智能化电能管理系统

能耗管理分析系统在医疗卫生建筑中的应用 安科瑞鲍静君

1 概述

近些年我国的医疗事业发展迅速，引进了相当多的高科技医疗设备，医疗向大型化、集团化发展，医疗技术水平可与欧美等发达国家相媲美，同时带来的则是能源消耗的直线上升，消耗的能源包括电、油、气、水等，能源消耗量大。医院属于公共建筑，因此，对于医院行业的能耗管理系统，我们希望达到的目的是在保证一定的安全性、舒适度和便利度的条件下实现在能源的消耗量下降的同时提高能源使用的品质。在提高品质的过程中，也在一定程度上节省了能源的消耗，提高了能源的使用效率，做到能源消耗过程中从质和量两方面的改善。

2 医疗卫生建筑能耗特点

与办公楼宇、商场、宾馆酒店等公共建筑相比较，医院的能源消耗指标相对较高。，用能设备的种类多，涵盖医院建筑、办公建筑、医疗设备、办公设备、交通工具等；二，具有单位多、分类广、特点不同、层次复杂等特点；三，医院耗能涉及水、电、热力、煤气、天然气、燃油等各种资源。尤其用电负荷大，占总能源消耗的80%左右，并且用电负荷的起伏变化也很大，因为季节交替、气候变化、昼夜轮回、人流量变化等因素的影响，用能整体具有不恒定的特点，从节能的角度考虑，节能空间也是巨大的。

因此，这种情况下，要实施精细化管理，必然要了解医院的各部位的能耗情况，掌握各类能源在时间、空间上的分布规律，借助一定的辅助分析工具对医院的能耗进行指标量化。所以亟需对医院的能耗实施分项计量和对能源消耗情况进行监测，这是所有节能管理工作的基础。

3 医疗卫生建筑能耗管理系统的可行性分析

    随着GB 50189—2005《公共建筑节能设计标准》的实施，能耗管理系统已在全世界范围内的大型公共建筑中成功应用，并且带来了良好的经济效益和社会效益。医疗卫生建筑能耗管理系统是一个大型的综合自动化系统，它采用通用的软件平台、一致的硬件架构、统一的人机界面，通过对相关系统的集成和互联，建立了一个高度共享的信息平台，实现建筑内各部门系统的信息互通与资源共享，从而提高了医院日常管理与调度工作的效率和部门运营的整体服务水平。

 另外，通过智能通信管理器将数据信息上传至综合监控系统。采用这种方式不仅能确保采集的设备电能数据能够及时发送到监控系统，而且可靠性高、系统构成简单、经济，便于集中管理。在此基础上，采用可靠的能耗管理软件、硬件，完全可以建立一套完整的、具有水平的医疗卫生建筑能耗管理系统。

4 能耗管理分析系统在上海华山医院病房新建工程中的应用

4.1项目概况

  上海华山医院病房楼是一幢医用建筑，建筑面积约为2万平方米。根据配电系统管理和能耗监测的要求，需要对楼内的高压进线、低压配出线和各楼层内配电箱进行电力监控，实现对病房楼内用电量和用水量的在线监测，方便对该建筑群的能耗管理，以保证用电的安全、。

Acrel-5000建筑能耗分析管理系统的能耗数据采集方式包括人工采集方式和自动采集方式。通过人工采集方式采集的数据包括建筑基本情况数据采集指标和其它不能通过自动方式采集的能耗数据，如建筑消耗的煤、液化石油、人工煤气等能耗量。通过自动采集方式采集的数据包括建筑分项能耗数据和分类能耗数据，由自动计量装置实时采集，通过自动传输方式实时传输至数据中心。

4.2组网结构

本系统主要由数据采集层、数据传输网络、能效管理系统软件三部分组成。

1、数据采集层

通过安装在能耗监测仪表箱（柜）中的带数字接口的智能电力仪表，实施对负荷用电量的实时监测。监测数据包括：电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功无功电能、谐波、环境与开关状态、事件记录等用电参数。监测对象包括：电力需求侧中低压馈线回路、主要耗能机电设备、医院内其他耗能设施。同时也可以对用水量、用气量、热量等通过电子式流量表、电子式热量表等现场智能计量装置实现数据采集。根据现场条件和系统应用的要求，采集的数据也可以取自用户的其他智能系统的数据接口。

2、数据传输网络

通过在能耗监测仪表箱（柜）中安装的能耗智能数据网关，实时采集能耗计量仪表的数据，并且通过TCP/IP网络传输到能耗监控中心。无需远距离布线，施工简单可靠。智能数据网关提供多种接入方式，支持包括RS-485/RS-232总线、光纤、工业以太网、433M无线、GSM/GPRS/CDMA网络传输等多种方式。

