高等学校能源管理系统平台的研究

张培

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：能源与发展的矛盾已成为当今世界关注的焦点，高等学校做为一个特定的环境，近年来办学规模、校园面积、师生数量急剧增长，对能源的消耗也大幅提高。为抑制能源不合理增长，实现低碳发展，本文通过对校园能源管理平台的研究，以达到使用网络系统对能源进行监测、控制和降低消耗的目标。

关键词：能源;管理平台;数据采集分析;网络

一、引言

新世纪以来，国际社会对能源和发展的矛盾日益突出。由于我国的能源比较短缺，因此，必须把资源的合理使用，并把它作为一种长期的战略方法来促进经济和社会的发展。近年来，德国西门子公司研发的 Simaris管理软件已被大量应用于各大商业区和住宅区，并为用户提供全面的能源管理服务。在亚洲，如日本，韩国等国家，大部分的能源监测系统也已被系统地进行。由于国外高校具有悠久的发展历史和高度的社会化，因此，我国高校的能源管理与控制已经被纳入到了社区系统的管理之中。我国高校因行政隶属关系，其能源利用仍由高校控制，且有些设施设备使用年久，而高校的节能管理工作，技术水平参差不齐，经费投入不足，难以全面实施节能改造、能耗监测与管理。同时，由于高校规模的迅速扩大，校园面积的扩大，师生的数量也随之增加，能耗也随之增加。提高高校的能源利用率，遏制不合理的发展，是当前高校节能工作中亟待解决的重大课题。国外的能源管理制度与我国高校的能源管理制度不能很好地适应，其运行机制也与我国国情不同，因此，我国高校必须构建适合我国国情的节能管理平台。我国高校在新建校园、旧校园改造过程中，逐渐引进了 BAS、 FMS，并利用它们实现对建筑能源消耗的控制。针对这种情况，本论文设计了以互联网/LAN/无线/GPRSZ、 ZigBee等通讯网络为基础的校园能源管理平台，并将其应用于校园网，以达到数据共享、能源监测、在线控制等目的。

二、高等学校能源管理平台的构建

校园能源管理平台的构建旨在通过校园网络实现校园能耗的管理和监控，进行数据交换和共享，协调处理能耗用户、设施设备之间的关系，改善优化能源环境。平台主要由三个部分构建而成:使用电力线载波智能化网络电表或射频卡水表等表具的终端，基于IP技术和电力载波技术的数据集中器或远程抄表技术，能源管理平台系统软件。

1.数据采集终端

高校节能设施设备过去所安装的仪表多为传统的电子或机械仪表，其机械齿轮易磨损，易导致数据不准确，仪表体积大、重量大，功率消耗大。随着技术的不断更新，终端设备的技术水平也有了很大的提高， LED电表、 CPU射频卡片等采用单个功率线载波。采用这种终端，不仅可以延长仪表的使用寿命，还可以减少故障，并能实现远程抄表和计费控制，同时还大大减少了仪表的功耗。就拿电表来说，配有电力线载波采集装置的电表，可以实现双向电源线通讯，并能对各种用电参数进行记录，包括供电质量、故障预警、异常报告等。

2.数据集中及远程抄表技术

通过对电能数据进行远程集抄，将电能表载波传输到电能表上，从而达到远程集中抄表和收费控制的目的。利用扩频载波通信技术的强抗干扰电源线路，实现了对学校用电设施的远距离集中供电。利用电力线路的远程传送技术，实现了对智能装置的“插即用”，数据集中器通过与 TCP/IP相连的广域网络进行远程通讯。除收集资料之外，资料集中装置还具有监控系统的安全性、遥控性等功能，能够监控电网运行时的仪表、线路、设备等运行状态，避免因相线的变化而造成的故障和偷电。并能实现遥控线路的开关和中继调节。在此基础上，采用微软标准的 Microsoft体系结构和成熟的 SQLServer等网络服务，并利用 TCP/IP、 HTTP、 FTP等通讯协议与能源管理平台进行互联。通过校园网络，从各个分系统或设备中获取能量信息，通过软件协议无缝连接，实现了对能源的远程自动采集。

