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)模化發(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(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,實現(xiàn)樓宇的智能化,達到節(jié)能減排的綜合效應(yīng),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(fēng)、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,提供電的可靠性和停電響應(yīng)的及時性,滿足質(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(fù)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(yīng)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(zé)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?/span>

(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(dāng)前用能情況,調(diào)節(jié)空調(diào)及通風(fēng)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(dāng)天用電策略,并實時分析并模擬用電策略,預(yù)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，便于找出耗能點或不合理的耗能習(xí)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(yīng)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(xué)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(dāng)月能耗折算、地圖導(dǎo)航，各能耗逐時、逐月曲線，當(dāng)日，當(dāng)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(dāng)日逐時趨勢、當(dāng)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(dǎo)出EXCEL，支持選擇建筑數(shù)據(jù)進行生成柱狀圖。

3.3.4復(fù)費率統(tǒng)計

復(fù)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(dǎo)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時段工作時間與非工作時間用能統(tǒng)計對比，支持導(dǎo)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(fù)費率用能分析，報告可編輯。

4.系統(tǒng)硬件配置

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(xué)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)具備可維護性及可擴展性。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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1.       【技術(shù)支持衛(wèi)星：CDD-9888】【公從號：安科瑞能效管理解決方案】

2.       云平臺：變電所運維云平臺、分布式光伏運維云平臺、建筑能耗云平臺、企業(yè)能源管控平臺、遠程預(yù)付費管控云平臺、宿舍預(yù)付費管控云平臺、充電樁收費運營云平臺、智慧消防云平臺、安全用電管理云平臺、環(huán)保用電監(jiān)管云平臺；

3.       系統(tǒng)解決方案：變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)、能耗管理系統(tǒng)、電能管理系統(tǒng)、馬達保護與監(jiān)控系統(tǒng)、動環(huán)監(jiān)控及能效分析系統(tǒng)、智能照明監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源監(jiān)控裝置、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、余壓監(jiān)控系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)；無線測溫系統(tǒng)；

4.       中壓測控裝置：環(huán)網(wǎng)柜綜合保護裝置、微機保護裝置、開關(guān)柜綜合測控裝置、線路保護裝置、配電變保護裝置、電動機保護裝置、備自投保護裝置、電容器保護裝置、PT檢測裝置、低壓備自投裝置、公共測控裝置、防孤島保護裝置、電流互感器過電壓保護器、溫濕度控制器、無源無線測溫傳感器、CT取電無線測溫傳感器；

5.       電力監(jiān)控與保護：弧光保護裝置、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、電氣接點在線測溫裝置（智能濕度巡檢儀）、電動機(馬達）保護器、低壓線路保護器、智能剩余電流繼電器、三遙單元；

6.       電能管理：可編程交流電測儀表、可編程直流電測儀表、多功能全電量電表、精度網(wǎng)絡(luò)電力儀表、諧波表、電能質(zhì)量表、海拔儀表、逆電流監(jiān)測電表、電子式電能表、導(dǎo)軌式電能表、面板表嵌入式電表、預(yù)付費表、多用戶計量箱、物聯(lián)網(wǎng)儀表、無線多回路計量交流/直流表、無線多回路環(huán)保檢測模塊、正反向直流電能表、無線通訊轉(zhuǎn)換器、智能照明控制裝置；

7.       電能質(zhì)量治理：有源電力濾波器、中線安防保護器、諧波保護器、靜止無功發(fā)生器、濾波補償裝置、電力電容補償裝置、集成式諧波抑制電力電容補償裝置、投切開關(guān)、功率因數(shù)補償控制器、自愈式低壓并聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器；

8.       電氣安全：電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器、剩余電流探測器、電氣火災(zāi)監(jiān)控裝置、在線監(jiān)控路燈計量、無線測溫顯示單元、故障電弧探測器、故障電弧傳感器、隔離電源絕緣監(jiān)測裝置、醫(yī)療機構(gòu)絕緣報警顯示儀、醫(yī)療醫(yī)院用隔離變壓器、工業(yè)用絕緣監(jiān)測裝置、電氣防火限流式保護器；

9.       新能源：光伏采集裝置、電瓶車智能充電樁、汽車充電樁、光伏匯流采集裝置；

10.       數(shù)據(jù)中心/鐵塔基站：數(shù)據(jù)采集模塊、機房數(shù)據(jù)柜監(jiān)控裝置、多回路電表、母線監(jiān)控裝置、電力監(jiān)控屏；

11.       智能網(wǎng)關(guān)：通信管理機、無線通信終端（無線通訊轉(zhuǎn)換器）、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、串口服務(wù)器；

12.       電量傳感器：低壓電流互感器、開口式互感器、一次小電流互感器、0.2級電流互感器、低壓電動機保護器專用互感器、剩余電流互感器、霍爾傳感器、羅氏線圈電流變送器、模擬信號隔離器、有功功率變送器、無功功率變送器、直流電壓傳感器、浪涌保護器；

13.       環(huán)保監(jiān)控：油煙在線監(jiān)測儀、環(huán)保數(shù)據(jù)采集傳輸裝置；

進儲能群、電力群、光伏群；找供應(yīng)商、找客戶、找圈子，

衛(wèi)星：CDD-9888（分享資源 合作共贏）