力控樓宇能源管理系統(tǒng)

　　關(guān)鍵字：樓宇,能源管理,力控,設(shè)備管理,變配電,能耗,云計(jì)算,物聯(lián)網(wǎng),scada,數(shù)據(jù)庫(kù)

　　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(shí)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(qiáng)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(tái)為例，介紹智能樓宇能源管理系統(tǒng)的功能及應(yīng)用。

　　一、前言

　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，大型公共建筑耗能的問(wèn)題日益突出，對(duì)建筑執(zhí)行能耗量化管理以及效果評(píng)估，來(lái)控制降低建筑運(yùn)營(yíng)過(guò)程中所消耗的能量，最終降低建筑的運(yùn)營(yíng)成本，提高能源使用效率，已經(jīng)成為社會(huì)最為關(guān)注的問(wèn)題。

　　力控科技長(zhǎng)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(tái)，采用先進(jìn)的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)供能設(shè)備與耗能設(shè)備的直接對(duì)話，傳感器和執(zhí)行器、監(jiān)測(cè)和檢測(cè)間環(huán)環(huán)相扣，從而實(shí)現(xiàn)智能樓宇的數(shù)字化管理。

　　整個(gè)能源管理系統(tǒng)將從以下幾個(gè)方面著手，最終實(shí)現(xiàn)建筑管理輔助決策系統(tǒng)。

　　(1)實(shí)現(xiàn)對(duì)樓宇自控、cctv、門(mén)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(guò)匯總后由控制中心統(tǒng)一調(diào)度。

　　(2)減少能源消耗，采用實(shí)時(shí)能源監(jiān)控、分戶分項(xiàng)能源統(tǒng)計(jì)分析、優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行。通過(guò)重點(diǎn)能耗設(shè)備監(jiān)控、能耗費(fèi)率分析等多種手段，使管理者能夠準(zhǔn)確掌握能源成本比重和發(fā)展趨勢(shì)，制訂有的放矢的節(jié)能策略。與蓄能裝置、無(wú)功補(bǔ)償裝置聯(lián)動(dòng)，達(dá)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(biāo)等。

　　二、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

　　智能樓宇能源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用分層分布式結(jié)構(gòu), 系統(tǒng)自上而下共分四層：

　　現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層：指分布于高低壓配電柜中的測(cè)控保護(hù)裝置、儀表、以及樓宇自控、cctv、門(mén)禁、智能空調(diào)、ups、電梯、變配電、消防等子系統(tǒng)。

　　網(wǎng)絡(luò)通信層：使用通信網(wǎng)關(guān)可以將各個(gè)子系統(tǒng)所使用的非標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議, 將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)傳輸至智能樓宇能源管理平臺(tái)，并下發(fā)上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各種控制命令。

　　監(jiān)控層：具有良好的人機(jī)交互界面，scada軟件負(fù)責(zé)和國(guó)內(nèi)外各種樓宇控制廠家的檢測(cè)、控制設(shè)備構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)完美的過(guò)程可視化，并且可與“第三方”的軟、硬件系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行集成。實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)提供豐富的企業(yè)級(jí)信息系統(tǒng)客戶端應(yīng)用和工具，大容量支持企業(yè)級(jí)應(yīng)用，內(nèi)部實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)壓縮率，實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的海量存儲(chǔ)。

　　能源管理層：為現(xiàn)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(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及用能信息等)制定能量?jī)?yōu)化策略, 優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行, 通過(guò)聯(lián)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)能源管理, 提高經(jīng)濟(jì)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(guò)程中所涉及的各種控制，監(jiān)測(cè)，計(jì)量，檢測(cè)等為基礎(chǔ)，支持opc、dde、odbc等相關(guān)接口，全面采集各種數(shù)據(jù)采集器和人工錄入設(shè)備。

