校園能源監(jiān)管平臺建設(shè)的技術(shù)分析

毛小夫

摘 要：當(dāng)今世界是一個全面進(jìn)入高速互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的時代，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”、“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)的提出和快速應(yīng)用，促使計算機(jī)信息集成技術(shù)加快了發(fā)展，并已在全社會得到了快速的推廣。如智能樓宇技術(shù)、智能家居系統(tǒng)、數(shù)字化工廠、工業(yè)4.0技術(shù)等等。本文重點介紹了能源監(jiān)管平臺的硬件選型和軟件設(shè)計要求，具有一定的設(shè)計參考價值。

關(guān)鍵詞：能源監(jiān)管平臺；硬件選型；軟件設(shè)計要求

中圖分類號：TU201.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）08-0078-02

校園能源監(jiān)管平臺主要由三個部分組成：前端采集、數(shù)據(jù)傳輸、終端數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析公示。系統(tǒng)支持在線監(jiān)測、數(shù)據(jù)比對、能耗統(tǒng)計審計分析、能耗預(yù)測、指標(biāo)定額、專家診斷等功能。綜合節(jié)能監(jiān)管平臺既能夠使管理者及時發(fā)現(xiàn)建筑高能耗環(huán)節(jié)以及照明、空調(diào)等系統(tǒng)的故障和不合理的運(yùn)行方式，為節(jié)能診斷分析及管理提供依據(jù)；也可為用戶提供能耗數(shù)據(jù)和指標(biāo)公示、實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)可視化、節(jié)能效果定量化，節(jié)能管理指標(biāo)化目標(biāo)，可在樹立校園節(jié)能環(huán)保風(fēng)尚，促進(jìn)行為節(jié)能、形成綠色校園文化方面發(fā)揮巨大作用。

1 系統(tǒng)硬件選型

1.1 數(shù)據(jù)采集器選型

數(shù)據(jù)采集器是整個系統(tǒng)中間層（數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換層）的主要設(shè)備，它負(fù)責(zé)上層與底層的數(shù)據(jù)交換，應(yīng)該具備一定的數(shù)據(jù)存儲、類型轉(zhuǎn)換、通信接口形式，同時還要滿足實時性、可靠性、冗余性和強(qiáng)大的抗電磁干擾特性，并兼顧外界使用環(huán)境和使用條件的要求?？偨Y(jié)為以下幾個技術(shù)要領(lǐng)：

①必須滿足《國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)分項能耗數(shù)據(jù)采集技術(shù)導(dǎo)則》、《國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)分項能耗數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)導(dǎo)則》、《高等學(xué)校校園建筑節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》對數(shù)據(jù)采集器的要求；②必須支持多種類型的計量裝置或設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，支持符合《國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)分項能耗數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)導(dǎo)則》、《高等學(xué)校校園建筑節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》要求的電能表（含單相電能表、三相電能表、多功能電能表）、水表、熱（冷）量表。③采集器下行采用Rs_485通信接口與終端電表通訊，上行可選用TCP/IP＼Rs_485、電力線載波或無線與集中器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。智能網(wǎng)關(guān)下行采用Rs_485通信接口與終端水/電表通訊，上行傳輸方式支持Ethernet/RS485，與數(shù)據(jù)中心（服務(wù)器）進(jìn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸。通信規(guī)約符合DL/T645-1997和DL/T645-2007標(biāo)準(zhǔn)。④支持不少于對192個數(shù)據(jù)采集點進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。⑤工作電壓范圍154～26 5VAC（420 V電壓下可耐受4 h）。⑥規(guī)定溫度范圍-25～+60 ℃（極限溫度范圍：-40～+70 ℃）。⑦相對濕度≤85%（極限濕度：95%）。⑧設(shè)計壽命≥10 a。

1.2 三相電能表的選型

三相電能表是屬于底層的直接數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵設(shè)備之一，主要用于用電設(shè)備的電能數(shù)據(jù)采集和電能質(zhì)量分析，在該設(shè)備中，我們考慮到監(jiān)管平臺應(yīng)有“監(jiān)控”的功能，故配置了繼電器模塊，用于對用電設(shè)備進(jìn)行一定的控制，如開或關(guān)等操作。具體而言，它應(yīng)具備以下幾個主要技術(shù)指標(biāo)。

1.2.1 雙向計量

精確計量正向/反向兩個方向功率。

1.2.2 液晶顯示

采用液晶顯示用電量，可顯示有功用電量，可顯示無功用電量。

①通訊功能：采用 RS485 通信方式對用戶用電情況進(jìn)行監(jiān)控。②具備日電度統(tǒng)計、整點抄表、數(shù)據(jù)恢復(fù)功能。③高可靠、低功耗、長壽命、高精度、小體積。④抗磁干擾能力強(qiáng)。⑤高溫高濕環(huán)境保證計量精度。

