电能管理系统-能耗分析方法

能耗监测系统在锦江之星假日酒店中的应用 安科瑞鲍静君

1　概述

随着社会经济的快速发展，能源问题已经成为制约经济和社会发展的重要因素。能源供应的紧张和能源价格的上涨，使得酒店运营过程中，能源方面的成本已经成为日常支出中占有很大比重的一部分，对能源使用方面的节约和控制成为酒店管理中节约开支、增加利润的重要环节。同时国家对节能减排的要求越来越高，绿色、节能、环保成为酒店业发展的新趋势。能耗监测系统的引入能为酒店提供能源使用情况的精确分析，为酒店寻找节能空间，寻求合理的节能方案，提供有力的支持。能源系统即：供电系统、供水系统、供气系统、供冷系统、供热系统等，能源管理的核心就是对酒店中用电量、耗水量等的运行及状态进行安全、合理地实时监测及科学化的管理。海康酒店能耗监测系统是基于安科瑞电气股份有限公司自主设计的Acrel-5000能耗监测系统，针对能量监测的能源管理整体解决方案。

2　设计标准

? 《建筑智能化系统工程设计管理暂行规定》建设部1997

? 《民用建筑电气设计规范》（JGJ／T16－92）建设部

? 《智能建筑设计标准》（DBJ08－4－95）上海市建委1996

? 《建筑和建筑群综合布线工程设计规范》中国工程建设标准协会1997

? 《中华人民共和国国家计量检验规程—热能表》（JJG225-2001）国家质量监督局2002

? 《大楼通信综合布线系统》（UD／T926）邮电部1997

? 《民用建筑电气设计规范》

? 所有计算机硬件系统均符合下述标准：

·电磁学规范：FCC Class B或CISPR22 ClassB

·安全规范：UL Listed(美国)或EN60950（）

3　系统设计

3.1 系统总体设计说明

本项目是经济型酒店办公管理的综合性项目。一套综合有效的能耗监测系统将在酒店管理中将起到不可或缺的作用，不仅能有准确有效地对酒店能耗情况进行实时在线统计，降低人工抄表造成的不准确性和滞后性，而且能够自动产生各种能耗报表，对能耗数据进行横、纵向的比较，帮助酒店管理进行能耗分析，达到节约能源、降低成本的目的。本设计从锦江之星假日酒店建筑结构和项目实际功能出发，对总共12个楼层，各个楼层的电量使用情况进行实时采集和在线监测。整套能耗监测系统，在电量采集的同时，可以辅助酒店管理实现自动管理，降低管理和人力成本，进行能源统计，根据系统自动生成的各种能耗情况报表，实现节能，避免能源浪费。通过实时计量数据的综合、分析，寻找酒店运营的节能空间，降低能源成本，并通过自动化实时检测本系统状态，保证本系统稳定、精确的使用。

3.2 设计原则

①性

本系统设计遵循系统工程的设计准则，通过科学合理地设计，系统整体满足酒店能耗监测的需要，大力采用物联网技术、3G移动通信技术等一系列成熟、可继承、具备广阔发展前景的技术，使系统能在未来数年内不落后，通过软件升级即可实现更多新功能，保护用户的投资。

②实用性

依照用户要求，坚持实用性为主的原则，避免使用不成熟、过分超前的技术和产品，在满足用户提出的详细技术要求的基础上，尽力充分考虑周全，给出科学合理的优化建议。

③可靠性

系统可靠性是系统长期稳定运行的基石，从系统设计理念到系统架构的设计，再到产品选型，都坚持系统可靠性原则；所采用的无线传感网方案，无线通信性能经过长期测试，工作稳定，保证数据准确。

④安全性

管理系统软件按不同的优先级别设有密码，可以防止无关人员乱操作、修改费用、破坏系统或资料；数据加密传输，可采用32/64/128位密钥加密技术，保证数据安全，和用户信息不外泄。