　　現(xiàn)場(chǎng)采集內(nèi)容覆蓋樓宇自控、cctv、門(mén)禁、智能空調(diào)、ups、電梯、變配電、消防等系統(tǒng)。其中主要關(guān)注核心系統(tǒng)運(yùn)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(cè)等數(shù)據(jù)。將全樓宇的智能控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)采集進(jìn)入系統(tǒng)，供數(shù)據(jù)監(jiān)視、存儲(chǔ)、報(bào)警、分析、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)平衡等使用。

　　主要功能包括：

　　★整合現(xiàn)場(chǎng)各種控制系統(tǒng)。

　　★整合建筑物內(nèi)各個(gè)耗能、產(chǎn)能、用能的信息孤島及子系統(tǒng)。

　　★將孤立的散點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，整合進(jìn)大型建筑節(jié)能集控智能平臺(tái) 。

　　★與有線網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)集成。

　　3.2 控制調(diào)度中心

　　該系統(tǒng)采用了云計(jì)算技術(shù)，可以提供利用同一平臺(tái)管理全球建筑機(jī)電設(shè)備的無(wú)限容量的架構(gòu)，能夠在同一平臺(tái)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(kāi)的bacnet、lonworks、m-bus、iec60870-5-101/102/103/104、dlt-645、cdt、modbus等標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行兼容。技術(shù)人員遠(yuǎn)程即可了解現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)，觀察現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài);實(shí)現(xiàn)樓宇全過(guò)程的“可視化”管理，使能源“just in time”使用方針得以實(shí)現(xiàn)。該平臺(tái)基于云架構(gòu)技術(shù)，還可為專家和技術(shù)人員提供遠(yuǎn)程指導(dǎo)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(wú)功補(bǔ)償裝置、自發(fā)電裝置、蓄能裝置、饋電線路控制系統(tǒng)、門(mén)禁、消防監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、智能中央空調(diào)控制系統(tǒng)等。

　　3.3 報(bào)警管理

　　系統(tǒng)平臺(tái)利用多個(gè)報(bào)警模型，負(fù)責(zé)過(guò)程，設(shè)備，質(zhì)量，安全指標(biāo)，能源限額的超限進(jìn)行多種方式的報(bào)警。包括模擬量報(bào)警，事件報(bào)警，重大變化連續(xù)重復(fù)報(bào)警，硬件設(shè)備報(bào)警等。支持一個(gè)完全分布式的報(bào)警系統(tǒng)，報(bào)警及事件的傳送，報(bào)警確認(rèn)處理以及報(bào)警記錄存檔。用戶可以自定義各種報(bào)警，報(bào)警信息可以通過(guò)不同方式傳送至用戶。

　　主要功能包括：

　　1)設(shè)備報(bào)警

　　重要能耗設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)異常報(bào)警。

　　2)環(huán)境質(zhì)量報(bào)警

　　空氣質(zhì)量，溫度，濕度等異常報(bào)警。

　　3)電源故障報(bào)警

　　設(shè)備電源故障，ups斷電報(bào)警。

　　4)網(wǎng)絡(luò)通訊報(bào)警

　　設(shè)備通訊及網(wǎng)絡(luò)故障等異常報(bào)警。

　　5)報(bào)警級(jí)別設(shè)定

　　基于事件的報(bào)警，報(bào)警分組管理，報(bào)警優(yōu)先級(jí)管理。

　　6)報(bào)警和事件輸出方式

　　報(bào)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(bào)警管理模塊

　　3.4 設(shè)備管理

　　能源管理系統(tǒng)的對(duì)象覆蓋樓宇的各種大型能源設(shè)施，通過(guò)對(duì)能源設(shè)備的運(yùn)行、異常、故障和事故狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)視和記錄。通過(guò)技改和加強(qiáng)維護(hù)，指導(dǎo)維護(hù)保養(yǎng)工作，提高能源設(shè)備效率，實(shí)現(xiàn)能源設(shè)備閉環(huán)管理。

