關鍵字：樓宇,能源管理,力控,設備管理,變配電,能耗,云計算,物聯(lián)網(wǎng),SCADA,數(shù)據(jù)庫

摘要：樓宇能源管理系統(tǒng)是將建筑物或建筑群內(nèi)的變配電、照明、電梯、空調(diào)、供熱、給排水、能源使用狀況及節(jié)能管理實行集中監(jiān)視、管理和分散控制的建筑物管理與控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)將被接收并轉(zhuǎn)換為增強決策和操作能力的信息，繼而提高建筑使用者和所有者的效率和舒適性。本文以力控研發(fā)的大型建筑節(jié)能集控智能平臺為例，介紹智能樓宇能源管理系統(tǒng)的功能及應用。
一、前言
　　隨著我國經(jīng)濟社會的發(fā)展，大型公共建筑耗能的問題日益突出，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，最終降低建筑的運營成本，提高能源使用效率，已經(jīng)成為社會最為關注的問題。
　　力控科技長期致力于為客戶提供廣泛的能源管理解決方案，此能源系統(tǒng)作為樓宇管控一體化的能源綜合監(jiān)控信息化平臺，采用先進的在線監(jiān)測技術、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術的應用實現(xiàn)供能設備與耗能設備的直接對話，傳感器和執(zhí)行器、監(jiān)測和檢測間環(huán)環(huán)相扣，從而實現(xiàn)智能樓宇的數(shù)字化管理。
　　整個能源管理系統(tǒng)將從以下幾個方面著手，最終實現(xiàn)建筑管理輔助決策系統(tǒng)。
　?。?）實現(xiàn)對樓宇自控、CCTV、門禁、智能空調(diào)、UPS、電梯、變配電、照明、消防等子系統(tǒng)的大融合，通過匯總后由控制中心統(tǒng)一調(diào)度。
　?。?）減少能源消耗，采用實時能源監(jiān)控、分戶分項能源統(tǒng)計分析、優(yōu)化系統(tǒng)運行。通過重點能耗設備監(jiān)控、能耗費率分析等多種手段，使管理者能夠準確掌握能源成本比重和發(fā)展趨勢，制訂有的放矢的節(jié)能策略。與蓄能裝置、無功補償裝置聯(lián)動，達到移峰填谷、提高功率因數(shù)的目的。
　　（3）監(jiān)控辦公、居住環(huán)境舒適信息：主要包括環(huán)境的溫度、濕度、空氣質(zhì)量指標等。
二、系統(tǒng)架構設計
　　智能樓宇能源管理系統(tǒng)設計采用分層分布式結構, 系統(tǒng)自上而下共分四層：
　　現(xiàn)場設備層：指分布于高低壓配電柜中的測控保護裝置、儀表、以及樓宇自控、CCTV、門禁、智能空調(diào)、UPS、電梯、變配電、消防等子系統(tǒng)。
　　網(wǎng)絡通信層：使用通信網(wǎng)關可以將各個子系統(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)及設備運行狀態(tài)傳輸至智能樓宇能源管理平臺，并下發(fā)上位機對現(xiàn)場設備的各種控制命令。
　　監(jiān)控層：具有良好的人機交互界面，SCADA軟件負責和國內(nèi)外各種樓宇控制廠家的檢測、控制設備構成任意復雜的監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)完美的過程可視化，并且可與“第三方”的軟、硬件系統(tǒng)來進行集成。實時歷史數(shù)據(jù)庫提供豐富的企業(yè)級信息系統(tǒng)客戶端應用和工具，大容量支持企業(yè)級應用，內(nèi)部實現(xiàn)高數(shù)據(jù)壓縮率，實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的海量存儲。
　　能源管理層：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)化設備運行, 通過聯(lián)動控制實現(xiàn)能源管理, 提高經(jīng)濟效益及環(huán)境效益。

