能耗管理系统的设计与解决方案

摘要：阐述能耗管理平台系统中的数据中心、通信层、设备配置、系统软件设计，实现数据采集、基于GIS的能耗总揽、能耗分类统计分析、事件与告警信息管理、实时数据的存储、历史数据记录、监管平台安全的功能。

关键词：能耗管理，数据中心，能耗分类统计，事件与告警

能耗管理已经成为商业综合体各项管理过程中重要的措施之一，如何有效地对提供的能源进行监控，进而对采集的能源数据进行分析，然后制定出管理部门所需的各级报表，从而在能源消耗以及管理上提出改进计划已成为现阶段各商业综合体管理企业能源管理所面临的主要问题。建立以数据为基础的能耗监管平台，动态掌握企业的用能状况，建立科学的能耗模型，为推进节约型企业建设、实现企业节能减耗目标已大势所趋。本文以2020年底参建山东济南齐鲁之门A2A3商业综合体项目为例，项目是由绿地集团投资，总建筑面积22.88万m2，含商业、办公写字楼、酒店、公寓等形成的多业态的综合体，项目通过采用能耗管理系统，在节能减排方面取得了较好的成效。

1能耗管理系统的特点

作为商业综合体而言，能耗管理平台建设的目标是实现能耗数据化、管理动态化、数据可视化、节能指标化。为建筑节能节水政策和适应的建筑节能、节水技术方案，提高建筑物的资源能源利用效率。根据平台设计原则和目标，基于“集中管理，分布采集”的思想，系统构架基于企业智能化设备管理网络，减少系统建设成本。以企业以太网为主要媒介，分部门、对企业主要用能建筑、用能设施实施动态监测，构建可靠性强、效率高、共享度高的企业能耗数据库，建立能耗监测、统计平台，为企业设施节能对策提供决策支撑。

2 能耗管理平台的系统设计

能耗管理平台设有数据中心，负责数据收集、整理、加工供节能监管软件使用；设有现场数据网关，负责数据采集并提供给数据中心；数据网关和数据中心的联系依靠局域网完成。网络结构见图1。

图1能耗管理平台网络结构图

2.1 能耗管理平台的数据中心

数据中心结构。商业综合体的数据中心设在A座一楼，其主要设备包括：一台工作站主机、预留有接口并可扩展维护工作站，一台UPS备用电源、一台智能化核心交换机和一台打印机。工作站主机将商业综合体内所有的水、电的数据采集、进行数据加工，存入历史数据库建库；工作站可作为管理人员的人机接口，供管理人员实时掌握能耗的动态信息，并且通过能耗管理平台的各种能耗数据统计和分析功能，使得管理人员能及时发现各种能耗的异常状况，及时处理，减少能源消耗，达到节能监管的目的。

能耗管理平台通过一段时间对各类数据的采集，可以对本商业综合体内的水、电情况做出统计报表，通过对区域内设备的横向和纵向比对，可对建立本监管区域内各类型的单位能耗参考值，通过参考值可对本区域内的能耗大户进行有针对性的分析，从而为节能提供参考依据。同时将此参考值与其他建筑的能耗值做比对，也可实现同行业的比对，为今后的节能监管提供依据。能耗管理平台软件具备系统设备组态、数据通信处理、人机界面监控、远程操作、各类事件报警、实时及历史数据库建库及存储功能。

2.1.1通信层结构

通信层由数据网关、以太网交换机组成；支持TCP/IP、现场总线、Profibus-DP、MODBUS、DNP、IEC870-5、IEC61850、DLT645-1997等国际国内常见的设备规约，使商业综合体内的各种能源计量设备可以方便地直接接入系统。

监管平台使用商业综合体内智能化设备专网，供工作站主机、通信管理机（数据网关）等设备使用，确保能耗管理平台的数据安全性。

2.1.2现场仪表层构成

商业综合体的现场仪表层设备包括电能数据的计量仪表，建筑内分项电能的计量仪表，各级水表等能耗计量设备。

2.2能耗管理平台的通信层

商业综合体现场各种计量装置采用RS485总线通信，RS485总线采用屏蔽双绞线，现场计量仪表与数据网关之间采用屏蔽双绞线。屏蔽双绞线内部两芯采用双绞的方式，降低了RS485的传输损耗，再加上双绞线外一层铜丝屏蔽网，减少了外界干扰方面，通信效果较好。数据网关至数据服务器通过TCP/IP的智能化专网连接，所有的数据网关以就近的原则接入智能化设备专网，采用网线直连的方式，所有数据通过网络传输到数据服务器；工作站主机也通过网络与数据服务器相连。整个管理平台由数据中心、通信管理层和现场仪表层构成。

