智能樓宇能源管理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

董旭 孫云增 馬唯唯

摘? 要：隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市樓宇林立，但大型公共建筑高耗能情況越來越突出。相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，大型公共建筑年耗電量約占全國城鎮(zhèn)總耗電量的22%。因此利用各種智能化、科技化手段對大型公共建筑進(jìn)行能源監(jiān)測和管理，對實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、提質(zhì)增效具有非常重要的指導(dǎo)價值。大型公共建筑中能源類型豐富，水、電、氣、熱等的用電情況最為突出。基于此，本文以電能為主，研究了能源管理系統(tǒng)在智能樓宇中的應(yīng)用，以期推動公共建筑的智能化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：智能樓宇;能源管理系統(tǒng);節(jié)能降耗

中圖分類號：TU855? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2020）07-0000-00

1智能樓宇能源管理系統(tǒng)介紹

能源管理系統(tǒng)作為智能樓宇管控一體化的能源綜合監(jiān)控信息化平臺，其綜合運(yùn)用大數(shù)據(jù)、移動通信、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)，人工智能等技術(shù)實(shí)現(xiàn)從用能設(shè)備直接讀取運(yùn)行信息，全面對比分析用能設(shè)備運(yùn)行情況及變化，實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)采集、能耗數(shù)據(jù)的指標(biāo)計(jì)算與統(tǒng)計(jì)分析，協(xié)助系統(tǒng)運(yùn)行管理及運(yùn)維方式升級，從而實(shí)現(xiàn)智能樓宇的數(shù)字化管理[1]。

2能源管理系統(tǒng)構(gòu)成

能源管理系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)監(jiān)測樓宇配電系統(tǒng)實(shí)時運(yùn)行情況和能耗統(tǒng)計(jì)。系統(tǒng)對安裝于配電室、配電箱/柜等處的各類設(shè)備通過通訊接口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，經(jīng)屏蔽雙絞線、網(wǎng)線或光纖集中到系統(tǒng)后臺進(jìn)行展示和數(shù)據(jù)分析。

系統(tǒng)采用可靠的、抗干擾能力強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用成熟可靠軟件，智能采集器和就地儀表之間的數(shù)據(jù)通信，保證其數(shù)據(jù)有效傳送、不丟失。支持總線網(wǎng)絡(luò)、自動監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)總線和各個接點(diǎn)的工作狀態(tài)，自動選擇、協(xié)調(diào)各接點(diǎn)的工作和網(wǎng)絡(luò)通信[2]。

能源管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用分布式三層結(jié)構(gòu)：

2.1數(shù)據(jù)采集層

主要實(shí)現(xiàn)監(jiān)測、采集和通訊等功能;采用各類能耗測量設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的自動采集、就地及遠(yuǎn)程控制、信息上送等功能。（1）利用微機(jī)保護(hù)裝置對高壓側(cè)電壓、電流、功率、斷路器狀態(tài)、手車位置、地刀位置等信息進(jìn)行采集。（2）利用智能電表對低壓側(cè)電壓、電流、功率、電量、開關(guān)狀態(tài)、事故接點(diǎn)狀態(tài)等信息進(jìn)行采集。（3）利用變壓器溫控器、直流充電控制模塊等設(shè)備對變壓器、直流屏等重要配電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和報警信息進(jìn)行采集。（4）利用溫濕度傳感器、水浸傳感器等對配電室整體運(yùn)行環(huán)境和進(jìn)水情況進(jìn)行采集。（5）利用攝像頭對配電室內(nèi)高低壓開關(guān)柜、重要配電設(shè)施、主要出入口等位置進(jìn)行圖像監(jiān)視和采集。

