淺談智能樓宇能源管理中電能分項監測系統設計

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的架構,并進(jìn)行了系統設計,從而實(shí)現樓宇能源的監測與管理。該系統在保證樓宇環(huán)境的前提下,同時(shí)能夠優(yōu)化能耗系統的運行,降低樓宇能耗。

關(guān)鍵詞：智能樓宇;能源管理;節能減排

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(hù),在能源需求日趨緊張的情況下,采用多種手段實(shí)現建筑節能是必然的選擇。對建筑執行能耗量化管理以及效果評估,來(lái)控制降低建筑運營(yíng)過(guò)程中所消耗的能量,包括空調、照明、采暖、電梯以及辦公設備等的能耗,后來(lái)降低建筑的運營(yíng)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(wèn)題。

針對這一現狀,智能樓宇未來(lái)的發(fā)展方向必將是節能環(huán)保及多領(lǐng)域技術(shù)規?；l(fā)展,以樓宇能源管理為核心,將所有與用能相關(guān)的系統進(jìn)行集成,并進(jìn)行協(xié)調控制,科學(xué)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(shí)現樓宇的智能化,達到節能減排的綜合效應,提升樓宇的品質(zhì)。

1. 智能樓宇能源管理架構

智能樓宇能源管理是對智能樓宇的照明、動(dòng)力、通風(fēng)、空調、安防等系統進(jìn)行協(xié)調控制及整合,基于智能測量、樓宇配電自動(dòng)化和分布式能源監控等系統,對用戶(hù)供能系統、用能設備、樓宇分布式能源、儲能設備等進(jìn)行監控、分析、控制及評估,以用戶(hù)能源管理為核心,支持微網(wǎng)的獨立運行,實(shí)現合理充分的使用清潔能源,提高用戶(hù)的能源使用效率。因此設計的其系統架構圖見(jiàn)圖1智能樓宇能源管理整體架構圖。

智能測量是對樓宇的用能信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,為其它系統提供基礎的信息支撐。

樓宇配電自動(dòng)化系統完成樓宇配電系統的智能開(kāi)關(guān)設備、公共用電設施監測控制、故障自動(dòng)檢測與故障隔離、電能質(zhì)量控制等,實(shí)現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(shí)性,滿(mǎn)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,節能減排,發(fā)展低碳經(jīng)濟的作用。

樓宇自動(dòng)化系統是采用優(yōu)化的控制手段并結合現代計算機技術(shù)對樓宇各系統設備進(jìn)行有效的監控和管理,使各子系統設備始終處于有條不紊、協(xié)同一致、有序狀態(tài)下運行,確保建筑物內的環(huán)境,同時(shí)降低建筑物能耗。

圖1智能樓宇能源管理整體架構圖

2.智能樓宇能源管理系統設計

基于以上系統集成及功能需求,智能樓宇能源管理系統設計采用分層分布式結構,系統自上而下共分三層:

監控管理層:為現場(chǎng)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,各子系統運行狀態(tài)及用能信息等),制定能量?jì)?yōu)化策略,優(yōu)化設備運行,通過(guò)聯(lián)動(dòng)控制實(shí)現能源管理,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(gè)子系統所使用的非標準通信協(xié)議統一轉換為標準的協(xié)議,將監測數據及設備運行狀態(tài)傳輸至智能樓宇能源管理平臺。

現場(chǎng)設備層:指分布于高低壓配電柜中的測控保護裝置、儀表,以及各個(gè)子系統監控系統等。

圖2能源管理平臺分層設計圖

能源管理系統現場(chǎng)設備層是整個(gè)系統的硬件支撐平臺,是整個(gè)系統的數據源,設計清晰合理的現場(chǎng)設備層是樓宇智能用電能源管理系統實(shí)現的基礎。