⑤开放性

本系统设计将采用标准化设计，严格遵循相关技术的、和行业标准，确保系统之间的透明性和互通互联，并充分考虑与其它系统的连接；在设计和设备选型时，系统以电量采集为中心，预留水、热、气等其他能源自动计量的管理接口，科学预测未来扩容需求，进行余量设计。

⑥易管理性、易维护性

本能耗监测系统只在原有能耗计量设备上加装采集设备，对水、电、热等线管结构不做任何改动，安装方便；采用无线自组网方式传输数据，无需进行铺线等改造工作，真正即插即用；采用全中文、图形化软件实现整个监控系统管理与维护，自动检测系统中每一台设备的运行状态，并示出详细参数，以辅佐管理人员及时准确地判断和解决问题；采用稳定、易用的硬件和软件，完全不需借助任何专用维护工具，既降低了对管理人员进行知识的培训费用，又节省了日常频繁维护所产生的费用。

3.3 系统设计方案

Acrel-5000能耗监测系统主要针对酒店的主要用能设备进行智能管理以及针对酒店总能源、能耗、能费、能效、能管进行统计分析与规划管理，为酒店从思想、形为、管理、技术、创新等方面提供科学的自动化管理平台，从而直正实现酒店的整体节能降耗的目标；对酒店耗能进行横向和纵向对比，发现能耗发生的效率，可以为酒店定价等提供一定的理论依据，分析酒店运营过程中能源利用效率和节能潜力；提供从运行数据到管理数据的平台，酒店管理者也实时了解酒店运营的能耗情况，而不用等待汇报数据；可以自定义各种生产上的能耗报表，可以提供酒店的能耗汇总情况，符合实国家发改委、统计局和环保总局制订的《单位GDP能耗统计指标体系》。

3.4 系统结构

Acrel-5000能耗监测系统通讯采用无线通信方式，设计采用4层结构：

信息存储与处理层：能耗监测数据的存储与处理平台，主要由酒店服务器、电脑，能耗监测管理平台组成。

? 广域通信网：主要由各运营商的有线、无线网络，及企业内部局域网组成。

? 无线传感网络：主要由cetcStack无线传感网协议开发的WSN网络设备组成，包括WSN采集器、路由器和协调器。

? 信息采集层：主要有各种能耗计量设备组成，包括电子式电表、水表、热量表等。

本系统所采用的无线传感器网络具有自组网、自维护、自适应、可扩展性等功能，网络运行无需人工干预，并可定制在433～464MHz、470～510MHz等不同通信频段。网络由协调器、路由器和终端设备组成，支持星型、树型和网格型网络，网络最大级数为15级，最多可容纳65536个节点，节点的逻辑地址采用6字节的ID。网络是对等网络，安装简单，真正即插即用。网络与上位机之间的通信协议接口丰富，用户可随时查看网络的各种信息，可随时对网络作各种形式的管理和控制，方便快捷，稳定可靠。

