淺談智能樓宇能源管理中電能分項監測系統設計

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的架構,并進行了系統設計,從而實現樓宇能源的監測與管理。該系統在保證樓宇環境的前提下,同時能夠優化能耗系統的運行,降低樓宇能耗。

關鍵詞：智能樓宇;能源管理;節能減排

0.引言

目前,我國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,采用多種手段實現建筑節能是必然的選擇。對建筑執行能耗量化管理以及效果評估,來控制降低建筑運營過程中所消耗的能量,包括空調、照明、采暖、電梯以及辦公設備等的能耗,后來降低建筑的運營成本,提能源使用效率,已經成為大樓業主關注的問題。

針對這一現狀,智能樓宇未來的發展方向必將是節能環保及多領域技術規?；l展,以樓宇能源管理為核心,將所有與用能相關的系統進行集成,并進行協調控制,科學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,實現樓宇的智能化,達到節能減排的綜合效應,提升樓宇的品質。

1. 智能樓宇能源管理架構

智能樓宇能源管理是對智能樓宇的照明、動力、通風、空調、安防等系統進行協調控制及整合,基于智能測量、樓宇配電自動化和分布式能源監控等系統,對用戶供能系統、用能設備、樓宇分布式能源、儲能設備等進行監控、分析、控制及評估,以用戶能源管理為核心,支持微網的獨立運行,實現合理充分的使用清潔能源,提用戶的能源使用效率。因此設計的其系統架構圖見圖1智能樓宇能源管理整體架構圖。

智能測量是對樓宇的用能信息進行實時采集,為其它系統提供基礎的信息支撐。

樓宇配電自動化系統完成樓宇配電系統的智能開關設備、公共用電設施監測控制、故障自動檢測與故障隔離、電能質量控制等,實現樓宇低壓回路多電源供電,提供電的可靠性和停電響應的及時性,滿足質量的用電需求。

樓宇分布式能源是由樓宇各種分布式能源、儲能裝置、蓄冷蓄熱負荷以及監控、保護裝置組成的集合體,具有參與電網錯峰避峰,使用清潔能源,節能減排,發展低碳經濟的作用。

樓宇自動化系統是采用優化的控制手段并結合現代計算機技術對樓宇各系統設備進行有效的監控和管理,使各子系統設備始終處于有條不紊、協同一致、有序狀態下運行,確保建筑物內的環境,同時降低建筑物能耗。

圖1智能樓宇能源管理整體架構圖

2.智能樓宇能源管理系統設計

基于以上系統集成及功能需求,智能樓宇能源管理系統設計采用分層分布式結構,系統自上而下共分三層:

監控管理層:為現場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,電能質量信息,各子系統運行狀態及用能信息等),制定能量優化策略,優化設備運行,通過聯動控制實現能源管理,提經濟效益及環境效益。

通信層:使用通信網關機將各個子系統所使用的非標準通信協議統一轉換為標準的協議,將監測數據及設備運行狀態傳輸至智能樓宇能源管理平臺。

現場設備層:指分布于低壓配電柜中的測控保護裝置、儀表,以及各個子系統監控系統等。

圖2能源管理平臺分層設計圖

能源管理系統現場設備層是整個系統的硬件支撐平臺,是整個系統的數據源,設計清晰合理的現場設備層是樓宇智能用電能源管理系統實現的基礎。

能源管理系統接入的設備種類多樣,所使用的物理接口類型及協議類型比較復雜,所傳輸數據種類也不盡相同,為了確保智能樓宇能源管理系統的可維護性和可擴展性,所有的設備均將測量數據及設備運行狀態等送至通信網關機,通信網關機使用對應的通信協議進行解析,并將所有數據按照設定的順序打包為統一標準的協議,送至智能樓宇能源管理監控管理層,

監控管理層是智能樓宇能源管理系統的核心,它負責以圖形化的方式向用戶提供實時監測,數據分析,電能質量分析,能源評估等功能,并通過交互式技術向用戶提供用能策略制定及聯動控制等功能,具體功能如下所述。

實時信息監測

(1)實時供用能信息。

(2)清潔能源使用情況,體現清潔能源的環保性和經濟性等信息。

(3)使用APF、SVC+等設備帶來的電能質量優化及動態補償的信息。

(4)新型節能設備的節能運行信息。

(5)電動汽車充放電運行信息。

(6)樓宇自控系統運行信息。

歷史用能情況分析

(1)各個用能系統不同時段能源使用量對比

(2)各個用能系統能耗等級分析

(3)根據用電量模擬多部制電價賬單

(4)分析不同時段的電能質量信息

等能量優化控制策略

(1)通過對歷史用能情況的分析,制定各子系統運行策略,確保用能設備的正常運行

(2)基于不同電價結構,制定經濟性用電策略,實現削峰填谷,減少電費支出

(3)通過樓宇用電負荷的分析,制定平衡負荷策略,降低電網壓力,提發電設備效率、延長使用壽命

(4)對用電負荷、電能質量及電價架構進行綜合分析,制定新能源并網策略及電動汽車充放電系統充放電策略,實現節能減排

聯動控制

(1)根據樓宇環境參數及當前用能情況,調節空調及通風系統運行策略

(2)根據能量優化控制策略實現對各個子系統的遠程控制,并通過運行結果說明能量優化控制策略的效果。

提供互動模式,用戶自行定制當天用電策略,并實時分析并模擬用電策略,預測用電信息,為用戶制定用電策略提供數據支持。

3.安科瑞建筑能耗分析系統

3.1概述

Acrel-5000web建筑能耗分析系統是用戶端能源管理分析系統，在電能管理系統的基礎上增加了對水、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與分析，通過對用戶端所有能耗進行細分和統計，以直觀的數據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，便于找出耗能點或不合理的耗能習慣，有效節約能源，為用戶進一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。用戶可按照國家有關規定實施能源計算，分析現狀，查找問題，挖掘節能潛力，提出切實可行的節能措施，并向縣級以上管理節能工作的部門報送能源計算報告。