3、用电及能效管理系统软件

完成数据采集、校验、分析、处理、输出、系统维护、授权使用权限分级控制等；并可将现场运行的重要数据、报警信息、故障信息等传送到企业决策人员。

4.3 设备参数列表

4.4系统设计参数

4.5.1系统能耗监测由能源监控平台、交换机、多功能电表、通讯转换器、远程水表等设备组成，本系统实现的功能为水、电耗的集抄。

4.5.2支持统一网络架构下的电力、水等能源数据的采集和管理，能耗数据采集无需在多个不同系统中集成，能量监测与管理系统包含丰富的功能，能够对建筑物或建筑群中各类能源(电、水)进行分别统计、统一管理并提供能耗数据自动采集、分析和挖掘、持续优化。

4.5.3系统采集来自智能测控单元装置送来的参数，包括每个用电回路的实时电能值和各种告警信息，各水表的用水量等，并实时显示采集上来的各个参数。

4.5.4各能源管理组逐时、逐日、逐月、逐年能耗值报告，帮助用户掌握自己的能源消耗情况，找出能源消耗异常值。

4.5.5系统支持基于Internet的远程浏览，不同的能源管理部门可在不同的地点同时查看所需能源的消耗情况。

4.6 系统功能及软件界面

4.6.1分类、分项能耗数据统计

系统具备历史数据、报警信息等的存储功能，存储历史数据保存时间大于三年。系统同时具备将分类、分项能耗数据按“需要发送至上级数据中心的能源数据”的要求发送至上级数据中心的功能。界面如图1。

4.6.2能耗数据的实时监测

系统具备良好的开放性，可对用户需求进行功能扩展，在基本分析功能的基础上为用户定制个性化报表和分析模板；系统具有报警管理功能，负责报警及事件的传送、报警确认及报警记录功能以便告知用户或供用户查询；系统具备权限管理、系统日志及系统参数设置等功能。界面如图2。

4.6.3用能情况的同、环比分析

对各分类、分项能耗（标准煤量或千瓦时）和单位面积能耗（标准煤量或千瓦时）进行按月、年同比或环比分析。可预置、显示、查询和打印常用建筑能耗统计报表。界面如图3。

4.6.4建筑能耗数据分析

系统对分类、分项能耗数据进行采集汇总后，可生成各种数据图表、饼图、柱状图等，实时反映和对比各项采集数据和统计数据的数值、趋势和分布情况。系统可按总能耗和单位面积能耗进行逐日、逐月、逐年汇总，并以坐标曲线等各形式显示、查询和打印。界面如图4。

4.6.5 远程网络访问功能

系统以Web发布后可进行远程网络访问。基于.Net平台，使用ASP.Net、JQuery技术开发，可通过Internet访问，具有跨平台的特性，用户可通过各种移动终端（笔记本、平板电脑、手机等）访问。界面如图5。

图5 跨平台跨网络数据访问

4.7结语

上海华山医院采用Acrel-5000能耗管理技术，建立了对整个医院设施能源系统的监视管理，通过对负载能耗设备的能耗与能效数据实时采集监视，实现了对能源系统实时能耗的有效监测管理，提供了用户能源管理系统运营管理的有效工具和能耗成本管理工具，为进一步的节能增效措施提供分析手段，预期效果已开始初步显现：

Acrel-5000能耗管理系统通过全时的全区域分类数据的上传，不仅降低了大面积、大体量设施能耗的管理强度，还提供各种分类的报表，能耗曲线和趋势分析，提高运营管理的效率。

Acrel-5000通过对照明、空调、通风等各类负载自动生成细节分项数据，为管理上提供了强有力的成本管理控制工具。

通过实践证明，Acrel-5000能耗管理系统在医疗卫生行业的应用，带来了很直观的节能经济效果，以及良好的社会效益、环境效益，不仅对医疗卫生行业，对于其他大型公共建筑、综合建筑群、工业企业、基础设施、大型园区等都有很好的借鉴意义。

电能管理系统在1788中心的应用 安科瑞鲍静君

摘要：介绍电能管理系统在1788中心的应用。

关键词： 商业中心大楼；分项计量；集中监控；电能管理系统

一、项目概述

      1788中心由安世7802和安世7829两路35kV市电供电，进户后主楼地下一层的两台35kV/10kV变压器降压。安世7802号线通过35kV/10kV/0.4kV变压后，供给大楼T1、T3、T5、T7、T9变压器下的配电回路，安世7829号进线则供给T2、T4、T6、T8、T10变压器下的配电回路，地下一层安置2台应急柴油发电机。

