智能樓宇能源管理系統的研究與應用

董旭 孫云增 馬唯唯

摘? 要：隨著我國社會經濟的高速發展，城市樓宇林立，但大型公共建筑高耗能情況越來越突出。相關統計顯示，大型公共建筑年耗電量約占全國城鎮總耗電量的22%。因此利用各種智能化、科技化手段對大型公共建筑進行能源監測和管理，對實現節能降耗、提質增效具有非常重要的指導價值。大型公共建筑中能源類型豐富，水、電、氣、熱等的用電情況最為突出。基于此，本文以電能為主，研究了能源管理系統在智能樓宇中的應用，以期推動公共建筑的智能化發展。

關鍵詞：智能樓宇;能源管理系統;節能降耗

中圖分類號：TU855? ?文獻標識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2020）07-0000-00

1智能樓宇能源管理系統介紹

能源管理系統作為智能樓宇管控一體化的能源綜合監控信息化平臺，其綜合運用大數據、移動通信、云計算、物聯網，人工智能等技術實現從用能設備直接讀取運行信息，全面對比分析用能設備運行情況及變化，實現能耗數據采集、能耗數據的指標計算與統計分析，協助系統運行管理及運維方式升級，從而實現智能樓宇的數字化管理[1]。

2能源管理系統構成

能源管理系統主要實現監測樓宇配電系統實時運行情況和能耗統計。系統對安裝于配電室、配電箱/柜等處的各類設備通過通訊接口進行數據采集，經屏蔽雙絞線、網線或光纖集中到系統后臺進行展示和數據分析。

系統采用可靠的、抗干擾能力強的網絡結構。網絡系統采用成熟可靠軟件，智能采集器和就地儀表之間的數據通信，保證其數據有效傳送、不丟失。支持總線網絡、自動監測網絡總線和各個接點的工作狀態，自動選擇、協調各接點的工作和網絡通信[2]。

能源管理系統網絡結構采用分布式三層結構：

2.1數據采集層

主要實現監測、采集和通訊等功能;采用各類能耗測量設備進行數據的自動采集、就地及遠程控制、信息上送等功能。（1）利用微機保護裝置對高壓側電壓、電流、功率、斷路器狀態、手車位置、地刀位置等信息進行采集。（2）利用智能電表對低壓側電壓、電流、功率、電量、開關狀態、事故接點狀態等信息進行采集。（3）利用變壓器溫控器、直流充電控制模塊等設備對變壓器、直流屏等重要配電設備運行狀態和報警信息進行采集。（4）利用溫濕度傳感器、水浸傳感器等對配電室整體運行環境和進水情況進行采集。（5）利用攝像頭對配電室內高低壓開關柜、重要配電設施、主要出入口等位置進行圖像監視和采集。

2.1.1通訊網絡層

主要實現連接現場采集層和系統應用層;采用以太網網關將現場層監控設備的RS485/Modbus通訊轉換成Modbus/TCP以太網通訊，通過網絡實現與后臺監控計算機的信息交換。（1）配電系統數據經屏蔽雙絞線或網線將數據集中到智能采集器;（2）視頻信息經網線/光纖集中于硬盤錄像機;（3）信息經交換機傳輸至本地服務器或經4G路由器傳輸至互聯網服務器。

2.1.2系統應用層

主要實現對所有能耗數據的集成和管理功能。能源管理系統計算機采用高性能服務器及工業控制計算機，支持以太網絡通訊，具有大容量存儲空間。

2.2應用展示部分

采用B/S架構方式，無需安裝客戶端，大大簡化了客戶端電腦載荷，減輕了系統維護與升級的成本和工作量，降低了總體成本。其能有效地保護系統數據平臺和管理訪問權限，同時服務器數據庫較安全。在滿足系統功能的基礎上，單獨建立運維管理模塊，最大限度的提高系統的可維護性，降低維護難度，提高平臺運行效率。

2.3數據庫部分

2.3.1 數據庫的分類

數據庫的組成根據相關應用業務特性和數據內容與用戶進行分類，主要包括：用戶信息、系統模型、設備信息等數據庫，用能指標數據庫，統計分析數據庫，能耗管理數據庫，數據交換數據庫。

2.3.2 數據庫的選擇

系統數據庫采用關系型數據庫管理系統MySQL。MySQL作為迄今為止互聯網行業最受歡迎以及使用率最高的數據庫，在兼具了穩定和性能之外，相比于其他同等級數據庫（Micorsoft Sqlserver、Oracle）具有完全開放及免費的特性。數據庫支持多線程，可充分利用CPU資源。優化的SQL查詢算法，有效地提高了查詢速度。

