高等學校能源管理係統平台的研究

關鍵詞：能源;管理平台;數據采集分析;網絡

  進入新世紀以來，能源與發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，並將其作為經濟和社會發展的一項長遠戰略方針。近年來國內外的研究機構和企業均對能源管理係統的研製給予較大的投入，如德國西門子公司開發的Simaris管理軟件，在大型商業區和社區中得到廣泛使用，該係統平台可以提供的能源管理功能。亞洲的日本、韓國等國家對能源使用的監控也大都實現了係統化管理。由於國外高等學校的發展曆史較長，社會化程度高，在能源的管理和控製上已納入了社區係統管理。我國的高等學校由於行政隸屬的關係，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，而高等學校節能管理方麵，業務技術水平參差不齊，資金投入有限，無法實現的節能改造，能耗監控和管理。同時隨著我國高等學校辦學規模、校園麵積、師生數量的急劇增長，能源消耗更是大幅提高。如何有效提升能源的使用效率，抑製能源需求的不合理增長，是高等學校節能降耗所麵臨的一個重要問題。國外的能源管理係統對於我國高校的能源管理來說，並不相適應，在管理體係上也與我國的大環境有所區別，因此我國高等學校要建立適應國內體製的能源降耗管理平台。目前國內高等學校在新校區的建設和老校區的改造中，逐步引入了建築自動化管理係統(BAS)和物業管理係統(FMS)，並通過這些係統來進行建築能耗的管理。鑒於此，本文構建了基於Internet/局域網/無線(GPRSZ、ZigBee)等通信網絡與校園網絡相結合的校園能源管理平台，實現了數據共享、能源監測、在線控製等功能。

  校園能源管理平台的構建旨在通過校園網絡實現校園能耗的管理和監控，進行數據交換和共享，協調處理能耗用戶、設施設備之間的關係，改善優化能源環境。平台主要由三個部分構建而成:使用電力線載波智能化網絡電表或射頻卡水表等表具的終端，基於IP技術和電力載波技術的數據集中器或遠程抄表技術，能源管理平台係統軟件。

1.數據采集終端

  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的電子式或機械式計量表，由於其機械齒輪易於磨損，容易造成數據不準，而且表具體積大而笨重，如電表本身也會產生較大功耗。目前由於技術的更新換代，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，實現遠程抄表和收費控製，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，可以輕鬆做到雙向電力線通信，同時可以記錄多個用電參數，包括供電質量、故障預警、異常報告等。

2.數據集中及遠程抄表技術

  以用電數據遠程集抄為例，利用電力線載波傳遞電表的數據，實現遠程集中抄表和收費控製。通過具有擴頻載波通信技術的強抗幹擾電力線，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了智能設備的即插即用，數據集中器根據用戶的設定來采集和儲存來自電表的數據，數據集中器通過連接到TCP/IP的廣域網絡來實現遠程通信，可以將控製命令和數據文件下載到相關設備中，並控製一組電表或一個電表。數據集中器除了可以采集數據外，還可以增加控製過程，如安全檢測和遠程控製能力，在係統運行中監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象，有效防止故障和竊電現象的產生。同時，可進行遠程控製線路的切換和中繼調整。建立與能源管理平台軟件的連接，通過軟件驅動的方式，實現對不同能耗設施設備及各種子係統的數據集成，基於標準的Microsoft架構和成熟的網絡服務(SQLServer等)以及通信協議(TCP/IP、HTTP、FTP等)與能源管理平台互聯。能源數據可以利用校園網在不同的子係統或設施設備中采集而得，使用軟件協議無縫鏈接，實現遠程自動化采集。