2.1.1通訊網(wǎng)絡(luò)層

主要實(shí)現(xiàn)連接現(xiàn)場采集層和系統(tǒng)應(yīng)用層;采用以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)將現(xiàn)場層監(jiān)控設(shè)備的RS485/Modbus通訊轉(zhuǎn)換成Modbus/TCP以太網(wǎng)通訊，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與后臺監(jiān)控計(jì)算機(jī)的信息交換。（1）配電系統(tǒng)數(shù)據(jù)經(jīng)屏蔽雙絞線或網(wǎng)線將數(shù)據(jù)集中到智能采集器;（2）視頻信息經(jīng)網(wǎng)線/光纖集中于硬盤錄像機(jī);（3）信息經(jīng)交換機(jī)傳輸至本地服務(wù)器或經(jīng)4G路由器傳輸至互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器。

2.1.2系統(tǒng)應(yīng)用層

主要實(shí)現(xiàn)對所有能耗數(shù)據(jù)的集成和管理功能。能源管理系統(tǒng)計(jì)算機(jī)采用高性能服務(wù)器及工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，支持以太網(wǎng)絡(luò)通訊，具有大容量存儲空間。

2.2應(yīng)用展示部分

采用B/S架構(gòu)方式，無需安裝客戶端，大大簡化了客戶端電腦載荷，減輕了系統(tǒng)維護(hù)與升級的成本和工作量，降低了總體成本。其能有效地保護(hù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺和管理訪問權(quán)限，同時服務(wù)器數(shù)據(jù)庫較安全。在滿足系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，單獨(dú)建立運(yùn)維管理模塊，最大限度的提高系統(tǒng)的可維護(hù)性，降低維護(hù)難度，提高平臺運(yùn)行效率。

2.3數(shù)據(jù)庫部分

2.3.1 數(shù)據(jù)庫的分類

數(shù)據(jù)庫的組成根據(jù)相關(guān)應(yīng)用業(yè)務(wù)特性和數(shù)據(jù)內(nèi)容與用戶進(jìn)行分類，主要包括：用戶信息、系統(tǒng)模型、設(shè)備信息等數(shù)據(jù)庫，用能指標(biāo)數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)庫，能耗管理數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)庫。

2.3.2 數(shù)據(jù)庫的選擇

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)MySQL。MySQL作為迄今為止互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)最受歡迎以及使用率最高的數(shù)據(jù)庫，在兼具了穩(wěn)定和性能之外，相比于其他同等級數(shù)據(jù)庫（Micorsoft Sqlserver、Oracle）具有完全開放及免費(fèi)的特性。數(shù)據(jù)庫支持多線程，可充分利用CPU資源。優(yōu)化的SQL查詢算法，有效地提高了查詢速度。

3能源管理系統(tǒng)功能

3.1實(shí)時監(jiān)測

系統(tǒng)支持針對樓宇配電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測，以曲線形式直觀展示配電室總體負(fù)荷情況并同時對比昨日曲線，輔助和提示管理人員進(jìn)行電能管理[3]。

系統(tǒng)支持主接線圖實(shí)時監(jiān)測，以配電室電氣結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，清晰反映各回路開關(guān)狀態(tài)，并能在接線圖上一目了然的看清各回路的當(dāng)前運(yùn)行電流信息。

系統(tǒng)支持對表計(jì)數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)測，這可具體到每一個出線回路的三相數(shù)據(jù)，為進(jìn)一步的用能數(shù)據(jù)分析和電能質(zhì)量分析提供良好支撐。

3.2預(yù)警報警

除實(shí)時監(jiān)測功能外，系統(tǒng)還提供針對異常情況的報警功能，如嚴(yán)重越限值、重要的位置狀態(tài)變化、設(shè)備運(yùn)行故障等;提供預(yù)警提醒功能，如：輕微越限值，非重要狀態(tài)變化等。預(yù)報警的主動提示，有效提高配電室運(yùn)行值班的應(yīng)急處理的響應(yīng)速度。長期統(tǒng)計(jì)的預(yù)報警信息可輔助和提示管理人員進(jìn)行老舊設(shè)備的更換和淘汰。