圖1 樓宇能源管理系統(tǒng)框架

三、系統(tǒng)功能模塊組成
3.1 數(shù)據(jù)采集
　　數(shù)據(jù)采集管理以樓宇管理過程中所涉及的各種控制，監(jiān)測，計量，檢測等為基礎，支持OPC、DDE、ODBC等相關接口，全面采集各種數(shù)據(jù)采集器和人工錄入設備。
　　現(xiàn)場采集內(nèi)容覆蓋樓宇自控、CCTV、門禁、智能空調(diào)、UPS、電梯、變配電、消防等系統(tǒng)。其中主要關注核心系統(tǒng)運行狀況、主要能耗管網(wǎng)狀態(tài)、環(huán)境介質(zhì)質(zhì)量監(jiān)測等數(shù)據(jù)。將全樓宇的智能控制系統(tǒng)的實時狀態(tài)采集進入系統(tǒng)，供數(shù)據(jù)監(jiān)視、存儲、報警、分析、計算、統(tǒng)計平衡等使用。
　　主要功能包括：
　　★整合現(xiàn)場各種控制系統(tǒng)。
　　★整合建筑物內(nèi)各個耗能、產(chǎn)能、用能的信息孤島及子系統(tǒng)。
　　★將孤立的散點進行數(shù)據(jù)采集，整合進大型建筑節(jié)能集控智能平臺 。
　　★與有線網(wǎng)絡、無線網(wǎng)絡集成。
3.2 控制調(diào)度中心
　　該系統(tǒng)采用了云計算技術，可以提供利用同一平臺管理全球建筑機電設備的無限容量的架構，能夠在同一平臺下融合和兼容目前主流自控廠家的產(chǎn)品。可以兼容的協(xié)議不僅包括所有公開的BACnet、LonWorks、M-Bus、IEC60870-5-101/102/103/104、DLT-645、CDT、Modbus等標準協(xié)議，還可以與樓宇自控系統(tǒng)主流品牌控制系統(tǒng)私有協(xié)議進行兼容。技術人員遠程即可了解現(xiàn)場參數(shù)，觀察現(xiàn)場設備的運行狀態(tài)；實現(xiàn)樓宇全過程的 “可視化”管理，使能源“Just In Time”使用方針得以實現(xiàn)。該平臺基于云架構技術，還可為專家和技術人員提供遠程指導功能。
　　需要整合、集控的子系統(tǒng)有樓宇自控系統(tǒng)、變配電調(diào)度系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、無功補償裝置、自發(fā)電裝置、蓄能裝置、饋電線路控制系統(tǒng)、門禁、消防監(jiān)測系統(tǒng)、智能中央空調(diào)控制系統(tǒng)等。
3.3 報警管理
　　系統(tǒng)平臺利用多個報警模型，負責過程，設備，質(zhì)量，安全指標，能源限額的超限進行多種方式的報警。包括模擬量報警，事件報警，重大變化連續(xù)重復報警，硬件設備報警等。支持一個完全分布式的報警系統(tǒng)，報警及事件的傳送，報警確認處理以及報警記錄存檔。用戶可以自定義各種報警，報警信息可以通過不同方式傳送至用戶。
　　主要功能包括：
　　1）設備報警
　　重要能耗設備的運行狀態(tài)異常報警。
　　2）環(huán)境質(zhì)量報警
　　空氣質(zhì)量，溫度，濕度等異常報警。
　　3）電源故障報警
　　設備電源故障，UPS斷電報警。
　　4）網(wǎng)絡通訊報警
　　設備通訊及網(wǎng)絡故障等異常報警。
　　5）報警級別設定
　　基于事件的報警，報警分組管理，報警優(yōu)先級管理。
　　6）報警和事件輸出方式
　　報警窗口、聲、光、電、短信、文件、打印等方式。

圖2 樓宇能源管理之報警管理模塊

3.4 設備管理
　　能源管理系統(tǒng)的對象覆蓋樓宇的各種大型能源設施，通過對能源設備的運行、異常、故障和事故狀態(tài)實時監(jiān)視和記錄。通過技改和加強維護，指導維護保養(yǎng)工作，提高能源設備效率，實現(xiàn)能源設備閉環(huán)管理。
　　主要功能包括：
　　★運行記錄、啟停記錄的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)查詢。
　　★缺陷、故障記錄維護，查詢。
　　★維修工單，試驗工單，保養(yǎng)計劃等設備維護管理。
　　★設備基礎信息管理(型號，廠家，電壓等級等信息)。
　　★維修成本，運行成本分析和報表。

