淺談云能耗管理系統(tǒng)在某大型商場的應用與選型

張穎姣

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：依據對上海市某大型商場現(xiàn)場考察的結果，提出通過建設云能耗管理系統(tǒng)的方案來改善商場能耗的管理現(xiàn)狀。首先充分搜集建筑信息和設備運行工況，合理設計系統(tǒng)實施方案，解決現(xiàn)場數據采集和傳輸障礙，完成云能耗管理系統(tǒng)的建設，成功實現(xiàn)云能耗管理系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，提高商場運營管理效率;其次根據云能耗管理系統(tǒng)的統(tǒng)計結果，結合節(jié)能工程實際需要，在已有功能基礎上進行二次研發(fā)創(chuàng)新，設計出設備用能計時功能，并完成現(xiàn)場試驗，為未來的節(jié)能改造工程效果評估和項目驗收提供科學依據。

關鍵詞:云能耗管理系統(tǒng);信息采集;系統(tǒng)實施功能;計時

0引言

目前，能耗管理系統(tǒng)在鋼鐵生產、發(fā)電、成品油管道、大型公建等方面已得到廣泛研究與應用。大型公共建筑的高耗能特征一直備受社會關注，大型商場單位建筑面積能耗遠遠高于賓館飯店、寫字樓、綜合性商務樓和中央空調系統(tǒng)能量傳輸距離長、并且采用全空氣系統(tǒng);三是運行時間長，一般每天運行12h以上，不分工作日、休息日。

1云能耗管理系統(tǒng)系統(tǒng)

本研究將能耗管理系統(tǒng)應用于上海市某大型商場，完成系統(tǒng)設計與實施，并分析商場能耗的時

間分布特征。商場能耗管理系統(tǒng)主要依據上海市《公共建筑用能監(jiān)測系統(tǒng)工程技術規(guī)范》設計。

1.1信息采集

1.1.1建筑信息

商場由20世紀80年代建設的舊工廠改造而來，于2012年6月開始營業(yè)。商場總建筑面積

110401m2，其中餐飲建筑面積共23594m2，商場建筑面積共34937m2。各功能建筑的建筑面積如表1

所示。建筑結構信息如表2所示。

1.1.2能耗信息

商場的分類能耗包含水、電和天然氣。水和天然氣的主要消費對象是餐飲建筑。餐飲建筑的能耗由餐飲公司運營管理，能耗管理系統(tǒng)僅統(tǒng)計每月總能耗數據。會所用電設備主要包括照明、分體式中央空調系統(tǒng)分布如表4所示。

綜上，商場共有18臺中央空調主機，均采用2管制一次泵設計，安裝了施耐德的樓宇自動化系統(tǒng)，監(jiān)控計算機安放在監(jiān)控機房內。

1.2系統(tǒng)實施

按照能耗分類分項的原則，采用二級計量方案實現(xiàn)對商場能耗的監(jiān)測。一級按照建筑分區(qū)劃分，二級按照建筑樓層或者功能區(qū)(針對商場建筑)劃分。信息中心設置在5#樓工程部所在辦公室。

1.2.1存在問題

系統(tǒng)服務器管理對人員的計算機水平有一定要求，需要人力和財力投入。54個三相智能電表數據采集點均采集電壓、電流、峰谷平電量5個數據。數據采集量大，準確性要求高，嚴峻考驗數據采集器、能耗系統(tǒng)的采集能力和數據處理能力。采集點分散，傳輸距離遠，信號衰減嚴重。智能水表分散分布，數據采集布線成本較高。施耐德樓宇自動化系統(tǒng)(WorkplacePro)提供末端溫度、啟停時間等數據，數據共享需要解決數據接口與數據傳輸問題。