　　主要功能包括：

　　★運(yùn)行記錄、啟停記錄的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)查詢。

　　★缺陷、故障記錄維護(hù)，查詢。

　　★維修工單，試驗(yàn)工單，保養(yǎng)計(jì)劃等設(shè)備維護(hù)管理。

　　★設(shè)備基礎(chǔ)信息管理(型號(hào)，廠家，電壓等級(jí)等信息)。

　　★維修成本，運(yùn)行成本分析和報(bào)表。

　　圖3 樓宇能源管理之設(shè)備管理模塊

　　3.5 計(jì)劃與實(shí)績(jī)管理

　　根據(jù)能源分配計(jì)劃、檢修計(jì)劃、歷史能耗數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計(jì)、能源消耗預(yù)測(cè)、供能狀況等可自動(dòng)計(jì)算能源消耗計(jì)劃和外購(gòu)計(jì)劃，制定詳細(xì)的建筑能源管理指標(biāo)體系，指導(dǎo)相關(guān)部門(mén)按照供需計(jì)劃組織配電、配熱。

　　采集、提取和整理各種樓宇子系統(tǒng)實(shí)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(shí)績(jī)數(shù)據(jù)，為所有部門(mén)編制各類其他報(bào)表提供基準(zhǔn)。通過(guò)計(jì)劃與實(shí)績(jī)數(shù)據(jù)的分析比較，對(duì)樓宇所有能源數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)行的決策，增進(jìn)應(yīng)變能力。

　　能源實(shí)績(jī)有日、月、季、年能源實(shí)績(jī)表 (包括電，熱，水等不同分析切入點(diǎn));能源計(jì)劃有日、月、季、年能源供需計(jì)劃表 (包括電，熱，水等不同分析切入點(diǎn))。計(jì)劃與實(shí)績(jī)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(jī)效與計(jì)劃管理模塊

　　3.6 平衡優(yōu)化管理

　　能源供應(yīng)和能源消耗直接存在距離，調(diào)整復(fù)雜，系統(tǒng)在大量歷史數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，對(duì)能源的生產(chǎn)，存儲(chǔ)，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(luò)和平衡優(yōu)化模型。通過(guò)綜合平衡和燃料轉(zhuǎn)換使用的系統(tǒng)方法，計(jì)算評(píng)價(jià)大型建筑能源利用水平的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)能源供需動(dòng)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(dá)到一個(gè)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：

　　(1)能耗報(bào)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(shí)、逐日、逐月、逐年報(bào)告;單位面積能耗為能耗評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)支持;管理值(即目標(biāo)值)參考幫助分析實(shí)際能耗值與能耗目標(biāo)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(duì);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(guān)性。

　　(2)能耗排名

　　不同時(shí)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(shè)備單位。

　　(3)能耗比較

　　比較相同時(shí)間范圍內(nèi)不同單位的能耗值，或比較相同單位在不同時(shí)間范圍內(nèi)的能耗值。

　　(4)日平均報(bào)告率

　　任何一天每 15 分鐘平均能耗(電能)需求的報(bào)告，幫助用戶了解能源消耗模式并找出超出預(yù)期的峰值需求，為與電力公司簽訂合同時(shí)提供參考。

　　(5)偏差分析

　　任何一天不同時(shí)段能耗值與管理值(即目標(biāo)值)的偏差計(jì)算，能耗值超過(guò)管理值的時(shí)段偏差值用紅色表示，表明能源消耗的增加傾向。

　　(6)回歸分析

　　回歸分析----對(duì)每位能耗類型為電類的成員內(nèi)的有功功率、無(wú)功功率、瞬間功率、功率因數(shù)進(jìn)行線性回歸分析，展現(xiàn)各成員參數(shù)之間的線性關(guān)系。