3.能源管理系统应用软件

该平台是以电子和信息技术为基础，利用远程网络传输系统对能源的利用进行监测，通过智能卡、电子采集器等技术实现对能源利用的智能管理平台。在技术和设备方面，采用了目前比较成熟的联网方式和电子设备，确保了整个平台的稳定可靠，同时考虑了扩展性和易维护性等特点。本系统采用开放式结构，采用国际或行业标准，确保各个厂商的产品能够协调运作，同时兼顾投资人的长期利益。该系统软件可以制作成一个多功能开放的、以web-service为接口的多功能开放软件，可以用于对水、电等能源仪表和数据采集设备进行管理、控制和配置。该系统具有与现有网络系统兼容的特点，能够对电网发生的能量突发事件进行汇总、汇报，实现对能量仪表、数据集中器的远程配置、收费速率的调节。可对表具进行遥控切换，以适应各种尺寸的系统操作，从表具、采集器、伺服器，甚至是整个系统。该系统还包含了多个应用模块的结合，包含数据收集和转换、数据分析和汇总、安全运行、紧急事务处理、数据库和能源处理策略等模块，并通过窗口的形式进行了分析。在以上模块中，通过运行流程，对能量的异常情况进行及时的确认，并提出相应的改进措施，以最大限度地提高能量利用率，防止在整个电网中发生故障。

三、高等学校能源管理平台的功能实现

校园能源管理系统主要是通过对学校的能源消费数据的自动收集、汇总、汇总、分析、共享、交换、监测、管理等功能。作为现代大型楼宇和小区物业管理的主要手段， BAS和 FMS是近几年在新校区中逐渐普及和应用的一种新型的管理方式。通过校园网、 BAS、 FMS等技术手段，实现了对能耗设施、设备能耗的实时监测，并通过仿真屏幕实现对能耗单位的整体监测。当系统或部分设备发生能量消耗异常时，会立刻显示异常位置，并发出警报，以便管理者能够及时发现并处理这些异常。该平台能够在操作中完成下列功能：

1.数据采集功能

能源管理平台将校区的所有用能单位和耗能设施设备纳入网络系统，实时将整个校区的能源数据采集进入系统，将数据提交给数据管理模块。

2.用能监控功能

该系统能够对能量使用情况进行实时监测、预警、异常报告。作为校园的能量管理系统，它还负责学校的日常能量供应，保证学校的教学、科研、生活等方面的正常使用，以及在紧急情况下，为了保证校园的能源供应和稳定，还需要制定相应的应急计划。该平台的监控功能还包含了能量的输入量、各用户的能量消耗、功率介质的产生与介入量、异常监测报警等。

3.账务管理功能

对用户应用权限、远程数据存取进行全面管理，提供各时段能耗计价费率，并以货币方式显示能耗费用，可以通过银行终端POS机，实现对用户应缴费用的收纳和支付。

4.数据汇总和分析功能

管理平台采集到的实时能源数据通过网络传输到终端，汇总到平台工作站。借助平台的用户查询界面，可以对各类数据进行汇总、归档和分析，并提供过程曲线。管理平台还可以通过时间分布、数值类型、建筑分类等方式对历史数据进行监控和管理。对于汇总的测量统计数据，平台对采集到的原始数据进行验证后，可按规定的时间和要求输出系统报告。

四、系统功能

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。

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。

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柱状图。

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。

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。

6.能源流向图

能源流向图展示单栋建筑指定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。

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指定时段工作时间与非工作时间用能统计对比，支持导出报表。

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。

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。

五、结束语

能源短缺的现状将是未来制约国民经济发展的瓶颈。建立网络能源管理平台符合我国能源发展的长远战略。通过对能源管理系统的研究，提出了基于BAS和FMS的能源管理平台的构建模式。该平台的建立可以迅速提高能源管理的技术水平，提高管理者和能源使用者的节能意识，高效地降低能源消耗。在实际应用中，通过对现有管理系统的扩展，依托互联网(校园网)，可以实现高水平的能源管理和利用。该平台的实现可以有效节约能源，降低高校的运行成本，对社会的发展起到积极的作用。

参考文献：

[1]童晓渝，房秉毅，张云勇．物联网智能家居发展分析［J］．移动通信，2010(9):16-20．

[2]程大章，沈晔．智慧城市的规划设计［J］．智能建筑与城市信息，2013(8):88-93．

[3]杨石，罗淑湘，钟衍，等．大型公共建筑能耗监测平台存在问题及其初步解决方案［Ｊ］．建筑技术，2014.45（8）：714-718．

[5]曹敏．公共建筑能耗监测系统的设计与实现［Ｄ］．电子科技大学，2018．

[6]吴兆立，张琴，基于大数据的公共建筑能耗监测系统研究与应用.

[7]陈彤宇.高等学校能源管理系统平台的研究

[8]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版

作者介绍：

张培，男，现任于安科瑞电气股份有限公司。