圖3 樓宇能源管理之設備管理模塊

3.5 計劃與實績管理
　　根據(jù)能源分配計劃、檢修計劃、歷史能耗數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計、能源消耗預測、供能狀況等可自動計算能源消耗計劃和外購計劃，制定詳細的建筑能源管理指標體系，指導相關部門按照供需計劃組織配電、配熱。
　　采集、提取和整理各種樓宇子系統(tǒng)實際能源消耗量和能源介質(zhì)放散量等數(shù)據(jù)，獲取能源分析所需的實績數(shù)據(jù)，為所有部門編制各類其他報表提供基準。通過計劃與實績數(shù)據(jù)的分析比較，對樓宇所有能源數(shù)據(jù)進行有效跟蹤，幫助管理者理清近期潛在影響因素，快速制定實行的決策，增進應變能力。
　　能源實績有日、月、季、年能源實績表  (包括電，熱，水等不同分析切入點)；能源計劃有日、月、季、年能源供需計劃表  (包括電，熱，水等不同分析切入點)。計劃與實績比較有同比環(huán)比比較分析，其中包括柱狀，曲線，餅圖。

圖4 樓宇能源管理之績效與計劃管理模塊

3.6 平衡優(yōu)化管理
　　能源供應和能源消耗直接存在距離，調(diào)整復雜，系統(tǒng)在大量歷史數(shù)據(jù)基礎上，對能源的生產(chǎn)，存儲，混合，輸送和使用各環(huán)節(jié)集中管理與控制，為大型建筑群建立一套與能源管理系統(tǒng)集成的能源分布網(wǎng)絡和平衡優(yōu)化模型。通過綜合平衡和燃料轉(zhuǎn)換使用的系統(tǒng)方法，計算評價大型建筑能源利用水平的技術經(jīng)濟指標，實現(xiàn)能源供需動態(tài)與靜態(tài)平衡，得出各種能源介質(zhì)的優(yōu)化分配方案，使大型建筑能源的合理利用達到一個新的高度。

圖5 樓宇能源管理之平衡優(yōu)化管理模塊

　　主要功能包括：
　?。?）能耗報告
　　能耗采集的是電表的總有功功率，主要是幫助用戶掌握能源消耗情況，找出能源消耗異常值。包括能耗值的逐時、逐日、逐月、逐年報告；單位面積能耗為能耗評價提供數(shù)據(jù)支持；管理值（即目標值）參考幫助分析實際能耗值與能耗目標值的差異；功率因子參考提供能耗值（電能）與用能品質(zhì)間的比對；溫度、濕度參考幫助分析能耗資料與環(huán)境數(shù)據(jù)的相關性。
　　（2）能耗排名
　　不同時間范圍內(nèi)的能耗值排序，以升序或降序顯示，幫助用戶找出能耗最低和最高的設備單位。
　　（3）能耗比較
　　比較相同時間范圍內(nèi)不同單位的能耗值，或比較相同單位在不同時間范圍內(nèi)的能耗值。
　　（4）日平均報告率
　　任何一天每 15 分鐘平均能耗（電能）需求的報告，幫助用戶了解能源消耗模式并找出超出預期的峰值需求，為與電力公司簽訂合同時提供參考。
　?。?）偏差分析
　　任何一天不同時段能耗值與管理值（即目標值）的偏差計算，能耗值超過管理值的時段偏差值用紅色表示，表明能源消耗的增加傾向。
　?。?）回歸分析
　　回歸分析----對每位能耗類型為電類的成員內(nèi)的有功功率、無功功率、瞬間功率、功率因數(shù)進行線性回歸分析，展現(xiàn)各成員參數(shù)之間的線性關系。
　?。?）用電分析
　　根據(jù)所選費率以及實際用電狀況，分時間段（離峰、半尖峰、尖峰）顯示用電趨勢以及用電報表。
　　（8）系統(tǒng)運行優(yōu)化
　　發(fā)揮集中管控的平臺優(yōu)勢，對空調(diào)風機、熱交換器、空氣循環(huán)系統(tǒng)及末端系統(tǒng)進行優(yōu)化調(diào)節(jié)，避免因憋壓、壓力失衡造成的不必要能耗增加，根據(jù)負載變化自動調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速或冷熱源輸出功率。
3.7 配電及能源優(yōu)化策略
　　配電及能源優(yōu)化系統(tǒng)從電力專業(yè)的深度對電能消耗進行數(shù)字化和集成化的管理、控制和優(yōu)化。系統(tǒng)能夠與無功補償裝置聯(lián)動來提高功率因數(shù)，通過與自發(fā)電裝置（如太陽能發(fā)電裝置或其他類型發(fā)電裝置）、蓄能裝置的聯(lián)動與交互，完成饋電線路控制，實現(xiàn)移峰填谷。
　　本系統(tǒng)提供了用戶可自主編程的控制策略生成工具，用戶可根據(jù)具體需求自主編程實現(xiàn)優(yōu)化策略。

