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(tǒng)的架構(gòu),并進行了系統(tǒng)設(shè)計,從而實現(xiàn)樓宇能源的監(jiān)測與管理。該系統(tǒng)在保證樓宇環(huán)境的前提下,同時能夠優(yōu)化能耗系統(tǒng)的運行,降低樓宇能耗。

關(guān)鍵詞：智能樓宇;能源管理;節(jié)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(xiàn)建筑節(jié)能是必然的選擇。對建筑執(zhí)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(diào)、照明、采暖、電梯以及辦公設(shè)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(jīng)成為大樓業(yè)主關(guān)注的問題。

針對這一現(xiàn)狀,智能樓宇未來的發(fā)展方向必將是節(jié)能環(huán)保及多領(lǐng)域技術(shù)規(guī)?；l(fā)展,以樓宇能源管理為核心,將所有與用能相關(guān)的系統(tǒng)進行集成,并進行協(xié)調(diào)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(xiàn)樓宇的智能化,達到節(jié)能減排的綜合效應,提升樓宇的品質(zhì)。

1. 智能樓宇能源管理架構(gòu)

智能樓宇能源管理是對智能樓宇的照明、動力、通風、空調(diào)、安防等系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)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(jiān)控等系統(tǒng),對用戶供能系統(tǒng)、用能設(shè)備、樓宇分布式能源、儲能設(shè)備等進行監(jiān)控、分析、控制及評估,以用戶能源管理為核心,支持微網(wǎng)的獨立運行,實現(xiàn)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(shè)計的其系統(tǒng)架構(gòu)圖見圖1智能樓宇能源管理整體架構(gòu)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(tǒng)提供基礎(chǔ)的信息支撐。

樓宇配電自動化系統(tǒng)完成樓宇配電系統(tǒng)的智能開關(guān)設(shè)備、公共用電設(shè)施監(jiān)測控制、故障自動檢測與故障隔離、電能質(zhì)量控制等,實現(xiàn)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(zhì)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(jiān)控、保護裝置組成的集合體,具有參與電網(wǎng)錯峰避峰,使用清潔能源,節(jié)能減排,發(fā)展低碳經(jīng)濟的作用。

樓宇自動化系統(tǒng)是采用優(yōu)化的控制手段并結(jié)合現(xiàn)代計算機技術(shù)對樓宇各系統(tǒng)設(shè)備進行有效的監(jiān)控和管理,使各子系統(tǒng)設(shè)備始終處于有條不紊、協(xié)同一致、有序狀態(tài)下運行,確保建筑物內(nèi)的環(huán)境,同時降低建筑物能耗。

圖1智能樓宇能源管理整體架構(gòu)圖

2.智能樓宇能源管理系統(tǒng)設(shè)計

基于以上系統(tǒng)集成及功能需求,智能樓宇能源管理系統(tǒng)設(shè)計采用分層分布式結(jié)構(gòu),系統(tǒng)自上而下共分三層:

監(jiān)控管理層:為現(xiàn)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(zhì)量信息,各子系統(tǒng)運行狀態(tài)及用能信息等),制定能量優(yōu)化策略,優(yōu)化設(shè)備運行,通過聯(lián)動控制實現(xiàn)能源管理,提高經(jīng)濟效益及環(huán)境效益。

通信層:使用通信網(wǎng)關(guān)機將各個子系統(tǒng)所使用的非標準通信協(xié)議統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為標準的協(xié)議,將監(jiān)測數(shù)據(jù)及設(shè)備運行狀態(tài)傳輸至智能樓宇能源管理平臺。

現(xiàn)場設(shè)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(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)等。

圖2能源管理平臺分層設(shè)計圖

能源管理系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備層是整個系統(tǒng)的硬件支撐平臺,是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源,設(shè)計清晰合理的現(xiàn)場設(shè)備層是樓宇智能用電能源管理系統(tǒng)實現(xiàn)的基礎(chǔ)。