3.能源管理係統應用軟件

  能源管理平台是基於現代電子與信息技術，應用遠程網絡傳輸係統對能源的使用進行監控，利用智能卡、電子采集器等技術對能源的使用進行有效控製的智能管理平台，平台的建立可以利用學校的校園網絡，並基於取得過的BAS、FMS或其它係統運行。在技術和設備上可以使用當前較為成熟的網絡連接模式和電子設備，以保證整個係統平台的穩定、可靠，同時兼顧可擴展性和易維護性原則。整個係統以開放式架構，執行相關的國際標準或工業標準，以保證各供應商產品的協同運行，考慮投資者的長遠利益。係統軟件可以做成以web－service為接口的、多功能開放軟件，能夠用來管理、控製和配置水、電等能源表具和數據采集器。係統與目前的網絡係統相兼容，可以匯總和報告網絡用能突發事件，允許遠程配置能源表具和數據集中器，調整計費率。允許係統遠程控製表具的開關，適應不同大小規模的係統運行，維係從表具、采集器到服務器乃至整個係統的時鍾。係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、緊急事務處理模塊、數據庫與能源應對策略模塊等，係統平台以視窗界麵呈現，實取得過效的能源策略分析。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，使能源的利用較大效益化，避免造成整個能源網內的故障。

  校園能源管理平台，是通過對校園能源消耗數據的自動采集，進行集中統計和數據綜合分析，實現校園內能耗數據的共享、交換、檢測、管理和控製。BAS與FMS係統做為現代化大型建築與社區物業管理的常用係統，近年來部分高等學校在新建校區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，利用上述係統和校園網絡，實現能源使用的監測、控製和管理是可行的。借助校園網絡以及BAS與FMS係統，該平台可以根據能源使用設施和設備的用能情況進行監視，設置模擬屏，對各耗能單元進行全局監控。如整個係統或局部單元出現能耗異常，可立即顯示異常部位並示警，便於管理人員及

時發現和處理異常情況。平台在運轉中可以實現如下功能:

1.數據采集功能

  能源管理平台將校區的所有用能單位和耗能設施設備納入網絡係統，實時將整個校區的能源數據采集進入係統，將數據提交給數據管理模塊。

2.用能監控功能

  能源管理平台可以實時對能源的使用進行監控、故障示警、異常報告。平台做為整個校區能耗的控製中心，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，並在突發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定。平台的監視功能還包括能源輸送係統的各類變化，如能源的輸入輸出量、各用戶能耗的遠程監控、動力介質的發生量和介入量、異常監控報警等。

3.賬務管理功能

  對用戶應用權限、遠程數據存取進行全麵管理，提供各時段能耗計價費率，並以貨幣方式顯示能耗費用，可以通過銀行終端POS機，實現對用戶應繳費用的收納和支付。

4.數據匯總和分析功能

  管理平台對采集的能源實時數據，通過網絡傳輸到終端，匯總到平台工作站，借助平台的用戶查詢界麵，可以對各類數據進行匯總、歸檔和分析，並提供過程曲線。管理平台還可以按時間分布、數值類型、建築分類等對曆史數據進行監控和管理。對於匯總的計量與統計數據，在平台對采集的原始數據進行核查後，可以按時間、要求輸出係統報表。

1.係統概況

  平台運行狀態，當月能耗折算、地圖導航，各能耗逐時、逐月曲線，當日，當月能耗同比分析滾動顯示。

2.用能概況

  對建築、部門、區域、支路、分類分項等用能進行對比，支持當日逐時趨勢、當月逐日趨勢曲線、分時段能耗統計對比、總能耗同環比對比。

3.用能統計

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

4.複費率統計

  複費率報表按日、月、年統計對單棟建築下不同支路的尖、峰、平、穀用電量及成本費用進行統計分析。支持數據導出到EXCEL。

5.同比分析

  對建築、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築時段內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值查看。

7.夜間能耗分析

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

8.設備管理

  設備管理包括，設備類型、設備台賬、維保記錄等功能。輔助用戶合理管理設備，確保設備的運行。

9.用戶報告

  用戶報告針對選定的建築自動統計各能源的月使用的同環比趨勢，並提供簡單的能耗分析結果，針對用電提供單獨的複費率用能分析，報告可編輯。

  我國能源短缺的現狀，今後仍將是製約國民經濟發展的瓶頸。網絡化能源管理平台的建立，符合我國能源發展的長遠戰略。本文通過對能源管理係統的研究，提出了基於BAS和FMS的能源管理平台的構建模式，該平台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能意識，高效率的降低能耗。在實際應用中可以通過對取得過管理係統的擴展，依賴互聯網絡(校園網)，實現能源的高水平管理和使用。這一平台的實現，可以有效的節約能源，降低高校的運行成本，對社會的發展起到積極作用。