1.2.3 主要技術(shù)指標(biāo)及參數(shù)

①準(zhǔn)確度等級：1級；②額定電壓3×220/380 V；③額定頻率：45～65 Hz；④電壓 參比電壓Un=3×220/380 V，工作電壓范圍為220 VAC ±20%。⑤電流：3×1.5（6） A；3×10（40） A ，3× 20（80） A。⑥電壓線路功耗：在參比電壓、參比溫度和參比頻率下，電壓線路的有功功率和視在功率不超過0.5 W，5 VA。⑦起動：在參比電壓，參比頻率及功率因數(shù)為COSφ=1.0的條件下，負(fù)載電流為4‰ Ib時，電能表能連續(xù)計量電能（直接接入為4‰?yún)⒈入娏?，互感器接入?‰?yún)⒈入娏鳎?。⑧潛動：電能表具有邏輯防潛動電路，?dāng)電壓回路加115%的參比電壓，電流回路斷開時，沒有電能脈沖輸出。⑨正常工作溫度范圍：-20～+55 ℃；⑩極限工作溫度：-40～+70 ℃；工作相對濕度：<95%。

1.3 單相電能表的選型

單相電能表也是底層的設(shè)備運(yùn)行基本參數(shù)采集的關(guān)鍵設(shè)備之一，它選型的技術(shù)要求和三相電能表基本是一致的，具體要求如下。

1.3.1 主要功能

①液晶顯示：采用液晶顯示用電量，可顯示有功用電量，可顯示無功用電量。②通訊功能：采用 RS485 通信方式對用戶用電情況進(jìn)行監(jiān)控。③具備日電度統(tǒng)計、整點抄表、數(shù)據(jù)恢復(fù)功能。④超限保護(hù)功能。⑤高可靠、低功耗、長壽命、高精度、小體積⑥抗磁干擾能力強(qiáng)⑦高溫高濕環(huán)境保證計量精度⑧具有遠(yuǎn)程開關(guān)功能。

1.3.2 主要技術(shù)參數(shù)

在參比電壓、參比溫度和參比頻率下，電表單相電壓線路的有功功率和視在功率最低可達(dá)0.4 W，0.6 VA。

1.3.3 工作電壓范圍

l66～264 VAC（420 VAC電壓下可耐受4 h）。

1.3.4 規(guī)定溫度范圍和相對濕度

規(guī)定溫度范圍：-25～+60 ℃（極限溫度范圍：-40～+80 ℃）。

相對濕度：①≤85%；極限工作相對濕度：95%；②設(shè)計壽命≥10a。

2 軟件設(shè)計要求

軟件設(shè)計是整個系統(tǒng)中設(shè)計難度最大的一部分，涉及到數(shù)據(jù)服務(wù)器應(yīng)用開發(fā)，客戶端監(jiān)管平臺應(yīng)用開發(fā)等，需要開發(fā)者懂得基于C/S和B/S構(gòu)架的應(yīng)用程序開發(fā)。限于篇幅，我們只在這里介紹校園用電監(jiān)控子系統(tǒng)的設(shè)計的技術(shù)要求。此子系統(tǒng)包括基于電表數(shù)據(jù)集抄子系統(tǒng)、供電監(jiān)管數(shù)據(jù)維護(hù)子系統(tǒng)、Web供電監(jiān)管系統(tǒng)。

①電表數(shù)據(jù)集抄子系統(tǒng)：選用帶有遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)接口，且內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)的專用通信協(xié)議智能電子電能表，采用C/S結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)遠(yuǎn)程集抄電表用能數(shù)據(jù)和工況數(shù)據(jù)。②供電監(jiān)管數(shù)據(jù)維護(hù)子系統(tǒng)采用C/S結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)系統(tǒng)地理信息數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的維護(hù)管理。③供電監(jiān)管系統(tǒng)為系統(tǒng)應(yīng)用的主要模塊，采用B/S結(jié)構(gòu)，包含服務(wù)層和客戶端層，是系統(tǒng)面向用戶，實現(xiàn)能耗監(jiān)控各項功能目標(biāo)的主要部分，其功能要求如下。

2.1 供電設(shè)施地理信息可視化管理

供電設(shè)施地理信息管理功能要求系統(tǒng)采用地理信息平臺，通過地理信息平臺，直觀地展示用能建筑、電表、電纜、變壓器等電力系統(tǒng)設(shè)施，并提供空間分析和查詢以及拓?fù)浞治龉δ?，實現(xiàn)能耗實時監(jiān)管的可視化管理。