1.2.2解決方案

選用B/S架構云能耗管理系統(tǒng)，系統(tǒng)服務器由專業(yè)隊伍管理，穩(wěn)定、安全、有保障?，F(xiàn)場主要設備包含智能表計和通訊管理機，通訊管理機數據通過商場TCP/IP網絡上傳到云服務器。系統(tǒng)采用工業(yè)級數據采集通訊管理機，具有4個ＲS232/485端口和2個以太網口(選擇配置GPＲS模塊)。每個端口對應一條485總線，限制總線負載小于32臺，確保通信質量。該通訊管理機同時具備數據采集、存儲和轉發(fā)功能，支持離線存儲和斷點續(xù)傳(配備2GSD存儲卡)。通訊管理機采用多種技術來保證現(xiàn)場設備數據安全，包括限制數據訪問IP地址，設置測點的讀寫權限等。采用分組采集數據的方案，如將分布相對集的3#、4#、5#、6#分為一組，各分組的總線傳輸距離小于1200m，同時滿足總線負載設備臺數小于32部分建如7#停車場與商場一路之隔，相距較遠且布線困難。經現(xiàn)場試驗，無線信號(射頻)傳輸方式穿墻較多，且停車場墻體為信號阻隔較強的磚混結構，射頻信號衰減嚴重，數據基本無法傳出停車場，通信質量不合格。通過多次現(xiàn)場測試，*終選擇GPＲS信號傳輸方案實現(xiàn)停車場能耗數據上傳。7#單獨配備通訊管理機，將GPＲS數據直接上傳云服務器。智能水表選用無線遠傳智能水表，支持ModbusＲTU標準協(xié)議。智能水表與通訊管理機中間加設采集集中器，集中器采用無線透明傳輸技術，擴展水表數據的傳輸距離。能耗管理統(tǒng)需要采集商場室內外溫度和中央空調的啟停數據，數據源來自樓宇BA系統(tǒng)。經工程師多次現(xiàn)場勘察，通過施耐德工程師確認，可利用現(xiàn)有UNC交換機網口，使用BA系統(tǒng)的配置工具，開啟BACnet功能，選取室內外溫度和啟停信號數據并開放給能耗管理系統(tǒng)。通訊管理機通過網線連接到UNC交換機，并將采集到的數據轉發(fā)給云能耗管理系統(tǒng)。

2云能耗管理系統(tǒng)功能

能耗概覽主要面向高層管理者，提供商場能耗總覽，單位建筑面積能耗、碳排放、能耗排名、能源成本及構成等信息。顯示分類分項能耗實時或周、月、年變化趨勢。

數據分析包含分項分析、分區(qū)分析、示數查詢、能耗排名。管理人員根據時間、分項、分區(qū)等條件選擇性查詢商場能耗。示數查詢功能為用戶提供了所有智能電表電壓、電流、峰谷平電量歷史數據的查詢功能，顯示歷史變化曲線，時間范圍由秒到小時，用戶可根據需要自由設置。

報警管理記錄任何計量設備出現(xiàn)的異常情況和用能設備的異常用電情況。管理人員、工程人員都可以根據分類及時間條件查看異常歷史記錄。

單位信息展示項目單位及其下各個建筑的基本信息。包括基本信息欄、附加項信息欄、備注項信息欄。該商場包含多個建筑，可以通過下拉框進行篩選。BA系經數據共享方案如圖1所示。

報表管理為管理者查看商場的用電情況報表提供了便利，分為抄表記錄、支路用電、綜合統(tǒng)計、項目報告、用能計時等5個部分，選擇相關條件后，點擊“預覽”按鈕可以展示報表，點擊“導出”按鈕，報表會導出為excel格式，方面用戶再次編輯和打印。

計時功能是在能耗管理系統(tǒng)功能基礎上，結合節(jié)能公司工程應用經驗而二次研發(fā)設計的功能，無額外硬件投入。EMC合同能源管理照明節(jié)能改造效果評估指標之節(jié)能量計算需要2個重要參數，分別是照明負荷和照明時間。照明負荷可以根據現(xiàn)場統(tǒng)計的燈具數量、功率計算，而照明時間則通常是采用雙方商定的方法確定，容易引起爭議，且無法隨天氣、季節(jié)、客流量(商場)等因素變化而變化，與實際照明時間存在偏差。

計時功能分中央空調系統(tǒng)運行時間是利用BA系統(tǒng)的啟停數據統(tǒng)計空調系統(tǒng)運行時間。照明計時功能是根據有功電能遞增斜率判斷回路照明的開關狀態(tài)并統(tǒng)計照明燈具開啟時間。如果智能電表僅測量單一回路，如以下室外燈箱照明回路，僅需判斷遞增斜率大于0即可;如果測量多個回路，需要首先了解每日回路開關組合規(guī)律及大致開關時間點，結合回路照明負荷或者歷史有功電能變化曲線，確定各開關組合依次開啟時功電能的遞增斜率，確定合理閥值作為回路開啟判斷的依據。如果智能電表為單相表，可以直接通過電流的變化來判斷照明回路的開關狀態(tài)。室外燈箱有功電能變化曲線如圖2所示。用能計時結果范例如圖5所示。