3.3統(tǒng)計(jì)分析

在采集到的數(shù)據(jù)中，電量信息作為長期監(jiān)視用能情況的關(guān)鍵窗口，可挖掘利用的空間最大。系統(tǒng)支持電量統(tǒng)計(jì)分析，可按日、月、年分別查看，并以柱狀圖展示，直觀對比電量變化趨勢，及整體用能分布。在用能管理方面，系統(tǒng)可輔助管理人員均衡分配負(fù)荷，挖掘電能節(jié)約潛力。系統(tǒng)還可以提供分類計(jì)量，分項(xiàng)計(jì)量等功能使統(tǒng)計(jì)維度更加多元，分析更加精準(zhǔn)。

3.4電費(fèi)管理

系統(tǒng)可通過對大廈用能分布分析，從電能質(zhì)量的評估側(cè)面分析電費(fèi)單據(jù)數(shù)據(jù)構(gòu)成，指導(dǎo)管理人員通過節(jié)約使用、提高電能質(zhì)量、更新高耗能設(shè)備等手段實(shí)現(xiàn)節(jié)能降費(fèi)，切實(shí)從能源管理中受益。

3.5數(shù)據(jù)接口與集成

在現(xiàn)代社會中，智能樓宇不是孤立存在的，樓宇內(nèi)的各類系統(tǒng)更是環(huán)環(huán)相連的。這就要求能源管理系統(tǒng)需要與樓宇內(nèi)其它各類系統(tǒng)的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，共享數(shù)據(jù)。平臺支持各種形式的數(shù)據(jù)接收和轉(zhuǎn)發(fā)，為各類能源問題決策提供數(shù)據(jù)支持。

4結(jié)語

本文以都城科技大廈建設(shè)的能源管理系統(tǒng)為代表介紹了其相關(guān)功能和特點(diǎn)。系統(tǒng)在節(jié)能降耗、實(shí)時監(jiān)測、預(yù)警報警、統(tǒng)計(jì)分析等方面給管理人員提供了很多有用的參考信息，具有很高的應(yīng)用價值。

隨著智能化、科技化的不斷發(fā)展和環(huán)保、綠色理念的不斷加深，能源管理逐漸走向精細(xì)化，廣泛化。因此，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)的規(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，并相互協(xié)調(diào)控制，科學(xué)選擇和制定用能管理方案，在保證樓宇舒適便捷，安全可靠的前提下，實(shí)現(xiàn)樓宇的智能化發(fā)展，從而達(dá)到節(jié)能減排的綜合效應(yīng)，提升樓宇品質(zhì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐錦標(biāo)，張振昭.樓宇智能化技術(shù) 第三版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[2] 唐頌光.建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)可視化平臺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].武漢：武漢郵電科學(xué)研究院，2017.

[3] 清華大學(xué)建筑節(jié)能中心，中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報告2015[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2015.

收稿日期：2020-06-08

作者簡介：董旭（1968—），男，湖北荊門人，本科，高級工程師，研究方向：電網(wǎng)生產(chǎn)、智慧后勤、智能樓宇、后勤能源精益化管理等。

Research and Application of Intelligent Building Energy Management System

DONG Xu，SUN Yunzeng，MA Weiwei

（State Grid ZTE Corporation， Beijing? 100761）

Abstract：With the rapid development of my country's social economy， there are many urban buildings， but the high energy consumption of large public buildings is becoming more and more prominent. Relevant statistics show that the annual electricity consumption of large public buildings accounts for about 22% of the country's total electricity consumption in cities and towns. Therefore， the use of various intelligent and technological means to monitor and manage the energy of large-scale public buildings is of very important guiding value for achieving energy saving and consumption reduction， and improving quality and efficiency. There are abundant types of energy in large public buildings， with the most prominent use of electricity， such as water， electricity， gas， and heat. Based on this， this article focuses on electric energy and studies the application of energy management systems in smart buildings， with a view to promoting the intelligent development of public buildings.

Keywords： intelligent building; energy management system; energy saving and consumption reduction