3能源管理系統功能

3.1實時監測

系統支持針對樓宇配電系統運行狀態的實時監測，以曲線形式直觀展示配電室總體負荷情況并同時對比昨日曲線，輔助和提示管理人員進行電能管理[3]。

系統支持主接線圖實時監測，以配電室電氣結構為基礎，清晰反映各回路開關狀態，并能在接線圖上一目了然的看清各回路的當前運行電流信息。

系統支持對表計數據的實時監測，這可具體到每一個出線回路的三相數據，為進一步的用能數據分析和電能質量分析提供良好支撐。

3.2預警報警

除實時監測功能外，系統還提供針對異常情況的報警功能，如嚴重越限值、重要的位置狀態變化、設備運行故障等;提供預警提醒功能，如：輕微越限值，非重要狀態變化等。預報警的主動提示，有效提高配電室運行值班的應急處理的響應速度。長期統計的預報警信息可輔助和提示管理人員進行老舊設備的更換和淘汰。

3.3統計分析

在采集到的數據中，電量信息作為長期監視用能情況的關鍵窗口，可挖掘利用的空間最大。系統支持電量統計分析，可按日、月、年分別查看，并以柱狀圖展示，直觀對比電量變化趨勢，及整體用能分布。在用能管理方面，系統可輔助管理人員均衡分配負荷，挖掘電能節約潛力。系統還可以提供分類計量，分項計量等功能使統計維度更加多元，分析更加精準。

3.4電費管理

系統可通過對大廈用能分布分析，從電能質量的評估側面分析電費單據數據構成，指導管理人員通過節約使用、提高電能質量、更新高耗能設備等手段實現節能降費，切實從能源管理中受益。

3.5數據接口與集成

在現代社會中，智能樓宇不是孤立存在的，樓宇內的各類系統更是環環相連的。這就要求能源管理系統需要與樓宇內其它各類系統的數據互聯互通，共享數據。平臺支持各種形式的數據接收和轉發，為各類能源問題決策提供數據支持。

4結語

本文以都城科技大廈建設的能源管理系統為代表介紹了其相關功能和特點。系統在節能降耗、實時監測、預警報警、統計分析等方面給管理人員提供了很多有用的參考信息，具有很高的應用價值。

隨著智能化、科技化的不斷發展和環保、綠色理念的不斷加深，能源管理逐漸走向精細化，廣泛化。因此，智能樓宇未來的發展方向必將是節能環保及多領域技術的規模化發展。以樓宇能源管理為核心，將所有與用能相關的系統進行集成，并相互協調控制，科學選擇和制定用能管理方案，在保證樓宇舒適便捷，安全可靠的前提下，實現樓宇的智能化發展，從而達到節能減排的綜合效應，提升樓宇品質。

參考文獻

[1] 徐錦標，張振昭.樓宇智能化技術 第三版[M].北京：機械工業出版社，2010.

[2] 唐頌光.建筑能耗監測系統可視化平臺的設計與實現[D].武漢：武漢郵電科學研究院，2017.

[3] 清華大學建筑節能中心，中國建筑節能年度發展研究報告2015[M].北京：中國建筑工業出版社，2015.

收稿日期：2020-06-08

作者簡介：董旭（1968—），男，湖北荊門人，本科，高級工程師，研究方向：電網生產、智慧后勤、智能樓宇、后勤能源精益化管理等。

Research and Application of Intelligent Building Energy Management System

DONG Xu，SUN Yunzeng，MA Weiwei

（State Grid ZTE Corporation， Beijing? 100761）

Abstract：With the rapid development of my country's social economy， there are many urban buildings， but the high energy consumption of large public buildings is becoming more and more prominent. Relevant statistics show that the annual electricity consumption of large public buildings accounts for about 22% of the country's total electricity consumption in cities and towns. Therefore， the use of various intelligent and technological means to monitor and manage the energy of large-scale public buildings is of very important guiding value for achieving energy saving and consumption reduction， and improving quality and efficiency. There are abundant types of energy in large public buildings， with the most prominent use of electricity， such as water， electricity， gas， and heat. Based on this， this article focuses on electric energy and studies the application of energy management systems in smart buildings， with a view to promoting the intelligent development of public buildings.

Keywords： intelligent building; energy management system; energy saving and consumption reduction