn)連接的現象，有效防止故障和竊電現象的產(chǎn)生。同時(shí)，可進(jìn)行遠程控制線(xiàn)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(guò)軟件驅動(dòng)的方式，實(shí)現對不同能耗設施設備及各種子系統的數據集成，基于標準的Microsoft架構和成熟的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)(SQLServer等)以及通信協(xié)議(TCP/IP、HTTP、FTP等)與能源管理平臺互聯(lián)。能源數據可以利用校園網(wǎng)在不同的子系統或設施設備中采集而得，使用軟件協(xié)議無(wú)縫鏈接，實(shí)現遠程自動(dòng)化采集。

3.能源管理系統應用軟件

??能源管理平臺是基于現代電子與信息技術(shù)，應用遠程網(wǎng)絡(luò )傳輸系統對能源的使用進(jìn)行監控，利用智能卡、電子采集器等技術(shù)對能源的使用進(jìn)行有效控制的智能管理平臺，平臺的建立可以利用學(xué)校的校園網(wǎng)絡(luò )，并基于現有的BAS、FMS或其它系統運行。在技術(shù)和設備上可以使用當前較為成熟的網(wǎng)絡(luò )連接模式和電子設備，以保證整個(gè)系統平臺的穩定、可靠，同時(shí)兼顧可擴展性和易維護性原則。整個(gè)系統以開(kāi)放式架構，執行相關(guān)的國際標準或工業(yè)標準，以保證各供應商產(chǎn)品的協(xié)同運行，考慮投資者的長(cháng)遠利益。系統軟件可以做成以web－service為接口的、多功能開(kāi)放軟件，能夠用來(lái)管理、控制和配置水、電等能源表具和數據采集器。系統與目前的網(wǎng)絡(luò )系統相兼容，可以匯總和報告網(wǎng)絡(luò )用能突發(fā)事件，允許遠程配置能源表具和數據集中器，調整計費率。允許系統遠程控制表具的開(kāi)關(guān)，適應不同大小規模的系統運行，維系從表具、采集器到服務(wù)器乃至整個(gè)系統的時(shí)鐘。系統軟件還可以集成多應用模塊組合，包括數據采集與轉換模塊、數據分析與匯總模塊、安全運行模塊、緊急事務(wù)處理模塊、數據庫與能源應對策略模塊等，系統平臺以視窗界面呈現，實(shí)現有效的能源策略分析。在上述模塊中通過(guò)運行流程及時(shí)確認能源使用異常狀況，提供修正措施，使能源的利用較大效益化，避免造成整個(gè)能源網(wǎng)內的故障。

 

??校園能源管理平臺，是通過(guò)對校園能源消耗數據的自動(dòng)采集，進(jìn)行集中統計和數據綜合分析，實(shí)現校園內能耗數據的共享、交換、檢測、管理和控制。BAS與FMS系統做為現代化大型建筑與社區物業(yè)管理的常用系統，近年來(lái)部分高等學(xué)校在新建校區中已逐步將其推廣和使用，而隨著(zhù)能源管理的重要性日益提高，利用上述系統和校園網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現能源使用的監測、控制和管理是可行的。借助校園網(wǎng)絡(luò )以及BAS與FMS系統，該平臺可以根據能源使用設施和設備的用能情況進(jìn)行監視，設置模擬屏，對各耗能單元進(jìn)行全局監控。如整個(gè)系統或局部單元出現能耗異常，可立即顯示異常部位并示警，便于管理人員及

時(shí)發(fā)現和處理異常情況。平臺在運轉中可以實(shí)現如下功能:

1.數據采集功能

??能源管理平臺將校區的所有用能單位和耗能設施設備納入網(wǎng)絡(luò )系統，實(shí)時(shí)將整個(gè)校區的能源數據采集進(jìn)入系統，將數據提交給數據管理模塊。

2.用能監控功能

??能源管理平臺可以實(shí)時(shí)對能源的使用進(jìn)行監控、故障示警、異常報告。平臺做為整個(gè)校區能耗的控制中心，也同時(shí)承擔著(zhù)日常能源供給的調配，保證校園教學(xué)、科研和生活的正常用能，并在突發(fā)事件期間實(shí)施能源應急調度預案，以保證能源供應的安全穩定。平臺的監視功能還包括能源輸送系統的各類(lèi)變化，如能源的輸入輸出量、各用戶(hù)能耗的遠程監控、動(dòng)力介質(zhì)的發(fā)生量和介入量、異常監控報警等。

3.賬務(wù)管理功能

??對用戶(hù)應用權限、遠程數據存取進(jìn)行全面管理，提供各時(shí)段能耗計價(jià)費率，并以貨幣方式顯示能耗費用，可以通過(guò)銀行終端POS機，實(shí)現對用戶(hù)應繳費用的收納和支付。

4.數據匯總和分析功能

??管理平臺對采集的能源實(shí)時(shí)數據，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳輸到終端，匯總到平臺工作站，借助平臺的用戶(hù)查詢(xún)界面，可以對各類(lèi)數據進(jìn)行匯總、歸檔和分析，并提供過(guò)程曲線(xiàn)。管理平臺還可以按時(shí)間分布、數值類(lèi)型、建筑分類(lèi)等對歷史數據進(jìn)行監控和管理。對于匯總的計量與統計數據，在平臺對采集的原始數據進(jìn)行核查后，可以按的時(shí)間、要求輸出系統報表。

 

1.系統概況

??平臺運行狀態(tài)，當月能耗折算、地圖導航，各能耗逐時(shí)、逐月曲線(xiàn)，當日，當月能耗同比分析滾動(dòng)顯示。

 

2.用能概況

??對建筑、部門(mén)、區域、支路、分類(lèi)分項等用能進(jìn)行對比，支持當日逐時(shí)趨勢、當月逐日趨勢曲線(xiàn)、分時(shí)段能耗統計對比、總能耗同環(huán)比對比。

3.用能統計

??對建筑、區域、分項、支路等結構按日、月、年報表的形式統計對分類(lèi)能源用能進(jìn)行統計，支持報表數據導出EXCEL，支持選擇建筑數據進(jìn)行生成柱狀圖。

4.復費率統計

??復費率報表按日、月、年統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(jìn)行統計分析。支持數據導出到EXCEL。

5.同比分析

??對建筑、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(jìn)行用能數據同比分析。

6.能源流向圖

??能源流向圖展示單棟建筑時(shí)段內各類(lèi)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。

7.夜間能耗分析

??夜間能耗以表格、曲線(xiàn)、餅圖等形式對選擇支路分類(lèi)能源在時(shí)段工作時(shí)間與非工作時(shí)間用能統計對比，支持導出報表。

8.設備管理

??設備管理包括，設備類(lèi)型、設備臺賬、維保記錄等功能。輔助用戶(hù)合理管理設備，確保設備的運行。

9.用戶(hù)報告

??用戶(hù)報告針對選定的建筑自動(dòng)統計各能源的月使用的同環(huán)比趨勢，并提供簡(jiǎn)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。

 

??我國能源短缺的現狀，今后仍將是制約國民經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸。網(wǎng)絡(luò )化能源管理平臺的建立，符合我國能源發(fā)展的長(cháng)遠戰略。本文通過(guò)對能源管理系統的研究，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(shù)層次，提高管理人員和能源使用者的節能意識，高效率的降低能耗。在實(shí)際應用中可以通過(guò)對現有管理系統的擴展，依賴(lài)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )(校園網(wǎng))，實(shí)現能源的高水平管理和使用。這一平臺的實(shí)現，可以有效的節約能源，降低高校的運行成本，對社會(huì )的發(fā)展起到積極作用。

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