2.3系统设备配置

数据中心主要硬件配置：监控主站、UPS电源、打印机；系统软件配置：系统软件、数据库软件、能耗管理平台、其他工具软件；通信及现场智能仪表设备配置：包括智能化专网交换机及数据网关，智能化专网交换机配置KIEN3016非网管形以太网交换机，能适应较复杂的工作环境，具有16个电口，可保证通信的稳定可靠；数据网关，具有以下特点：采用ARM9平台，嵌入式LINUX操作系统，性能稳定可靠；支持RealCom/TTY驱动，兼容原有软件系统；具有TCPServer、TCPClient和UDP等通用透明传输模式；支持串口服务器直接对联模式和反向终端模式；可通过网页浏览器或TELNET终端进行配置管理；提供1个10/100M自适应网口，并且支持MDI,MDI-X自适应功能每个串口带有15KVESD浪涌保护，多种通信接口功能：2/4/8个可自由配置的串行接口。

2.4能耗管理平台的系统软件

能耗管理平台系统软件实现多任务，支持数据库跨平台连接，支持多种开放的数据库管理系统。能耗管理平台包括以下软件：操作系统：采用服务器专用操作系统软件，包括操作系统生成包、编译系统、诊断系统和各种软件维护、开发工具，操作系统具有良好的实时性能；防止数据文件丢失或破坏的功能；操作系统能有效地管理各种外部设备；数据库软件：数据库的规模能容纳全部系统并能够处理以后扩建接入的自动化系统所需的全部数据，并适合所需的各种数据类型。其各种性能指标能满足系统功能和性能的要求；其数据模型符合能耗监控及负荷管理的要求，便于数据规模的不断扩充和数据间形成的结构不断更新。

3能耗管理平台的实现

3.1能耗管理平台的功能

3.1.1分层分布式系统

整个系统分数据中心、通信层和现场仪表层。系统结构简洁明了，设备功能清晰明确。

强大的数据统计、分析功能：能耗管理平台对各级建筑的数据进行分类整理和加工，按照单位面积、环境因素及人流密度等参数对数据进行加工，进行多种样式的比对，如能耗排行榜，同期能耗柱状图比对。

3.1.2丰富的报表功能

能耗管理平台对统计分析出的各种能耗比对数据可以以报表的形式提供给客户，方便客户对各种能耗数据进行再加工。

3.1.3便利的短信告警功能

当能耗管理平台出现能耗数据异常时，可通过移动或联通的短信平台对负责平台运行的管理人员进行短信通知，使得异常情况能在较短时间得到处理。

3.2能耗管理平台的应用

能耗管理平台软件主要运行在数据服务器和工作站主机上，其主要功能是对商业综合体的能耗数据进行采集，整理，并进行数据统计、分析，实现对各个楼宇能耗的实时监控，对单位时间内的能耗做出统计，对出现的异常情况实时告警，完成商业综合体的节能监管。

3.2.1数据采集功能

能耗管理平台对配电室的运行状态和参数自动实时或定时进行采集，配电室配电过程输入、输出信号经滤波，检出事故、故障、状态信号和模拟信号参数变化，实时地更新数据库，为监控系统提供运行状态的数据，并作必要的预处理。平台对每个模拟量可设定上限、下限等阈值，对不同越限可选择不同的报警方式（音响、画面、打印）。能耗管理平台还可以以不同的形式（实时曲线、历史曲线、高密度曲线、饼图、棒型、报表）显示模拟量，反映模拟量的变化趋势，记录出现大小值的时间。

3.2.2基于GIS的能耗总揽功能

能耗管理平台采用流行的IE多文档窗口界面，画面可放大、缩小、打印。平台屏幕显示采用卫星地图，引入设备的GIS（地理位置）信息，在图纸准确标注；平台支持地图的缩放、导航功能。通过鼠标悬浮，可实时显示对应设备的实时数据、上一个单位时间的能耗值。平台已红色标记显示当前能耗排行前几位的楼宇，可提醒管理员注意观察。平台对能耗的排行可选择不同的统计时段，如日/月/年，进行多种比对，便于发现其中异常。地图信息可以在2D和3D之间随意切换。

3.2.3总能耗跟踪分析

平台可对商业综合体总能耗时进行跟踪，可以清晰地看出企业能耗的趋势图，掌握企业能耗在时间上的分布特点，分析能耗跟环境参数的依赖关系。平台支持对总能耗的柱状图显示，便于观察能耗的变化情况；支持已不同的时间跨度（日/月/年）对能耗统计显示；支持数据查询，可到每一天的数据查询；总能耗柱状图支持与上一个统计时间做能耗比对，方便数据的纵向比较；平台同画面中推出环境参数已折线图形式显示，便于对同期的能耗变化进行分析比对。

3.2.4能耗分类统计分析

平台对总能耗按照不同建筑物进行分类统计，排出当前统计时间内的耗能建筑，并用柱状图显示能耗数据。统计总功率可以和上一个统计周期的数据进行同期比对；平台可实现当前、本月、本年的耗电和耗水部门排行榜，以柱状图显示数据大小。

