劉細鳳
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
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,提高能源使用效率,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模化發展,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,提高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,提高供電的可靠性和停電響應的及時性,滿足高質量的用電需求。
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,提高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:指分布于高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,提高發電設備效率、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，便于找出高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
應用場景 | 型號 | 圖 片 | 保護功能 |
建筑能耗管理系統 | Acrel-5000web | 
| 采用泛在物聯、云計算、大數據、移動通訊、智能傳感等技術手段可為用戶提供能源數據采集、統計分析、能效分析、用能預警、設備管理等服務，平臺可以廣泛應用于多種領域。 |
智能網關 | ANet-1E2S1 | 
| 采用嵌入式硬件計算機平臺，具有多個下行通信接口及一個或者多個上行網絡接口，作為信息采集系統中采集終端與平臺系統間的橋梁，能夠根據不同的采集規約進行水表、氣表、電表、微機保護等設備終端的數據采集匯總，并使用相應的規約轉發現場設備的數據給平臺系統。 |
高壓重要回路或低壓進線柜 | APM810 |
| 具有全電量測量，電能統計，電能質量分析及網絡通訊等功能，主要用于對電網供電質量的綜合監控診斷及電能管理。該系列儀表采用了模塊化設計，當客戶需要增加開關量輸入輸出，模擬量輸入輸出，SD卡記錄，以太網通訊時，只需在背部插入對應模塊即可。 |
APM520 | 
| 三相全電量測量，2-63次諧波，不平衡度，支持付費率，越限告警，SOE,4-20mA輸出。 |
低壓聯絡柜、出線柜 | AEM96 | 
| 三相多功能電能表，均集成三相電力參數測量及電能計量及考核管理，提供上24時、上31日以及上12月的電能數據統計。具有63次分次諧波與總諧波含量檢測，帶有開關量輸入和繼電器輸出可實現“遙信"和“遙控"功能，并具備告警輸出，可廣泛應用于多種控制系統，SCADA系統和能源管理系統中。 |
動力柜 | ACR120EL | 
| 測量所有的常用電力參數，如三相電流、電壓，有功、無功功率，電度，諧波等，并具備完善的通信聯網功能，非常適合于實時電力監控系統。 |
DTSD1352 | 
| DIN35mm導軌式安裝結構，體積小巧，能測量電能及其他電參量，可進行時鐘、費率時段等參數設置，精度高、可靠性好、性能指標符合國標GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和電力行業標準DL/T614-2007對電能表的各項技術要求，并且具有電能脈沖輸出功能；可用RS485通訊接口與上位機實現數據交換。 |
AEW100 | 
| 三相全電量測量，剩余電流、2-63次諧波，支持付費率，量值、電纜溫度，可選2G/4G通訊。 |
照明箱 | DTSD1352 | 
| DIN35mm導軌式安裝結構，體積小巧，能測量電能及其他電參量，可進行時鐘、費率時段等參數設置，精度高、可靠性好、性能指標符合國標GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和電力行業標準DL/T614-2007對電能表的各項技術要求，并且具有電能脈沖輸出功能；可用RS485通訊接口與上位機實現數據交換。 |
DDSD1352 | 
| DDSD1352單相電子式電能表主要用于計量低壓網絡的單相有功電能，同時可測量電壓、電流、功率等電量，具有紅外通訊功能，并可選配RS485通訊功能，方便用戶進行用電監測、集抄和管理。可靈活安裝于配電箱內，實現對不同區域和不同負荷的分項電能計量，統計和分析。 |
DDS1352 | 
| 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，正反向電能計量，紅外及RS485通訊，電流規格10（60）A，有功電能精度1級。無功精度2級，尺寸:1P |
ADW300/4G | 
| 計量低壓網絡的三相有功電能，具有RS485通訊和470MHz無線通訊功能，方便用戶進行用電監測、集抄和管理。可靈活安裝于配電箱內，實現對不同區域和不同負荷的分項電能計量，統計和分析。 |
ARCM300T-Z-4G | 
| 三相全電量測量，剩余電流、2-63次諧波，支持付費率，量值、電纜溫度，可選2G/4G通訊。 |
給水管道 | 水表 | 
| 計量流經給水管道用水的體積總量，適用于單向水流，采用電子直讀技術，通過RS485總線直接輸出表盤數據。 |
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,確保了系統具備高可維護性及高可擴展性。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
[1]胡江溢,王鶴,周昭茂.電力需求側管理的國際經驗及對我國的啟示[J].電網技術,2007,31(18):10-14.
[2]康重慶,陳啟鑫,夏清.低碳電力技術的研究展望[J].電網技術,2009,33(2):1-7.
[3]董文茂.能源電廠推動中國節能[J]I環境,2007(3):84-861DONGWen 2mao I Energy Efficiency Powerplant Pushs Energy Saving of China[J].1Environment,2007(3):84-861.
[4]翟青,康艷兵,牛波.美國節能管理工作特點及對我國的啟示中國能源,2003,25(7):8-141.
[5]高秀英.淺論電能質量的問題與改善措施.[J].應用能源技術,2010,4:41-45.
[6]鄧清平,王廣宏.能源管理信息系統中信息技術應用[J].節能環保,2007,(12):36-38.
[7]Jiang Lin,Charles Goldman.Developing An Energy Efficiency Industry in Shanghai[M].US: United States University of California,2004.
[8]MOSKOVITZDW,周伏秋,郁聰,等.大力推行能源電廠,支持實現國家節能減排目標[J].電力需求側管理,2007,9(4):2-51.
[9]蘇曉華,初艷鯤.VR技術在建筑設計中的應用[J].森林工程,2006,22(5):51-53.
[10]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版.
[11]靳曉剛, 葉 舟, 張慎明. 智能樓宇能源管理研究.
作者介紹：
劉細鳳，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為建筑能耗系統的設計與應用，
11