6）個人設定用于配置用戶的個人設定。用戶可以在此頁面中修改自己的基本信息。

3Acrel-EIOT能源物聯(lián)網云平臺

（1）概述

Acrel-EIoT能源物聯(lián)網開放平臺是一套基于物聯(lián)網數據中臺，建立統(tǒng)一的上下行數據標準，為互聯(lián)網用戶提供能源物聯(lián)網數據服務的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯(lián)網傳感器，選配網關，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業(yè)數據服務。

該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監(jiān)測、電能質量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，并支持多平臺、多語言、多終端數據訪問。

（2）應用場所

本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統(tǒng)集成商、小型物業(yè)、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業(yè)能耗、智能燈塔、電力運維等領域。

（3）平臺結構

（4）平臺功能

◆電力集抄

電力集抄模塊可以實現(xiàn)對各種監(jiān)測數據的查詢、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實現(xiàn)供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測'、遙信、遙控控制，對系統(tǒng)進行綜合檢測和統(tǒng)一管理；在數據資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內各設備運行（包括歷史和實時參數，并根據實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節(jié)約人力資源。

變壓器監(jiān)控

配電圖

◆能耗分析

能耗分析模塊采用自動化、信息化技術，實現(xiàn)從能源數據采集、過程監(jiān)控、能源介質消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學化管理，使能源管理、能源生產以及使用的全過程有機結合起來，運用先進的數據處理與分析技術，進行離線生產分析與管理，實現(xiàn)全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調度，優(yōu)化能源介質平衡、有效利用能源，提高能源質量、降低能源消耗，達到節(jié)能降耗和提升整體能源管理水平的目的。

能耗概況

◆預付費管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶及權限分配，查看系統(tǒng)日志等功能；

2）系統(tǒng)配置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數進行配置；

3）用戶管理：對商鋪用戶執(zhí)行開戶、銷戶、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作；

4）售電管理：對已開戶的表進行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作；

5）售水管理：對已開戶的表進行遠程售水、退水、記錄查詢等操作；

6）報表中心：提供售電、售水財務報表、用能報表、報警報表等查詢，本系統(tǒng)所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導出。

預付費看板

◆充電樁管理

通過物聯(lián)網技術，對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監(jiān)控，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務管理、變壓器監(jiān)控、運營分析、基礎數據管理等功能。

充電樁看板

◆智能照明

智能照明通過物聯(lián)網技術對安裝在城市各區(qū)域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進行不間斷地數據監(jiān)測，也可以實現(xiàn)定時開關策略配置及后臺遠程管理和移動管理等，降低路燈設施的維護難度和成本，提升管理水平，并達到一定節(jié)能減掛的效果。

監(jiān)控頁面

◆安全用電

安全用電采用第一時間的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實現(xiàn)“防患于未然”的目的。

◆智慧消防

通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監(jiān)管等目標。填補了原先針對“九小場所”和?；飞a企業(yè)無法有效監(jiān)控的空白，適應于所有公建和民建，實現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實現(xiàn)智慧消防“自動化”、“智能化”、“系統(tǒng)化”、用電管理“精細化”的實際需求。

