淺談智能樓宇能源管理電能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：介紹了智能樓宇能源管理的概念和意義,提出了智能樓宇能源管理系統(tǒng)的架構(gòu),并進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì),從而實(shí)現(xiàn)樓宇能源的監(jiān)測(cè)與管理。該系統(tǒng)在保證樓宇環(huán)境的前提下,同時(shí)能夠優(yōu)化能耗系統(tǒng)的運(yùn)行,降低樓宇能耗。

關(guān)鍵詞：智能樓宇;能源管理;節(jié)能減排

0.引言

  目前,我國(guó)約百分之九十以上的大型公共建筑是典型的耗（電）能大戶,在能源需求日趨緊張的情況下,采用多種手段實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能是必然的選擇。對(duì)建筑執(zhí)行能耗量化管理以及效果評(píng)估,來控制降低建筑運(yùn)營(yíng)過程中所消耗的能量,包括空調(diào)、照明、采暖、電梯以及辦公設(shè)備等的能耗,后來降低建筑的運(yùn)營(yíng)成本,提高能源使用效率,已經(jīng)成為大樓業(yè)主關(guān)注的問題。

  針對(duì)這一現(xiàn)狀,智能樓宇未來的發(fā)展方向必將是節(jié)能環(huán)保及多領(lǐng)域技術(shù)規(guī)?；l(fā)展,以樓宇能源管理為核心,將所有與用能相關(guān)的系統(tǒng)進(jìn)行集成,并進(jìn)行協(xié)調(diào)控制,科學(xué)選擇和制定用能控制管理方案,在保證樓宇便捷,可靠的前提下,實(shí)現(xiàn)樓宇的智能化,達(dá)到節(jié)能減排的綜合效應(yīng),提升樓宇的品質(zhì)。

1.智能樓宇能源管理架構(gòu)

  智能樓宇能源管理是對(duì)智能樓宇的照明、動(dòng)力、通風(fēng)、空調(diào)、安防等系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制及整合,基于智能測(cè)量、樓宇配電自動(dòng)化和分布式能源監(jiān)控等系統(tǒng),對(duì)用戶供能系統(tǒng)、用能設(shè)備、樓宇分布式能源、儲(chǔ)能設(shè)備等進(jìn)行監(jiān)控、分析、控制及評(píng)估,以用戶能源管理為核心,支持微網(wǎng)的獨(dú)立運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)合理充分的使用清潔能源,提高用戶的能源使用效率。因此設(shè)計(jì)的其系統(tǒng)架構(gòu)圖見圖1智能樓宇能源管理整體架構(gòu)圖。

  智能測(cè)量是對(duì)樓宇的用能信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,為其它系統(tǒng)提供基礎(chǔ)的信息支撐。

樓宇配電自動(dòng)化系統(tǒng)完成樓宇配電系統(tǒng)的智能開關(guān)設(shè)備、公共用電設(shè)施監(jiān)測(cè)控制、故障自動(dòng)檢測(cè)與故障隔離、電能質(zhì)量控制等,實(shí)現(xiàn)樓宇低壓回路多電源供電,提高供電的可靠性和停電響應(yīng)的及時(shí)性,滿足高質(zhì)量的用電需求。

  樓宇分布式能源是由樓宇各種分布式能源、儲(chǔ)能裝置、蓄冷蓄熱負(fù)荷以及監(jiān)控、保護(hù)裝置組成的集合體,具有參與電網(wǎng)錯(cuò)峰避峰,使用清潔能源,節(jié)能減排,發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的作用。

  樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)是采用優(yōu)化的控制手段并結(jié)合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)樓宇各系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行有效的監(jiān)控和管理,使各子系統(tǒng)設(shè)備始終處于有條不紊、協(xié)同一致、有序狀態(tài)下運(yùn)行,確保建筑物內(nèi)的環(huán)境,同時(shí)降低建筑物能耗。

圖1智能樓宇能源管理整體架構(gòu)圖

2.智能樓宇能源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  基于以上系統(tǒng)集成及功能需求,智能樓宇能源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用分層分布式結(jié)構(gòu),系統(tǒng)自上而下共分三層:

  監(jiān)控管理層:為現(xiàn)場(chǎng)操作人員及管理人員提供充足的信息(包含樓宇供用能信息,電能質(zhì)量信息,各子系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及用能信息等),制定能量?jī)?yōu)化策略,優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行,通過聯(lián)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)能源管理,提高經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境效益。

  通信層:使用通信網(wǎng)關(guān)機(jī)將各個(gè)子系統(tǒng)所使用的非標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議,將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)傳輸至智能樓宇能源管理平臺(tái)。

  現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層:指分布于高低壓配電柜中的測(cè)控保護(hù)裝置、儀表,以及各個(gè)子系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)等。

圖2能源管理平臺(tái)分層設(shè)計(jì)圖

  能源管理系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層是整個(gè)系統(tǒng)的硬件支撐平臺(tái),是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源,設(shè)計(jì)清晰合理的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層是樓宇智能用電能源管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。