能源管理系統接入的設備種類(lèi)多樣,所使用的物理接口類(lèi)型及協(xié)議類(lèi)型比較復雜,所傳輸數據種類(lèi)也不盡相同,為了確保智能樓宇能源管理系統的可維護性和可擴展性,所有的設備均將測量數據及設備運行狀態(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(jìn)行解析,并將所有數據按照設定的順序打包為統一標準的協(xié)議,送至智能樓宇能源管理監控管理層,

監控管理層是智能樓宇能源管理系統的核心,它負責以圖形化的方式向用戶(hù)提供實(shí)時(shí)監測,數據分析,電能質(zhì)量分析,能源評估等功能,并通過(guò)交互式技術(shù)向用戶(hù)提供用能策略制定及聯(lián)動(dòng)控制等功能,具體功能如下所述。

實(shí)時(shí)信息監測

(1)實(shí)時(shí)供用能信息。

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

(3)使用APF、SVC+等設備帶來(lái)的電能質(zhì)量?jì)?yōu)化及動(dòng)態(tài)補償的信息。

(4)新型節能設備的節能運行信息。

(5)電動(dòng)汽車(chē)充放電運行信息。

(6)樓宇自控系統運行信息。

歷史用能情況分析

(1)各個(gè)用能系統不同時(shí)段能源使用量對比

(2)各個(gè)用能系統能耗等級分析

(3)根據用電量模擬多部制電價(jià)賬單

(4)分析不同時(shí)段的電能質(zhì)量信息

等能量?jì)?yōu)化控制策略

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

(2)基于不同電價(jià)結構,制定經(jīng)濟性用電策略,實(shí)現削峰填谷,減少電費支出

(3)通過(guò)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)電設備效率、延長(cháng)使用壽命

(4)對用電負荷、電能質(zhì)量及電價(jià)架構進(jìn)行綜合分析,制定新能源并網(wǎng)策略及電動(dòng)汽車(chē)充放電系統充放電策略,實(shí)現節能減排

聯(lián)動(dòng)控制

(1)根據樓宇環(huán)境參數及當前用能情況,調節空調及通風(fēng)系統運行策略

(2)根據能量?jì)?yōu)化控制策略實(shí)現對各個(gè)子系統的遠程控制,并通過(guò)運行結果說(shuō)明能量?jì)?yōu)化控制策略的效果。

提供互動(dòng)模式,用戶(hù)自行定制當天用電策略,并實(shí)時(shí)分析并模擬用電策略,預測用電信息,為用戶(hù)制定用電策略提供數據支持。

3.安科瑞建筑能耗分析系統

3.1概述

Acrel-5000web建筑能耗分析系統是用戶(hù)端能源管理分析系統，在電能管理系統的基礎上增加了對水、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與分析，通過(guò)對用戶(hù)端所有能耗進(jìn)行細分和統計，以直觀(guān)的數據和圖表向管理人員或決策層展示各類(lèi)能源的使用消耗情況，便于找出高耗能點(diǎn)或不合理的耗能習慣，有效節約能源，為用戶(hù)進(jìn)一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。用戶(hù)可按照國家有關(guān)規定實(shí)施能源計算，分析現狀，查找問(wèn)題，挖掘節能潛力，提出切實(shí)可行的節能措施，并向縣級以上管理節能工作的部門(mén)報送能源計算報告。

3.2應用場(chǎng)所

適用于公共建筑、集團公司、工業(yè)園區、大型物業(yè)、學(xué)校、醫院、企業(yè)等不同行業(yè)的能耗監測與管理的系統設計、施工和運行維護。

3.3系統功能

3.3.1系統概況

平臺運行狀態(tài)，當月能耗折算、地圖導航，各能耗逐時(shí)、逐月曲線(xiàn)，當日，當月能耗同比分析滾動(dòng)顯示。

3.3.2用能概況

對建筑、部門(mén)、區域、支路、分類(lèi)分項等用能進(jìn)行對比，支持當日逐時(shí)趨勢、當月逐日趨勢曲線(xiàn)、分時(shí)段能耗統計對比、總能耗同環(huán)比對比。