（5）系統(tǒng)硬件配置

分類	產品型號	外觀	產品功能
無線測溫	ARTM-Pn		可監(jiān)測電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、電能，可接收60個無線溫度傳感器溫度
	ATC600		ATC600有2種工作模式：終端(-C)、中繼(-Z)，可根據項目布局選擇配置。可接收240個無線溫度傳感器溫度
光伏監(jiān)控	AGF		光伏電池串開路報警，可以配合組串電壓進行綜合判斷；帶3路開關量狀態(tài)監(jiān)測，用于采集直流斷路器、防雷器等輸出空接點狀態(tài)；一次電流采用穿孔方式接入，安裝方便，安全性高；測量元件采用霍爾傳感器，隔離測量*大電流20A；電壓測量功能可測量母線電壓*高DC1500V
電力監(jiān)控	AEM96		三相電力參數測量、電壓和電流的相角、四象限電能計量、復費率、*大需量、歷史電能統(tǒng)計、開關量事件記錄、歷史極值記錄、31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）、開關量、報警輸出
	APM系列		全電量測量，四象限電能，復費率電能，儀表內部溫度測量，總有功、總無功、總視在電能脈沖輸出、秒脈沖等可選。三相電流、有功功率、無功功率、視在功率實時需量及*大需量(包含時間戳)。電流、線電壓、相電壓、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數、頻率、電流總諧波、電壓總諧波的本月極值和上月極值(包含時間戳)。中文顯示，有功電能0.2s級。
預付費	DDSY		單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。有功電能計量（正、反向），A、B、C分相正向有功電能，支持4個時區(qū)、2個時段表、14個日時段、4個費率*大需量及發(fā)生時間，實時需量，歷史凍結數據購電記錄；8位段式LCD顯示、背光顯示；有功電能脈沖輸出；有功電能精度1級，無功電能0.5s級。
	DTSY		三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。有功電能計量（正、反向），A、B、C分相正向有功電能，支持4個時區(qū)、2個時段表、14個日時段、4個費率*大需量及發(fā)生時間，實時需量，歷史凍結數據購電記錄；8位段式LCD顯示、背光顯示；有功電能脈沖輸出；有功電能精度1級，無功電能0.5s級。
智能抄表	ADL200		單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量?？傠娔苡嬃浚ǚ聪蛴嬋胝颍?，3個月歷史電能數據凍結存儲；8位段式LCD顯示；有功電能脈沖輸出；有功電能精度1級，無功電能2級。
	ADL400		三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。（正、反向）有功、無功電能計量；A、B、C分相正向有功電能計量；2-31次諧波電壓電流；12位段式LCD顯示、背光顯示，電能精度0.5s級。
	ADW210		4路三相電壓、電流、功率、功率因數、頻率測量；電壓電流相角、電壓電流不平衡度測量；電壓電流2-31次分次諧波及總畸變測量；當月及上三月的電壓、電流、功率極值記錄；*大需量及上十二月歷史需量記錄；事件記錄、復費率、四象限電能及歷史電能記錄；支持12路開關量輸入4路開關量輸出；支持12路測溫4路剩余電流測量；有功電能精度1級。
	ADW300		三相電壓、電流、功率、功率因數、頻率測量；電壓電流相角、電壓電流不平衡度測量；電壓電流2-31次分次諧波及總畸變測量；當月及上三月的電壓、電流、功率極值記錄；*大需量及上十二月歷史需量記錄；事件記錄、復費率、四象限電能及歷史電能記錄；支持4路開關量輸入、2路開關量輸出；支持4路測溫；支持1路剩余電流測量；支持本地顯示及按鍵設置；有功電能精度1級。 通訊方式：支持RS485通訊、Lora無線通訊、4G通訊；WIFI通訊
直流電能表	DJSF1352		1.精度：1級或0.5級，帶±12V電壓輸出用于霍爾傳感器供電 2.測量：電壓、電流、功率、正反向電能，支持雙路計量。
電氣安全	ARCM300-Z		三相（I、U、Kw、Kvar、Kwh、Kvarh、Hz、cosΦ），視在電能、四象限電能計量，單回路剩余電流監(jiān)測，4路溫度監(jiān)測，2路繼電器輸出，2 路開關量輸入，支持斷電報警上傳
	AAFD-DU		監(jiān)測故障電弧、漏電、溫度 兩路無源干接點（開關量）輸入 兩路無源常開觸點（開關量）輸出
充電樁	ACX系列		充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 支持投幣、刷卡，掃碼、免費充電，
	AEV_AC007		額定功率7kW,單相三線制，防護等級IP65,具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用。 通訊方式：4G、藍牙、Wifi
智慧照明	ASL200		遙控輸出 兩路無源干接點（開關量）輸入 兩路無源常開觸點（開關量）輸出

4結束語

該項目將云概念導入能耗管理系統(tǒng)，結合上海市的能耗管理系統(tǒng)工程規(guī)范，根據現(xiàn)場調研結果，充分利用商場已有條件，設計系統(tǒng)實施方案，完成能耗管理平臺的建設與運行。根據前期運行結果，創(chuàng)新性地研發(fā)出系統(tǒng)的空調設備和照明設備的計時功能，一方面完善了系統(tǒng)功能，另一方面便利了節(jié)能改造工程的效果評估。目前，商場云能耗管理系統(tǒng)已通過驗收并正常運行。

參考文獻

［1］魏慶芃，張曉亮，王遠，等．北京市大型商場用能現(xiàn)狀與主要節(jié)能策略［J］．暖通空調，2006，36(刊):114－118．

［2］林靜，李洪臣，施春暉，蔣文榮.云能耗管理系統(tǒng)在某大型商場的應用

［3］企業(yè)微電網設計與應用手冊2022.05版.

審核編輯 黃宇