高等學校能源管理系統平臺的研究

安科瑞 鮑靜君

　　摘要：能源與發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境，近年來辦學規模、校園面積、師生數量急劇增長，對能源的消耗也大幅提高。為抑制能源不合理增長，實現低碳發展，本文通過對校園能源管理平臺的研究，以達到使用網絡系統對能源進行監測、控制和降低消耗的目標。

　　關鍵詞：能源;管理平臺;數據采集分析;網絡

　　一、引言

　　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，并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系統的研制給予較大的投入，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，該系統平臺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系統化管理。由于國外高等學校的發展歷史較長，社會化程度高，在能源的管理和控制上已納入了社區系統管理。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，而高等學校節能管理方面，業務技術水平參差不齊，資金投入有限，無法實現節能改造，能耗監控和管理。同時隨著我國高等學校辦學規模、校園面積、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，抑制能源需求的不合理增長，是高等學校節能降耗所面臨的一個重要問題。國外的能源管理系統對于我國高校的能源管理來說，并不相適應，在管理體系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制的能源降耗管理平臺。目前國內高等學校在新校區的建設和老校區的改造中，逐步引入了建筑自動化管理系統(BAS)和物業管理系統(FMS)，并通過這些系統來進行建筑能耗的管理。鑒于此，本文構建了基于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臺，實現了數據共享、能源監測、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、設施設備之間的關系，改善優化能源環境。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據集中器或遠程抄表技術，能源管理平臺系統軟件。

　　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，由于其機械齒輪易于磨損，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。目前由于技術的更新換代，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，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，可以將控制命令和數據文件下載到相關設備中，并控制一組電表或一個電表。數據集中器除了可以采集數據外，還可以增加控制過程，如安全檢測和遠程控制能力，在系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，實現對不同能耗設施設備及各種子系統的數據集成，基于標準的Microsoft架構和成熟的網絡服務(SQLServer等)以及通信協議(TCP/IP、HTTP、FTP等)與能源管理平臺互聯。能源數據可以利用校園網在不同的子系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.能源管理系統應用軟件

　　能源管理平臺是基于現代電子與信息技術，應用遠程網絡傳輸系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制的智能管理平臺，平臺的建立可以利用學校的校園網絡，并基于現有的BAS、FMS或其它系統運行。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，以保證整個系統平臺的穩定、可靠，同時兼顧可擴展性和易維護性原則。整個系統以開放式架構，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。系統軟件可以做成以web－service為接口的、多功能開放軟件，能夠用來管理、控制和配置水、電等能源表具和數據采集器。系統與目前的網絡系統相兼容，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。允許系統遠程控制表具的開關，適應不同大小規模的系統運行，維系從表具、采集器到服務器乃至整個系統的時鐘。系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，系統平臺以視窗界面呈現，實現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，使能源的利用較大效益化，避免造成整個能源網內的故障。

　　三、高等學校能源管理平臺的功能實現

　　校園能源管理平臺，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、管理和控制。BAS與FMS系統做為現代化大型建筑與社區物業管理的常用系統，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，利用上述系統和校園網絡，實現能源使用的監測、控制和管理是可行的。借助校園網絡以及BAS與FMS系統，該平臺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。如整個系統或局部單元出現能耗異常，可立即顯示異常部位并示警，便于管理人員及時發現和處理異常情況。平臺在運轉中可以實現如下功能:

　　1.數據采集功能

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

　　2.用能監控功能

　　能源管理平臺可以實時對能源的使用進行監控、故障示警、異常報告。平臺做為整個校區能耗的控制中心，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。平臺的監視功能還包括能源輸送系統的各類變化，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

　　管理平臺對采集的能源實時數據，通過網絡傳輸到終端，匯總到平臺工作站，借助平臺的用戶查詢界面，可以對各類數據進行匯總、歸檔和分析，并提供過程曲線。管理平臺還可以按時間分布、數值類型、建筑分類等對歷史數據進行監控和管理。對于匯總的計量與統計數據，在平臺對采集的原始數據進行核查后，可以按的時間、要求輸出系統報表。

　　四、系統功能

　　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。

       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.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。

       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。

       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。

       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。

       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。

       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。

　　五系統硬件配置

　　六、結束語

　　我國能源短缺的現狀，今后仍將是制約國民經濟發展的瓶頸。網絡化能源管理平臺的建立，符合我國能源發展的長遠戰略。本文通過對能源管理系統的研究，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能意識，高效率的降低能耗。在實際應用中可以通過對現有管理系統的擴展，依賴互聯網絡(校園網)，實現能源的高水平管理和使用。這一平臺的實現，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。

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