二、系统设计方案

      1788中心设计有1个35kV配电室，1个10kV配电室，4个0.4kV配电室和1个应急柴油发电机房，均位于地下一层，共计配电回路约360个，每个回路安装有智能电力仪表，对配电室部分所有配电回路的工作状态进行监控，每台变压器均配有温度控制仪采集其温度。此外，在各楼层的强电间、空调机房、排风机房、潜水泵房、电梯机房及热交换机房等处配电箱上安置电力仪表，对大楼的照明、空调、风机、电梯等设备和办公室租户用电，共计约700个回路进行监控。根据设计院的设计方案，楼层配电箱部分，除租户、空调和风机使用电度表进行本地分项计量外，照明、动力、电梯等用电设备的用电量均在低压配电室中进行集中计量，其配电箱配电回路仅使用电流表进行运行状态监测[1]。

      设计要求配电自动化电能管理系统将配电室和楼层指定回路的运行状态集中显示在值班人员面前，要求完成对配电室35kV、10kV回路和0.4kV回路进线全常规电参量和温度的遥测；对配电室0.4kV馈线回路三相电流、有功电度和分合闸状态的远程检测；对楼层租户配电箱、空调配电箱和风机配电箱回路三相电流和有功电度的遥测，以及对楼层照明、动力、电梯等配电箱回路三相电流的遥测。配电室部分遥测实时性要求高，楼层部分实时性要求相对较低。此外，所有用电量数据需与IBMS系统共享。

      本项目中，考虑现场仪表数量较多，在35kV值班室内安放两台系统主机，分别对配电室配电系统和楼层配电系统进行监测。系统拓扑结构为3层，即现场设备层、通讯管理层和站控管理层[2]，借鉴ISO-OSI网络模型中物理层、数据链路层、网络层、运输层和应用层的定义。

图1 系统拓扑结构示意图

      现场设备层设备包括阿海法综保、丹东华通的多功能仪表和江西华达电子的干式变压器温控仪等。这些设备分别根据设计院要求安装在相应的配电回路上。

      参考OSI网络结构模型，现场设备层所有设备在物理层约定为RS-485接口。

      因所有配电室和发电机房均在主楼B1F，距离35kV值班室距离不超过100米，故配电室部分所有仪表采用RS-485总线与35kV值班室内的一台通讯管理机连接，总线长度均在200米以内，挂接仪表不超过25台，保障了通讯的实时性和可靠性。

      因楼层部分仪表数量多而且配电箱分布松散，考虑项目成本，采用4台RS485集线器，分别安装在主楼16F、4F、B1F的强电间和裙房B1F的强电间内，将一定范围内的仪表通讯总线集中后，再各自以一根RS-485总线连接到35kV值班室内的通讯管理机串口上。此方案通过牺牲部分通讯的实时性（RS-485集线器的驱动能力有限，导致通讯延迟变大），使得项目施工中所需要的线缆数量大幅度减少（实际施工使用的线缆数量约为不使用RS-485集线器的1/5）。

      通讯管理层的主要设备是两台通讯管理机、32台协议转换隔离器和1台工业以太网交换机。两台通讯管理机下端串口通过RS-485-232协议转换隔离器与各条仪表通讯RS-485总线相连，上端通过交换机，以太网TCP/IP协议与两台监控主机相连。

      站控管理层由两台DELL主机、显示器、打印机、UPS电源等设备组成，通过Acrel-3000电能管理系统软件实现对数据采集、处理和交互的控制，完成网络模型中应用层的功能。

      监控主机与现场仪表之间的数据交互以报文形式实现，数据链路层主要协议为Modbus-RTU。因本系统需要向IBMS系统同步所有回路的有功电度值，约定以Modbus-TCP协议向智能楼宇管理系统转发数据。

三、系统功能

     （1）35kV、10kV变压器参数显示：如图2所示，电能管理系统采集1788中心配电系统35kV侧和10kV侧的三相相电压、三相线电压、三相电流、总有功功率、总无功功率、总功率因数和有功电度累积值，将其35kV侧和10kV侧的数据列在一起，方便值班人员进行比对和检查。通过干式变压器温度控制采集的变压器三相温度也同时以数值和曲线的形式反映在本界面上。

图2 35kV/10kV配电系统参数显示界面

    （2）35kV/10kV配电系统一次示意图：除了显示配电系统的常规参数外，配电室主机的电能管理系统还以配电系统一次图的形式绘制了软件界面，通过标注回路用途，使配电系统的走向更为清晰化，35KV配电系统一次示意图如图3所示。此外，电压、电流等常规电参量也可以在一次示意图界面上查看。

