高等學校能源管理系統(tǒng)平臺的研究

陳彤宇

(天津職業(yè)技術師范大學，300222)

高等學校能源管理系統(tǒng)平臺的研究

陳彤宇

(天津職業(yè)技術師范大學，300222)

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。

能源;管理平臺;數(shù)據(jù)采集分析;網(wǎng)絡

一、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)平臺可以提供全方位的能源管理功能。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)全方位的節(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，并不完全相適應，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。

二、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。

(一)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，而且故障率極低，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。

(二)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。

(三)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)行相關的國際標準或工業(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，使能源的利用最大效益化，避免造成整個能源網(wǎng)內的故障。

三、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、控制和管理是完全可行的。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:

(一)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。

(二)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。

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。

(三)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。

(四)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，可以按指定的時間、要求輸出系統(tǒng)報表。

四、結束語

我國能源短缺的現(xiàn)狀，今后仍將是制約國民經濟發(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)展起到積極作用。

G641

A

1003－4145［2012］專輯－0253－02

2012－01－08

陳彤宇(1971—)，男，內蒙古人，天津職業(yè)技術師范大學助理研究員，研究方向:后勤管理。

(責任編輯:宋緒芬)