能源管理系統(tǒng)接入的設(shè)備種類多樣,所使用的物理接口類型及協(xié)議類型比較復雜,所傳輸數(shù)據(jù)種類也不盡相同,為了確保智能樓宇能源管理系統(tǒng)的可維護性和可擴展性,所有的設(shè)備均將測量數(shù)據(jù)及設(shè)備運行狀態(tài)等送至通信網(wǎng)關(guān)機,通信網(wǎng)關(guān)機使用對應的通信協(xié)議進行解析,并將所有數(shù)據(jù)按照設(shè)定的順序打包為統(tǒng)一標準的協(xié)議,送至智能樓宇能源管理監(jiān)控管理層,

監(jiān)控管理層是智能樓宇能源管理系統(tǒng)的核心,它負責以圖形化的方式向用戶提供實時監(jiān)測,數(shù)據(jù)分析,電能質(zhì)量分析,能源評估等功能,并通過交互式技術(shù)向用戶提供用能策略制定及聯(lián)動控制等功能,具體功能如下所述。

實時信息監(jiān)測

(1)實時供用能信息。

(2)清潔能源使用情況,體現(xiàn)清潔能源的環(huán)保性和經(jīng)濟性等信息。

(3)使用APF、SVC+等設(shè)備帶來的電能質(zhì)量優(yōu)化及動態(tài)補償?shù)男畔ⅰ?/p>

(4)新型節(jié)能設(shè)備的節(jié)能運行信息。

(5)電動汽車充放電運行信息。

(6)樓宇自控系統(tǒng)運行信息。

歷史用能情況分析

(1)各個用能系統(tǒng)不同時段能源使用量對比

(2)各個用能系統(tǒng)能耗等級分析

(3)根據(jù)用電量模擬多部制電價賬單

(4)分析不同時段的電能質(zhì)量信息

等能量優(yōu)化控制策略

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

(2)基于不同電價結(jié)構(gòu),制定經(jīng)濟性用電策略,實現(xiàn)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(wǎng)壓力,提高發(fā)電設(shè)備效率、延長使用壽命

(4)對用電負荷、電能質(zhì)量及電價架構(gòu)進行綜合分析,制定新能源并網(wǎng)策略及電動汽車充放電系統(tǒng)充放電策略,實現(xiàn)節(jié)能減排

聯(lián)動控制

(1)根據(jù)樓宇環(huán)境參數(shù)及當前用能情況,調(diào)節(jié)空調(diào)及通風系統(tǒng)運行策略

(2)根據(jù)能量優(yōu)化控制策略實現(xiàn)對各個子系統(tǒng)的遠程控制,并通過運行結(jié)果說明能量優(yōu)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(shù)據(jù)支持。

3.安科瑞建筑能耗分析系統(tǒng)

3.1概述

Acrel-5000web建筑能耗分析系統(tǒng)是用戶端能源管理分析系統(tǒng)，在電能管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)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(tǒng)計，以直觀的數(shù)據(jù)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(jié)約能源，為用戶進一步節(jié)能改造或設(shè)備升級提供準確的數(shù)據(jù)支撐。用戶可按照國家有關(guān)規(guī)定實施能源計算，分析現(xiàn)狀，查找問題，挖掘節(jié)能潛力，提出切實可行的節(jié)能措施，并向縣級以上管理節(jié)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(yè)園區(qū)、大型物業(yè)、學校、醫(yī)院、企業(yè)等不同行業(yè)的能耗監(jiān)測與管理的系統(tǒng)設(shè)計、施工和運行維護。

3.3系統(tǒng)功能

3.3.1系統(tǒng)概況

平臺運行狀態(tài)，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(qū)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(tǒng)計對比、總能耗同環(huán)比對比。

3.3.3用能統(tǒng)計

對建筑、區(qū)域、分項、支路等結(jié)構(gòu)按日、月、年報表的形式統(tǒng)計對分類能源用能進行統(tǒng)計，支持報表數(shù)據(jù)導出EXCEL，支持選擇建筑數(shù)據(jù)進行生成柱狀圖。

3.3.4復費率統(tǒng)計

復費率報表按日、月、年統(tǒng)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(tǒng)計分析。支持數(shù)據(jù)導出到EXCEL。

3.3.5同比分析

對建筑、分項、區(qū)域、支路等用能按日、月、年以圖形和報表結(jié)合的方式進行用能數(shù)據(jù)同比分析。

3.3.6能源流向圖

能源流向圖展示單棟建筑指定時段內(nèi)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指定時段工作時間與非工作時間用能統(tǒng)計對比，支持導出報表。