2.2 電能實時監(jiān)管

監(jiān)測全校各個部門、各個小區(qū)、各個建筑的電能狀況。其中包括：電表在線狀況、當(dāng)天或當(dāng)月的用電狀況、電表的基本屬性、用電預(yù)警記錄、電表維修記錄等?？梢圆榭锤鱾€表具的至少72 h用電柱狀圖，并能清晰區(qū)分工作時段和休息時段。曲線顯示負(fù)載趨勢。

2.3 建筑用電

①建筑用電明細(xì)：該模塊按照建筑來查詢每個房間的起始示數(shù)、終止示數(shù)、用電性質(zhì)、通訊時間等具體參數(shù)，用戶可以將查詢數(shù)據(jù)導(dǎo)出并打印。

②建筑用電統(tǒng)計：該模塊按建筑查詢的各用電情況，主要分為用電年度臺賬、用電月度臺賬、用電年度匯總、用電月度匯總、用電逐月度匯總等。實行功能操作時，根據(jù)所選條件，能顯示結(jié)果，便于用戶統(tǒng)計。

③建筑用電分析：該模塊可按建筑查詢用電狀況，主要可按建筑比較、建筑逐日、建筑逐月、用電性質(zhì)、用電分項等方面進(jìn)行分析，并能顯示相應(yīng)圖表，便于用戶直觀分析用電情況。

2.4 部門用電

①部門用電明細(xì)：該模塊按照部門來查詢每個房間的起始示數(shù)、終止示數(shù)、用電性質(zhì)、通訊時間等具體參數(shù)，用戶可以將查詢數(shù)據(jù)導(dǎo)出并打印。

②部門用電統(tǒng)計：該模塊按部門查詢各部門的用電情況，主要分為用電年度臺賬、用電月度臺賬、用電年度匯總、用電月度匯總、用電逐月度匯總等。實行功能操作時，根據(jù)所選條件，能顯示結(jié)果，便于用戶統(tǒng)計。③部門用電分析：該模塊可按部門查詢用電狀況，主要可按部門比較、部門逐日、部門逐月、用電性質(zhì)、用電分項等方面進(jìn)行分析，并能顯示相應(yīng)圖表，便于用戶直觀分析用電情況。

2.5 電能定額管理

①電能定額一覽：查詢已分配的定額狀況及當(dāng)期定額使用狀況和信息。②定額配置靈活：可以通過根據(jù)歷史用電記錄按比例設(shè)置本期定額、可以通過上期定額設(shè)置定額，可以其它的定額配置本單位用電定額等，實現(xiàn)定額的靈活配置。③定額使用明細(xì)：以曲線的方式顯示剩余定額量、已使用定額量、上一年全年使用電費，并統(tǒng)計出定額的同比增幅和環(huán)比增幅。

2.6 用電節(jié)能監(jiān)管預(yù)警

當(dāng)表計用電信息違反規(guī)定約定的時候發(fā)送用電預(yù)警，以桌面推送的方式或其它方式提醒在線用戶查看異常。

2.7 綜合信息預(yù)覽

①能耗結(jié)構(gòu)劃分：以堆棧圖或其它圖表的方式展示各類、各項、各工作時段電耗使用比例，并統(tǒng)計出同比增幅和環(huán)比增幅。②展示校園當(dāng)前用電整體概況、其中包括實時電表在線分布、本年部門用電排名、本年用電分項分布、本年用電性質(zhì)分布等。

2.8 其他系統(tǒng)需要的功能

日志管理；客戶端功能、自動更新功能；數(shù)據(jù)維護(hù)功能；故障報警、故障恢復(fù)功能；定期用電數(shù)據(jù)短信播報功能等其他系統(tǒng)運(yùn)行基本功能。

2.9 系統(tǒng)其它必需的功能

本部分為系統(tǒng)運(yùn)行所必需的功能。

3 結(jié) 語

我國大學(xué)數(shù)量近2 000余所，在校生人數(shù)達(dá)2 300多萬，占全國人口的4.4%，消費著社會總能耗的8%，大學(xué)生的人均能耗指標(biāo)明顯高于全國居民的人均能耗指標(biāo)。據(jù)初步統(tǒng)計，全國大學(xué)生生均能耗、水耗分別是全國居民人均能耗的4倍和2倍。最好這個平臺的研發(fā)工作，對企業(yè)來說是一件非常具有經(jīng)濟(jì)和社會價值的事情。

參考文獻(xiàn)：

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