3.5 系统功能特点

（1）远程查询

用户可以随时随地通过Internet网登录系统，查看酒店能耗数据，系统实时地对能耗数据进行分析，设置及动态改变网络ID、工作频率等关键网络参数；

（2）拓扑管理

系统能够实时管理无线传感网设备以及可变的无线传感网络拓扑结构，以便更好地帮助设备安装人员进行设备安装和调试；

（3）数据查询

应具备对建筑、楼层、用户编号、用户姓名、数据时间、计费类型的任意时间的历史数据的查询功能；

（4）报表打印

具有默认标准报表打印格式，并附带报表格式设计软件，用户可根据需要，自定义修改报表打印格式；

（5）权限设定

应具有多级操作员密码设定权限。防止无关人员随意改动及查看；

（6）数据交换

用户需查询的数据可以以标准、通用的格式直接导出，可满足智能系统集成要求；

? （7）实时数据显示

在图形界面上应可实时显示能耗数据和数据来源等属性，以图形状态显示酒店水、点等耗能曲线和各楼层的用量曲线，便于协助酒店管理者制定使用用量的计划；

（8）报警管理

可实时检测系统的工作状态，包括：WSN采集器、WSN路由器等。对于设备的故障信号和类型，可通过弹出窗口和声音等方式报警；

（9）集中抄表

能够通过Web界面采集层能耗设备进行远程抄表；

（10）系统监控

对用户的使用情况进行实时的状态监控信息及完善的日志查询，对人为的恶性破坏及时进行报警。

3.6 运行界面

Acrel-5000能耗监测系统监控中心管理软件共分为如下几个模块：

① 抄表信息： 包含所有的日常的硬件通讯相关的操作，包括远程抄表，状态检查，远程控制等功能。

② 拓扑图：网络拓扑图表示WSN协调器、路由器和采集器的网络链路关系。

③资料管理：包含对系统运行数据进行备份、基本维护等功能。

④ 统计报表：包含对系统运行的历史数据进行查询、分析、统计等功能。

⑤系统管理：设置系统运行的基本参数，包括硬件参数，仪表资料，用户资料，计划任务、操作员资料等。

海康酒店能耗监测系统登录界面

海康酒店能耗监测系统主界面

电量统计及图形显示界面

4　主要监控及计量表计

5　结束语

随着智能建筑的发展及电力的广泛应用，对智能建筑的配电系统的智能化集成管理已成为国家机关办公建筑及大型公共建筑智能化建设的必然趋势，本文介绍的基于Acrel-5000的能耗监测系统，不仅可以实时显示电力运行状态及用电状况，还能对数据进行分析处理，以用户适用的方式展现出来，满足用户的需求，实现对采集数据的分析、处理，其生成各种电能报表、分析曲线、图形等，极大的方便了用户的使用，便于配电系统的实时监控与电能的远程抄表与分析研究，为智能建筑的节能技术提供参考。

参考文献：

[1]安科瑞电气股份有限公司系统解决方案.2013.1版.

电力监控软件在石油钻具有限公司的应用 安科瑞鲍静君

摘要：本文介绍基于人机界面和三相电子式多功能电能仪表而设计实现的一套分散式采集和集中控制管理的配电自动化监控系统，系统实现了人机界面在配电室中无人管理的功能，省去了值班人员现场操作的繁复性，减少人工操作的误差性，提高了供电质量和管理水平，具有简明实用、投资少等优点。

关键词：人机界面；三相电子式多功能电能仪表；自动化系统；监控

0引言

    随着社会的发展及电力的广泛应用，智能电能管理已成为多数用电量高的企业必然选择，节能、减少人工现场电能统计误差是当前用电迫在眉睫的问题，积极采用的技术和管理手段实现配电自动化系统更是节能行之有效的途径。

    配电自动化系统包括很多部分，其中配电监测是配电自动化系统的一个非常重要的组成部分，主要功能包括：数据采集和监控（SCADA）、导出，配电网运行管理，用户管理，地理信息系统（GIS）等。随着计算机技术，网络技术和通信技术的飞速发展，我国电力行业正朝着信息化程度更高的方向发展，各种的信息技术正逐步应用于配电自动化监测系统当中。

    本文以石油钻具有限公司电能监控系统为例子，提出了利用触摸屏和安科瑞公司三相电子式多功能电能仪表研制了一套适用于高、低压配电的集中监控系统。

    1、项目介绍

    石油钻具有限公司主要生产钻杆接头、加重钻杆接头、特殊钻杆接头等产品，公司拥有中型配电室一个，该项目采用昆仑通态触摸屏MCGS TPC7062KX与安科瑞DTSD1352三相电子式多功能电能表，实现实时数据的监测、控制，主要对整个配电系统可靠性进行全程的智能化监控，数据分析，以及对各回路所用电能进行统计[1]。