3.3.3用能統計

對建筑、區域、分項、支路等結構按日、月、年報表的形式統計對分類(lèi)能源用能進(jìn)行統計，支持報表數據導出EXCEL，支持選擇建筑數據進(jìn)行生成柱狀圖。

3.3.4復費率統計

復費率報表按日、月、年統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(jìn)行統計分析。支持數據導出到EXCEL。

3.3.5同比分析

對建筑、分項、區域、支路等用能按日、月、年以圖形和報表結合的方式進(jìn)行用能數據同比分析。

3.3.6能源流向圖

能源流向圖展示單棟建筑時(shí)段內各類(lèi)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(xiàn)、餅圖等形式對選擇支路分類(lèi)能源在時(shí)段工作時(shí)間與非工作時(shí)間用能統計對比，支持導出報表。

3.3.8設備管理

設備管理包括，設備類(lèi)型、設備臺賬、維保記錄等功能。輔助用戶(hù)合理管理設備，確保設備的運行。

3.3.9用戶(hù)報告

用戶(hù)報告針對選定的建筑自動(dòng)統計各能源的月使用的同環(huán)比趨勢，并提供簡(jiǎn)單的能耗分析結果，針對用電提供單獨的復費率用能分析，報告可編輯。4.系統硬件配置

5.結論

智能樓宇能源管理是對樓宇能耗進(jìn)行數字化和集成化,通過(guò)采集設備運行狀態(tài)、能耗信息、報警及歷史數據等信息,結合實(shí)際運行負荷需求和電價(jià)政策,結合新的能源供電模式和新型的用能設備配置,從而科學(xué)選擇和制定能耗控制管理方案,在整體上對供用能設備進(jìn)行協(xié)調控制,以實(shí)現樓宇用能的智能化。

智能樓宇能源管理系統在設計上對智能樓宇各個(gè)供用能系統進(jìn)行了系統的劃分及分析,使用了分層分布式結構進(jìn)行設計,集成多個(gè)閉環(huán)子系統,使用組態(tài)方式實(shí)現了數據采集、數據集成、數據分析及展示功能,確保了系統具備高可維護性及高可擴展性。該系統的運行在保證樓宇環(huán)境的前提下,能夠實(shí)現優(yōu)化樓宇供用能系統的運行,同時(shí)降低智能樓宇的能源消耗。.

參考文獻

[1]胡江溢,王鶴,周昭茂.電力需求側管理的國際經(jīng)驗及對我國的啟示[J].電網(wǎng)技術(shù),2007,31(18):10-14.

[2]康重慶,陳啟鑫,夏清.低碳電力技術(shù)的研究展望[J].電網(wǎng)技術(shù),2009,33(2):1-7.

[3]董文茂.能源電廠(chǎng)推動(dòng)中國節能[J]I環(huán)境,2007(3):84-861DONGWen 2mao I Energy Efficiency Powerplant Pushs Energy Saving of China[J].1Environment,2007(3):84-861.

[4]翟青,康艷兵,牛波.美國節能管理工作特點(diǎn)及對我國的啟示中國能源,2003,25(7):8-141.

[5]高秀英.淺論電能質(zhì)量的問(wèn)題與改善措施.[J].應用能源技術(shù),2010,4:41-45.

[6]鄧清平,王廣宏.能源管理信息系統中信息技術(shù)應用[J].節能環(huán)保,2007,(12):36-38.

[7]Jiang Lin,Charles Goldman.Developing An Energy Efficiency Industry in Shanghai[M].US: United States University of California,2004.

[8]MOSKOVITZDW,周伏秋,郁聰,等.大力推行能源電廠(chǎng),支持實(shí)現國家節能減排目標[J].電力需求側管理,2007,9(4):2-51.

[9]蘇曉華,初艷鯤.VR技術(shù)在建筑設計中的應用[J].森林工程,2006,22(5):51-53.

[10]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版.

[11]靳曉剛, 葉 舟, 張慎明. 智能樓宇能源管理研究.