　　(7)用電分析

　　根據(jù)所選費(fèi)率以及實(shí)際用電狀況，分時(shí)間段(離峰、半尖峰、尖峰)顯示用電趨勢(shì)以及用電報(bào)表。

　　(8)系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化

　　發(fā)揮集中管控的平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，對(duì)空調(diào)風(fēng)機(jī)、熱交換器、空氣循環(huán)系統(tǒng)及末端系統(tǒng)進(jìn)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(fù)載變化自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)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(duì)電能消耗進(jìn)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(wú)功補(bǔ)償裝置聯(lián)動(dòng)來(lái)提高功率因數(shù)，通過(guò)與自發(fā)電裝置(如太陽(yáng)能發(fā)電裝置或其他類型發(fā)電裝置)、蓄能裝置的聯(lián)動(dòng)與交互，完成饋電線路控制，實(shí)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(shí)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(jié)構(gòu)、季節(jié)、環(huán)境等因素。實(shí)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(shè)備效率 延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

　　2)通過(guò)對(duì)歷史用電情況的分析，優(yōu)化各子系統(tǒng)運(yùn)行策略，確保用電設(shè)備的正常高效運(yùn)行。

　　3)對(duì)全樓宇用電負(fù)荷，電能質(zhì)量及電價(jià)架構(gòu)進(jìn)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(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

　　聯(lián)動(dòng)控制

　　★提供互動(dòng)模式，用戶自行定制用電策略，并實(shí)時(shí)分析。模擬用電策略，預(yù)測(cè)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(dāng)前用電負(fù)荷情況，調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的空調(diào)及通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行策略。

　　★根據(jù)能量?jī)?yōu)化控制策略實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，并通過(guò)運(yùn)行結(jié)果說(shuō)明能量?jī)?yōu)化控制策略的效果。

　　3.8 報(bào)表分析和經(jīng)濟(jì)性分析管理

　　通過(guò)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，樓層能耗對(duì)比，重點(diǎn)耗能設(shè)備分析等多種分析方式，報(bào)表分析可以幫助物業(yè)管理人員計(jì)算特定房間或人均能耗，實(shí)現(xiàn)自主能源審計(jì)管理。報(bào)表可以自動(dòng)生成，按實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)手動(dòng)或自動(dòng)打印，供調(diào)度和運(yùn)行管理人員使用。其中有能源調(diào)度日?qǐng)?bào)表、能源供需計(jì)劃報(bào)表、能源實(shí)績(jī)報(bào)表、能源平衡報(bào)表、能源質(zhì)量管理報(bào)表、能源成本報(bào)表、能源單耗報(bào)表、能源綜合報(bào)表、能源設(shè)備狀態(tài)報(bào)表、能源故障信息統(tǒng)計(jì)報(bào)表、能源設(shè)備備件報(bào)表、能源配送消耗報(bào)表等。

　　圖7 樓宇能源報(bào)表分析

　　3.9 能源對(duì)標(biāo)管理

　　利用建筑物規(guī)范的能源管理體系，通過(guò)與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手或是行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者比較，建立完善持續(xù)改進(jìn)的流程。

　　主要功能包括：

　　1)結(jié)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)主要設(shè)備的單耗指標(biāo)、單位能耗等指標(biāo)進(jìn)行線上監(jiān)測(cè)。

　　2)國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)。

　　3)對(duì)國(guó)家規(guī)定的節(jié)能目標(biāo)設(shè)置警戒線，對(duì)未達(dá)目標(biāo)的指標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)警示。

　　3.10 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

　　基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理是大型建筑群開(kāi)展能源工作的重要基礎(chǔ)內(nèi)容，是大型建筑能源管理信息化建設(shè)的前提和基石。主要功能包括：能源介質(zhì)編碼、能源計(jì)量單位體系、計(jì)量?jī)x表、計(jì)量點(diǎn)、計(jì)量區(qū)域。

　　3.11 權(quán)限維護(hù)管理

　　針對(duì)不同程序的信息敏感度，系統(tǒng)提供一個(gè)優(yōu)秀的權(quán)限維護(hù)管理模塊，可以滿足復(fù)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(hù)、數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)。

　　四、結(jié)論

　　力控樓宇能源管理系統(tǒng)的運(yùn)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(yùn)行, 同時(shí)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(gè)實(shí)際應(yīng)用案例，并且都取得了不錯(cuò)的效果。