3.2應用場所

適用于公共建筑、集團公司、工業園區、大型物業、學校、醫院、企業等不同行業的能耗監測與管理的系統設計、施工和運行維護。

3.3系統功能

3.3.1系統概況

平臺運行狀態，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。

3.3.2用能概況

對建筑、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。

3.3.3用能統計

對建筑、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，支持選擇建筑數據進行生成柱狀圖。

3.3.4復費率統計

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

3.3.5同比分析

對建筑、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。

3.3.6能源流向圖

能源流向圖展示單棟建筑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。

3.3.7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。

3.3.8設備管理

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

3.3.9用戶報告

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

4.系統硬件配置

5.結論

智能樓宇能源管理是對樓宇能耗進行數字化和集成化,通過采集設備運行狀態、能耗信息、報警及歷史數據等信息,結合實際運行負荷需求和電價政策,結合新的能源供電模式和新型的用能設備配置,從而科學選擇和制定能耗控制管理方案,在整體上對供用能設備進行協調控制,以實現樓宇用能的智能化。

智能樓宇能源管理系統在設計上對智能樓宇各個供用能系統進行了系統的劃分及分析,使用了分層分布式結構進行設計,集成多個閉環子系統,使用組態方式實現了數據采集、數據集成、數據分析及展示功能,確保了系統具備可維護性及可擴展性。該系統的運行在保證樓宇環境的前提下,能夠實現優化樓宇供用能系統的運行,同時降低智能樓宇的能源消耗。.

參考文獻

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1.       【技術支持衛星：CDD-9888】【公從號：安科瑞能效管理解決方案】

2.       云平臺：變電所運維云平臺、分布式光伏運維云平臺、建筑能耗云平臺、企業能源管控平臺、遠程預付費管控云平臺、宿舍預付費管控云平臺、充電樁收費運營云平臺、智慧消防云平臺、安全用電管理云平臺、環保用電監管云平臺；

3.       系統解決方案：變電站綜合自動化系統、電力監控系統、配電室綜合監控系統、能耗管理系統、電能管理系統、馬達保護與監控系統、動環監控及能效分析系統、智能照明監控系統、消防設備電源監控裝置、防火門監控系統、余壓監控系統、消防應急照明和疏散指示系統；無線測溫系統；

4.       中壓測控裝置：環網柜綜合保護裝置、微機保護裝置、開關柜綜合測控裝置、線路保護裝置、配電變保護裝置、電動機保護裝置、備自投保護裝置、電容器保護裝置、PT檢測裝置、低壓備自投裝置、公共測控裝置、防孤島保護裝置、電流互感器過電壓保護器、溫濕度控制器、無源無線測溫傳感器、CT取電無線測溫傳感器；

5.       電力監控與保護：弧光保護裝置、電能質量在線監測裝置、電氣接點在線測溫裝置（智能濕度巡檢儀）、電動機(馬達）保護器、低壓線路保護器、智能剩余電流繼電器、三遙單元；

6.       電能管理：可編程交流電測儀表、可編程直流電測儀表、多功能全電量電表、精度網絡電力儀表、諧波表、電能質量表、海拔儀表、逆電流監測電表、電子式電能表、導軌式電能表、面板表嵌入式電表、預付費表、多用戶計量箱、物聯網儀表、無線多回路計量交流/直流表、無線多回路環保檢測模塊、正反向直流電能表、無線通訊轉換器、智能照明控制裝置；

7.       電能質量治理：有源電力濾波器、中線安防保護器、諧波保護器、靜止無功發生器、濾波補償裝置、電力電容補償裝置、集成式諧波抑制電力電容補償裝置、投切開關、功率因數補償控制器、自愈式低壓并聯電容器、串聯電抗器；

8.       電氣安全：電氣火災監控探測器、剩余電流探測器、電氣火災監控裝置、在線監控路燈計量、無線測溫顯示單元、故障電弧探測器、故障電弧傳感器、隔離電源絕緣監測裝置、醫療機構絕緣報警顯示儀、醫療醫院用隔離變壓器、工業用絕緣監測裝置、電氣防火限流式保護器；

9.       新能源：光伏采集裝置、電瓶車智能充電樁、汽車充電樁、光伏匯流采集裝置；

10.       數據中心/鐵塔基站：數據采集模塊、機房數據柜監控裝置、多回路電表、母線監控裝置、電力監控屏；

11.       智能網關：通信管理機、無線通信終端（無線通訊轉換器）、數據轉換模塊、串口服務器；

12.       電量傳感器：低壓電流互感器、開口式互感器、一次小電流互感器、0.2級電流互感器、低壓電動機保護器專用互感器、剩余電流互感器、霍爾傳感器、羅氏線圈電流變送器、模擬信號隔離器、有功功率變送器、無功功率變送器、直流電壓傳感器、浪涌保護器；

13.       環保監控：油煙在線監測儀、環保數據采集傳輸裝置；

進儲能群、電力群、光伏群；找供應商、找客戶、找圈子，

衛星：CDD-9888（分享資源 合作共贏）