图３ 35kV配电系统一次示意图

　　（3）0.4kV配电系统一次示意图（如图4所示）：0.4kV配电室配电回路运行状态使用一次图形式显示，将采集的电参量、变压器温度和断路器分、合闸状态等参数显示在界面上，根据配电室和变压器划分整个0.4kV配电系统并分别进行界面显示，为每一个回路标注其柜体号、回路编号、回路用途和低压系统总编号，进一步明确配电系统的走向。

图4 0.4kV配电系统一次示意图

      （4）楼层配电箱数据采集及显示（如图5所示）：楼层电能管理主机采集1788中心B3F~30F各处配电箱上仪表的数据，以楼层划分，按照配电箱所处位置和编号对数据进行排序，分类显示租户、空调和风机回路的三相电流和有功电度，显示照明、应急照明、动力、电梯、水泵和一些其他回路的三相电流。

图5 楼层配电箱数据显示界面

      （5）报表功能：配电室电能管理系统为用户定制了两种功能的报表，一种如图6所示，针对某一个主要回路，可以由用户自行选择时间生成该回路在该时刻常规电参量的历史值。另一种报表由用户经过简单的操作后，系统便会自动生成配电室所有回路以及楼层部分空调回路、租户电表用电量的日报、月报及年报。

图6 自定义全电参量报表

（6）事故报警和追忆：对于电气值班人员来说，跳闸报警的实时性和准确性是非常重要的指标，电能管理系统为用户定制的报警功能主要针对配电室低压回路断路器的分合闸变位，通过图7所示的报警窗口和外置音箱发出报警音提示值班人员低压馈出回路断路器发生了变位，根据报警窗口显示的内容，可以立即定位报警回路并进行响应，保障大楼配电系统稳定运行。

图7 报警功能界面

（7）通讯状态显示（如图8所示）：显示所有仪表的通信状态，根据仪表所处总线、配电室或楼层位置划分，标注其通信地址和通信状态。

图8 楼层电能管理系统设备通信状态图

（8）数据转发：本系统主要负责数据的前端采集处理，并向更上一级的楼宇自动化系统转发数据，其他楼宇自动化系统不再采集计量仪表数据。转发数据主要包括35kV/10kV/0.4kV配电室所有回路电能数据；楼层租户、空调和风机回路的电能数据。

四、问题及解决措施

　　1、本工程总承包方发包资料中提到电能管理系统采集点位约900点，而实际采集点位逾1000点，数量多且分布广。强电施工单位施工时使用的临时配电箱和错误的配电箱编号，对本系统的通讯施工造成了不小麻烦。项目施工时核对配电箱资料的完整性和准确性，并及时指出强电施工单位工作中的错误要求其整改。

　　2、4台RS485集线器安装在楼层强电间内，其220VAC电源取自就近的配电箱中，初步方案并未对220VAC电源做规范，即直接从最近的配电箱中取。项目后期调试时发现因1788中心尚未完工，楼层部分经常因为施工而断电，有时会断开集线器的电源，导致系统数据链路断开，故对现场通讯设备辅助电源进行整改，从现场拥有EPS电源供电的应急照明箱中备用的空开下端取220VAC电源，并贴上标签告知维护人员不可随意关断，保障数据链路稳定。

　　3、系统向IBMS系统进行数据转发所用的以太网线先后因35kV值班室闹鼠患而被损坏3次，后联络1788中心的业主，由灭鼠公司出面解决此问题。

　　4、1788中心配电室、配电箱上的仪表多由丹东华通提供，在本系统投入运行后，发现了不少仪表配置的问题，如主楼9楼应急照明箱9PME1、2楼应急照明箱2PME1等处，仪表电流互感器变比为100/5和300/5，而电能管理后台显示其三相电流约为0.006A、0.016A、0.008A。与业主管理人员到现场查看后发现其小数点位设置为3位，即最高显示值仅为9.999A，设置明显有误。项目进行现场验收时也发现多处仪表具有类似问题。由甲方通知丹东华通进行整改。

五、结束语

1788中心电能管理系统于2012年4月正式投入运行，通过配电室主机与楼层主机的协同工作，使值班人员在一般情况下不用再前往配电现场查看，实现了配电室无人值守、配电系统自动化。

文章来源于：《自动化应用》2012年7期。

参考文献

[1].任致程 周中. 电力电测数字仪表原理与应用指南[M]. 北京. 中国电力出版社. 2007. 4

[2].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