3.2.5事件、告警信息管理

平台当检测到数据网关、计量仪表等设备故障时，产生故障告警系统；平台检测到能耗的数据的异常时、超标时均可产生告警信息，需由操作人员进行报警确认。报警实时地显示在屏幕上，存入历史事项库中，供管理人员查询，并分类记录。能耗管理平台可通过、短信等方式向管理人员发出告警信息。

3.2.6通信处理

平台可接入支持SC-1801、CDT、DNP、MODBUS、IEC870-5-103、PROFIBUS、DH+、CC-Link等协议的RTU、PLC、智能仪表等子设备；也可以向支持SC-1801、CDT、DNP、MODBUS、IEC870-5-101、OPCSERVER等协议的区域数据中心发送数据。同时预留规约接口，使用户方便扩充通信规约。能耗管理平台可处理各种不同规约的信息，发送和接收遥测、遥信、系统对时，配置信息的请求、应答、报文，将实时数据按相同的数据格式存入实时数据库，从而为系统其他模块提供数据来源。

3.2.7 实时数据的存储

实时数据库是存于计算机内存中的反映系统各数据点当前状态或数值的数据库。保存从各数据网关采集上来的实时数据其数据在每次系统扫描周期后被刷新一次。在实时数据库中可以保存模拟量、计量量、设定点控制输出等多种类型的点。实时数据需有后备，一旦当前实时数据库被破坏，能及时恢复运行。

3.2.8 历史数据记录

周期性存贮到硬盘中的分时数据，对实时数据库及其他应用数据库中的每一个点可选定存储周期实现历史数据记录，为报表、曲线的生成提供数据源。同时记录事件顺序记录和异常事项记录及设备运行检修等，形成完整的历史数据库。历史数据库存储具有定时存储数据和在异常状态下存储历史数据的功能，提供访问历史数据库的接口并可随时查询和使用。

3.2.9 监管平台的安全

能耗监管平台各节点独立,每节点的退出不影响系统的其他部分。数据库的各节点均可独立修改,系统其他部分可正常工作。前置机的数量和功能也可根据一次系统的扩充而随之扩充。以上修改变动均不影响系统的正常工作和已保存的数据。

4 安科瑞建筑能耗分析系统

4.1概述

Acrel-5000web建筑能耗分析系统是用户端能源管理分析系统，在电能管理系统的基础上增加了对水、气、煤、油、热(冷)量等集中采集与分析，通过对用户端所有能耗进行细分和统计，以直观的数据和图表向管理人员或决策层展示各类能源的使用消耗情况，便于找出高耗能点或不合理的耗能习惯，有效节约能源，为用户进一步节能改造或设备升级提供准确的数据支撑。用户可按照国家有关规定实施能源计算，分析现状，查找问题，挖掘节能潜力，提出切实可行的节能措施，并向县级以上管理节能工作的部门报送能源计算报告。

4.2应用场所

适用于公共建筑、集团公司、工业园区、大型物业、学校、医院、企业等不同行业的能耗监测与管理的系统设计、施工和运行维护。

4.3系统功能

4.3.1系统概况

平台运行状态，当月能耗折算、地图导航，各能耗逐时、逐月曲线，当日，当月能耗同比分析滚动显示。

4.3.2用能概况

对建筑、部门、区域、支路、分类分项等用能进行对比，支持当日逐时趋势、当月逐日趋势曲线、分时段能耗统计对比、总能耗同环比对比。

4.3.3用能统计

对建筑、区域、分项、支路等结构按日、月、年报表的形式统计对分类能源用能进行统计，支持报表数据导出EXCEL，支持选择建筑数据进行生成

4.3.4复费率统计

复费率报表按日、月、年统计对单栋建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用电量及成本费用进行统计分析。支持数据导出到EXCEL。

4.3.5同比分析

对建筑、分项、区域、支路等用能按日、月、年以图形和报表结合的方式进行用能数据同比分析。

4.3.6能源流向图

能源流向图展示单栋建筑时段内各类能源从源头到末端的的能源流向，支持按原始值和折标值查看。

4.3.7夜间能耗分析

夜间能耗以表格、曲线、饼图等形式对选择支路分类能源在时段工作时间与非工作时间用能统计对比，支持导出报表。

4.3.8设备管理

设备管理包括，设备类型、设备台账、维保记录等功能。辅助用户合理管理设备，确保设备的运行。

4.3.9用户报告

用户报告针对选定的建筑自动统计各能源的月使用的同环比趋势，并提供简单的能耗分析结果，针对用电提供单独的复费率用能分析，报告可编辑。

5系统硬件配置

6 结语

随着现代社会的飞速发展，人们在物质和文化需求方面日益增长，我们的衣、食、住、行也关系着社会能源的利用和消耗，大量能源的消耗使得环境污染越来越严重，节能降耗面临压力比较大。我们各行各业都要不断增强能源节约意识和环境保护意识，进一步提高能源资源利用效率、节能降耗，相信在我们建筑行业，通过能耗管理系统可以为商业综合体提供一定的节能降耗。