    2、用户需求

    石油钻具有限公司为实现配电系统的现代化、统一化、智能化以及规范化的管理，经过前期详细的市场调研和对不同电力系统公司的考察后，最终提出以下需求：

    实时显示:各配电柜回路电压、电流及电能监测信息实时刷新，并在触摸屏实时显示；

    电能管理:完成对各电能仪表的电能集抄功能，并自动生成符合客户管理需求的用电报表，报表能够在触摸屏上实现电能实时查询；

    数据导出:实现各电能仪表电能按照客户要求的时间进行自动、手动导出，导成Excel形式到U盘，供客户对电能统计、打印。

    3、设计方案

    根据可靠性和率配电管理的要求，以及实用性，安全性，实时性，稳定性，可扩展性和易维护性的原则，对石油钻具有限公司的智能配电系统的改造提供如下设计方案。

    3.1参考标准

    DL/T 814-2002       《配电自动化系统功能规范》

    DL/T645-1997        《多功能电能表通信规约》

    GB/50198-2011       《监控系统工程技术规范》

    DL/T721-2000        《配电网自动化系统远方终端》

    GB/T50063-2008      《电力装置的电测量仪表装置设计规范》

    DL/T634-2002        《远动设备和系统传输规约基本远动任务配套标准》

    DL/T645-2007        《规约数据标识》

    GB/T13729-2002      《远程终端通用技术条件》

    3.2网络结构拓扑图

    为满足配电室统一监控的要求，现场所有仪表通过屏蔽双绞线连接至触摸屏，进而实现对现场数据的采集、存储、处理，实时显示以及历史查询，拓扑结构如图1所示。

图1 电力监控系统拓扑结构图

    4、系统功能

    上位机采用触摸屏MCGS TPC7062KX，通过触摸屏进行现场仪表连接、数据库变量配置、界面设计等，完成了在上位机中监控现场电能表用电量的功能[2]。

    4.1 实时显示

    触摸屏采集现场各个电能表A相、B相、C相电流、电压及当前总有功电能数据，并在人机界面实时刷新显示，具体数据如下图2所示。

图2 电能表数据显示界面

    4.2 电能管理

    各个配电柜的电能表可以按照时间段进行历史数据查询，选择时间间隔对系统采集的电能表历史电能数据精确查询，根据客户要求，本系统实现每隔1小时自动存储电能，查询结果在触摸屏存盘数据浏览构建中显示，电能存盘数据如下图3所示。

图3 电能表数据存盘界面

    4.3 数据导出

    本系统能够实现电能表数据自动/手动导出，手动导出数据界面如下图4所示，用户根据需要选定导出数据的时间段（开始时间、结束时间），即可导出电能数据，以Excel形式导出到U盘，同时系统根据触摸屏对电能表数据存盘，自动导出所存盘的数据，导出数据如下图5所示。

图4 电能表数据导出界面

图5 导出数据界面

   5、运行效果

    数据的实时性：项目实施前现场数据主要靠人工抄录，各回路时间不统一，可对性差；项目实施后后台实时采集，可比性强。

    存储管理：项目实施前纸质记录，查询时翻箱倒柜，年久易失，数据日期管理复杂；项目实施后计算机存储，数据可存储几年以上，查询速度快，只需鼠标一点，迅速准确。

整体分析：项目实施前各个时段用电量以及各个回路用电横向和竖向无法对比；项目实施后通过电能存盘数据分析，可了解各个时段的用电情况。

    数据安全：项目实施前分散管理，手工定时备份，对连续数据备份不准确；项目实施后同步集中管理，系统自动即时备份。

    设备管理：项目实施前各个配电柜回路通断电要现场去查看，断电时无报警；项目实施后通过触摸屏清晰展示，回路是否正常产生数据，后台自动记录数据。

    6、结束语

    在电力监控系统中配置网络电力仪表，具有实施简明，投资少等显着优点，可以方便和实时地监控配电系统的运行状态，对现场的用电设备进行统一管理，免去工作人员到现场记录的繁琐工作，减少人员工作量，同时，系统对各种用电设备的历史运行数据进行管理分析，工作人员根据建立的电能计量体系，可以了解、分析配电系统总体能耗，提出降耗计划，采取节能降耗措施，逐步提高用电效率。

参考文献：

[1].周中等编着. 智能电网用户端电力监控与电能管理系统产品选型及解决方案[M]. 北京. 机械工业出版社. 2011.10

[2].昆仑通态触摸屏MCGS初级、中级教程. 2013.4