  能源管理系統(tǒng)接入的設(shè)備種類多樣,所使用的物理接口類型及協(xié)議類型比較復(fù)雜,所傳輸數(shù)據(jù)種類也不盡相同,為了確保智能樓宇能源管理系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性,所有的設(shè)備均將測(cè)量數(shù)據(jù)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等送至通信網(wǎng)關(guān)機(jī),通信網(wǎng)關(guān)機(jī)使用對(duì)應(yīng)的通信協(xié)議進(jìn)行解析,并將所有數(shù)據(jù)按照設(shè)定的順序打包為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議,送至智能樓宇能源管理監(jiān)控管理層,

  監(jiān)控管理層是智能樓宇能源管理系統(tǒng)的核心,它負(fù)責(zé)以圖形化的方式向用戶提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),數(shù)據(jù)分析,電能質(zhì)量分析,能源評(píng)估等功能,并通過交互式技術(shù)向用戶提供用能策略制定及聯(lián)動(dòng)控制等功能,具體功能如下所述。

  實(shí)時(shí)信息監(jiān)測(cè)

  (1)實(shí)時(shí)供用能信息。

  (2)清潔能源使用情況,體現(xiàn)清潔能源的環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性等信息。

  (3)使用APF、SVC+等設(shè)備帶來的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化及動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)男畔ⅰ?/span>

  (4)新型節(jié)能設(shè)備的節(jié)能運(yùn)行信息。

  (5)電動(dòng)汽車充放電運(yùn)行信息。

  (6)樓宇自控系統(tǒng)運(yùn)行信息。

  歷史用能情況分析

  (1)各個(gè)用能系統(tǒng)不同時(shí)段能源使用量對(duì)比

  (2)各個(gè)用能系統(tǒng)能耗等級(jí)分析

  (3)根據(jù)用電量模擬多部制電價(jià)賬單

  (4)分析不同時(shí)段的電能質(zhì)量信息

  等能量?jī)?yōu)化控制策略

  (1)通過對(duì)歷史用能情況的分析,制定各子系統(tǒng)運(yùn)行策略,確保用能設(shè)備的正常運(yùn)行

  (2)基于不同電價(jià)結(jié)構(gòu),制定經(jīng)濟(jì)性用電策略,實(shí)現(xiàn)削峰填谷,減少電費(fèi)支出

  (3)通過樓宇用電負(fù)荷的分析,制定平衡負(fù)荷策略,降低電網(wǎng)壓力,提高發(fā)電設(shè)備效率、延長(zhǎng)使用壽命

  (4)對(duì)用電負(fù)荷、電能質(zhì)量及電價(jià)架構(gòu)進(jìn)行綜合分析,制定新能源并網(wǎng)策略及電動(dòng)汽車充放電系統(tǒng)充放電策略,實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排

  聯(lián)動(dòng)控制

  (1)根據(jù)樓宇環(huán)境參數(shù)及當(dāng)前用能情況,調(diào)節(jié)空調(diào)及通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行策略

  (2)根據(jù)能量?jī)?yōu)化控制策略實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制,并通過運(yùn)行結(jié)果說明能量?jī)?yōu)化控制策略的效果。

  提供互動(dòng)模式,用戶自行定制當(dāng)天用電策略,并實(shí)時(shí)分析并模擬用電策略,預(yù)測(cè)用電信息,為用戶制定用電策略提供數(shù)據(jù)支持。

3.安科瑞建筑能耗分析系統(tǒng)

3.1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。用戶可按照國(guó)家有關(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。

3.2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)。

3.3系統(tǒng)功能

3.3.1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。

3.3.2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。

3.3.3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。

3.3.4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。

3.3.5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。

3.3.6能源流向圖

  能源流向圖展示單棟建筑指定時(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。

3.3.7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定時(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。

3.3.8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。

3.3.9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。

4.系統(tǒng)硬件配置

5.結(jié)論

  智能樓宇能源管理是對(duì)樓宇能耗進(jìn)行數(shù)字化和集成化,通過采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、能耗信息、報(bào)警及歷史數(shù)據(jù)等信息,結(jié)合實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷需求和電價(jià)政策,結(jié)合新的能源供電模式和新型的用能設(shè)備配置,從而科學(xué)選擇和制定能耗控制管理方案,在整體上對(duì)供用能設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)控制,以實(shí)現(xiàn)樓宇用能的智能化。

  智能樓宇能源管理系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上對(duì)智能樓宇各個(gè)供用能系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的劃分及分析,使用了分層分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),集成多個(gè)閉環(huán)子系統(tǒng),使用組態(tài)方式實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)分析及展示功能,確保了系統(tǒng)具備高可維護(hù)性及高可擴(kuò)展性。該系統(tǒng)的運(yùn)行在保證樓宇環(huán)境的前提下,能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化樓宇供用能系統(tǒng)的運(yùn)行,同時(shí)降低智能樓宇的能源消耗。.

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作者介紹

  唐曉娟，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)榻ㄖ芎南到y(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，手機(jī)：13774431042（微信同號(hào)）；QQ：2881495215；郵箱：2881495215@qq.com