圖6 樓宇配電及能源優(yōu)化策略

　　控制策略的編制基于建筑用電結構、季節(jié)、環(huán)境等因素。實現(xiàn)移峰填谷、提高功率因數(shù)，減少能源支出。
　　1）降低用電消耗，提高設備效率 延長設備使用壽命。
　　2）通過對歷史用電情況的分析，優(yōu)化各子系統(tǒng)運行策略，確保用電設備的正常高效運行。
　　3）對全樓宇用電負荷，電能質(zhì)量及電價架構進行綜合分析，制定新能源并網(wǎng)策略及系統(tǒng)充放電策略，實現(xiàn)節(jié)能減排。
　　聯(lián)動控制
　　★提供互動模式，用戶自行定制用電策略，并實時分析。模擬用電策略，預測用電信息，為用戶制定用電策略提供數(shù)據(jù)支持。
　　★根據(jù)空間環(huán)境參數(shù)及當前用電負荷情況，調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的空調(diào)及通風系統(tǒng)運行策略。
　　★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，并通過運行結果說明能量優(yōu)化控制策略的效果。
3.8 報表分析和經(jīng)濟性分析管理
　　通過能源消費結構，樓層能耗對比，重點耗能設備分析等多種分析方式，報表分析可以幫助物業(yè)管理人員計算特定房間或人均能耗，實現(xiàn)自主能源審計管理。報表可以自動生成，按實際需要實現(xiàn)手動或自動打印，供調(diào)度和運行管理人員使用。其中有能源調(diào)度日報表、能源供需計劃報表、能源實績報表、能源平衡報表、能源質(zhì)量管理報表、能源成本報表、能源單耗報表、能源綜合報表、能源設備狀態(tài)報表、能源故障信息統(tǒng)計報表、能源設備備件報表、能源配送消耗報表等。

圖7 樓宇能源報表分析

3.9 能源對標管理
　　利用建筑物規(guī)范的能源管理體系，通過與競爭對手或是行業(yè)領導者比較，建立完善持續(xù)改進的流程。
　　主要功能包括：
　　1）結合國家標準，對主要設備的單耗指標、單位能耗等指標進行線上監(jiān)測。
　　2）國家有關標準規(guī)定的經(jīng)濟運行指標。
　　3）對國家規(guī)定的節(jié)能目標設置警戒線，對未達目標的指標進行自動警示。
3.10 基礎數(shù)據(jù)管理
　　基礎數(shù)據(jù)管理是大型建筑群開展能源工作的重要基礎內(nèi)容，是大型建筑能源管理信息化建設的前提和基石。主要功能包括：能源介質(zhì)編碼、能源計量單位體系、計量儀表、計量點、計量區(qū)域。
3.11 權限維護管理
　　針對不同程序的信息敏感度，系統(tǒng)提供一個優(yōu)秀的權限維護管理模塊，可以滿足復雜的系統(tǒng)管理要求。主要功能包括：用戶信息、角色管理、控制操作管理、系統(tǒng)日記維護、數(shù)據(jù)庫維護。
四、結論
　　力控樓宇能源管理系統(tǒng)的運行在保證樓宇環(huán)境舒適的前提下, 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。目前為止此套系統(tǒng)已經(jīng)有多個實際應用案例，并且都取得了不錯的效果。

更多最新信息請關注力控科技官方網(wǎng)站：www.sunwayland.com.cn
力控科技官方微博：http://e.weibo.com/sunwayland