3.3.8設(shè)備管理

設(shè)備管理包括，設(shè)備類型、設(shè)備臺賬、維保記錄等功能。輔助用戶合理管理設(shè)備，確保設(shè)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(tǒng)計各能源的月使用的同環(huán)比趨勢，并提供簡單的能耗分析結(jié)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(tǒng)硬件配置

應用場景	型號	圖 片	保護功能
建筑能耗管理系統(tǒng)	Acrel-5000web		采用泛在物聯(lián)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動通訊、智能傳感等技術(shù)手段可為用戶提供能源數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計分析、能效分析、用能預警、設(shè)備管理等服務，平臺可以廣泛應用于多種領(lǐng)域。
智能網(wǎng)關(guān)	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(wǎng)絡(luò)接口，作為信息采集系統(tǒng)中采集終端與平臺系統(tǒng)間的橋梁，能夠根據(jù)不同的采集規(guī)約進行水表、氣表、電表、微機保護等設(shè)備終端的數(shù)據(jù)采集匯總，并使用相應的規(guī)約轉(zhuǎn)發(fā)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)給平臺系統(tǒng)。
高壓重要回路或低壓進線柜	APM810		具有全電量測量，電能統(tǒng)計，電能質(zhì)量分析及網(wǎng)絡(luò)通訊等功能，主要用于對電網(wǎng)供電質(zhì)量的綜合監(jiān)控診斷及電能管理。該系列儀表采用了模塊化設(shè)計，當客戶需要增加開關(guān)量輸入輸出，模擬量輸入輸出，SD卡記錄，以太網(wǎng)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(lián)絡(luò)柜、出線柜	AEM96		三相多功能電能表，均集成三相電力參數(shù)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(shù)據(jù)統(tǒng)計。具有63次分次諧波與總諧波含量檢測，帶有開關(guān)量輸入和繼電器輸出可實現(xiàn)“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(tǒng)，SCADA系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)中。
動力柜	ACR120EL		測量所有的常用電力參數(shù)，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(lián)網(wǎng)功能，非常適合于實時電力監(jiān)控系統(tǒng)。
	DTSD1352		DIN35mm導軌式安裝結(jié)構(gòu)，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(shù)設(shè)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(yè)標準DL/T614-2007對電能表的各項技術(shù)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(xiàn)數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)，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(shù)設(shè)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(yè)標準DL/T614-2007對電能表的各項技術(shù)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(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
	DDSD1352		DDSD1352單相電子式電能表主要用于計量低壓網(wǎng)絡(luò)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(jiān)測、集抄和管理?？伸`活安裝于配電箱內(nèi)，實現(xiàn)對不同區(qū)域和不同負荷的分項電能計量，統(tǒng)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(guī)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(wǎng)絡(luò)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(jiān)測、集抄和管理?？伸`活安裝于配電箱內(nèi)，實現(xiàn)對不同區(qū)域和不同負荷的分項電能計量，統(tǒng)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(jīng)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(shù)，通過RS485總線直接輸出表盤數(shù)據(jù)。

5.結(jié)論

智能樓宇能源管理是對樓宇能耗進行數(shù)字化和集成化,通過采集設(shè)備運行狀態(tài)、能耗信息、報警及歷史數(shù)據(jù)等信息,結(jié)合實際運行負荷需求和電價政策,結(jié)合新的能源供電模式和新型的用能設(shè)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(shè)備進行協(xié)調(diào)控制,以實現(xiàn)樓宇用能的智能化。

智能樓宇能源管理系統(tǒng)在設(shè)計上對智能樓宇各個供用能系統(tǒng)進行了系統(tǒng)的劃分及分析,使用了分層分布式結(jié)構(gòu)進行設(shè)計,集成多個閉環(huán)子系統(tǒng),使用組態(tài)方式實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)分析及展示功能,確保了系統(tǒng)具備高可維護性及高可擴展性。該系統(tǒng)的運行在保證樓宇環(huán)境的前提下,能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化樓宇供用能系統(tǒng)的運行,同時降低智能樓宇的能源消耗。.

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作者介紹：

聞什益，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(tǒng)的設(shè)計與應用，手機：13564425781（微信同號）

審核編輯 黃宇