李婧婧
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要：能耗管理系統(tǒng)是對能源消耗的一種監(jiān)控管理系統(tǒng),，它可以實時監(jiān)測各類型能源使用的情況,，自動分析各設備的能耗,、能效情況并給出合理建議,，從而進一步對設備進行優(yōu)化,，以實現(xiàn)企業(yè)對能源使用的較好配置,，確保所有設備處于高效,、節(jié)能,、減排的運行狀態(tài)。
關鍵詞：能源管理 能耗采集 能耗分析 用能監(jiān)測
1 能耗管理系統(tǒng)應用背景
1.1 能源管理概述
能源的消耗是持續(xù)的,，沒有規(guī)劃地任意使用是不可取的,，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和環(huán)境資源壓力越來越大，節(jié)能減排形勢嚴峻,，在中國,，持續(xù)高速的經(jīng)濟增長的同時也引發(fā)了能源供應危機等問題。節(jié)能減排,、低碳環(huán)保不再只是一個社會的熱點話題,，更是我們未來的必經(jīng)之路。認真貫徹落實黨的十九da精神,，要求加快推進節(jié)能降耗,，加快實施清潔生產(chǎn)，加快資源循環(huán)利用,，向節(jié)約,、清潔、低碳,、高效生產(chǎn)方式轉變,，實施節(jié)約與開發(fā)并舉,、把節(jié)約放在前位的能源發(fā)展戰(zhàn)略。
一個企業(yè)建設能耗管理系統(tǒng)不僅能夠滿足公司對能源管理的需求,，而且能夠隨企業(yè)的持續(xù)發(fā)展而拓展,。利用該系統(tǒng)能夠有效降低企業(yè)因能源消耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計、表單維護以及報表,、數(shù)據(jù)處理而產(chǎn)生的費用,，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行在線分析，幫助企業(yè)進行能源消耗的實時監(jiān)測,、準確統(tǒng)計和詳細預測,，最終為企業(yè)節(jié)能降耗和自我完善提供確鑿的數(shù)據(jù)基礎和有力的決策支持。
1.2 企業(yè)現(xiàn)狀分析
能耗數(shù)據(jù)信息是企業(yè)的重要能耗點和關鍵指標,，多數(shù)企業(yè)并沒有充分運用信息化集中管理手段,，采集某個車間或設備的能耗信息，沒有該信息就無法在生產(chǎn)過程中準確分析能量消耗情況和成本情況,，造成了能耗在生產(chǎn)過程中沒有起到關鍵作用和指導作用,。大多數(shù)企業(yè)仍然使用的老式儀表并沒有預留數(shù)據(jù)通信接口，儀表無法形成網(wǎng)絡連接,，能耗等信息的采集主要靠傳統(tǒng)的人工抄表進行數(shù)據(jù)記錄,，工作強度大，人工易出錯造成數(shù)據(jù)不準確,，數(shù)據(jù)無法通過結構化存儲,，無法在企業(yè)內(nèi)部通過信息化系統(tǒng)之間共享。
1.3 企業(yè)管理需求
1.3.1 用電監(jiān)控
能耗管理系統(tǒng)主要目標之一是采集與監(jiān)測用電信息,，建立企業(yè)的能耗數(shù)據(jù)中心,，為企業(yè)的精細化運營、生產(chǎn)成本的降低提供數(shù)據(jù)管理平臺：通過實時,、準確采集電力數(shù)據(jù),，解決原人工完成的電力數(shù)據(jù)采集任務；通過數(shù)據(jù)分析及時發(fā)現(xiàn)電力能耗問題,，通過能耗總量走勢分析,、電總能耗的偏差分析、電能耗按設備或區(qū)域進行對比,、環(huán)比分析等,，為企業(yè)生產(chǎn)運營提供有力的決策數(shù)據(jù)；實現(xiàn)設備的智能化用電,，提高電能利用率,，達到節(jié)能效果；對重點工作流程的電能耗指標、單位產(chǎn)品能耗指標等進行監(jiān)控,，對規(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告警、動態(tài)監(jiān)測及在生產(chǎn)過程中的實時監(jiān)測,；
1.3.2 用水監(jiān)控
可以在廠區(qū)地圖上按照區(qū)域監(jiān)控各個廠區(qū),、車間的工業(yè)用水、生活用水,、綠化用水等實時數(shù)據(jù),。實時顯示用水計劃情況，有效監(jiān)督整個廠區(qū)用水管理,。
1.3.3 用氣監(jiān)控
可以實現(xiàn)對整個廠區(qū)的天然氣,、壓縮空氣、高溫蒸汽等氣體能耗進行實時監(jiān)控和使用安全進行集中管理,，達到有效避免浪費及規(guī)范操作的目的,。
1.3.4 能耗分析
能源成本分析和賬單管理；能源消耗統(tǒng)計臺賬與報表,。
1.4解決思路
通過對原有水,、電、氣表進行替換,，改用具有通訊遠傳功能的智能監(jiān)測儀表,，采集檢測數(shù)據(jù)后，上傳至通訊管理服務器,，能耗管理系統(tǒng)對能耗使用情況進行分析與呈現(xiàn)。
1.5 能耗管理系統(tǒng)基本功能
1.5.1 在線監(jiān)測：
實時查看各監(jiān)測點的多種能耗指標,，包括電壓,、電流、負荷,、電量,，用水流量、用氣流量等,。
1.5.2 統(tǒng)計分析：
從費用,、能耗、指標三部分出發(fā),，分為日,、月、年三大模塊,，并通過能源消耗軌跡圖,、表格等多種形式，反映用能設備的能源消耗情況。且便于操作,、查看歷史數(shù)據(jù),。
1.5.3 數(shù)據(jù)分析比較
單臺用能設備不同時間段內(nèi)的能耗指標差異的比較，及同一時間段內(nèi)同類能源設備的能耗指標差異的比較,，指導用戶進行能耗使用的管理,。
1.5.4 分析結果展現(xiàn)形式：
能耗管理系統(tǒng)可在服務器界面展示，也可通過 APP 或 微信服務號展示相關信息,，用戶可隨時時了解配電室現(xiàn)場運行情況,、水、氣能源消耗情況,。平臺同時具有故障及時報警,、信息推送等功能。
2 能耗管理系統(tǒng)方案設計
2.1 設計目標
能耗管理系統(tǒng)是應用物聯(lián)網(wǎng)技術結合現(xiàn)代合理用能管理思想為企業(yè)構建的信息系統(tǒng),，其目標是讓企業(yè)通過智能化能耗管理系統(tǒng)科學用能,，實現(xiàn)“安全、可靠,、經(jīng)濟,、高效、潔凈"的用能目標和用能管理的“可視化",。
通過用能管理的“可視化"運用,，幫助企業(yè)改變用能方式、提升用能效率,、優(yōu)化資源配置及改善用能環(huán)境,，最終實現(xiàn)：減少能源消耗，降低用能成本,。
能耗管理系統(tǒng)包括能效管理應用層,、網(wǎng)絡通訊層、現(xiàn)場設備層,。
能效管理應用層：完成數(shù)據(jù)采集,、校驗、分析,、處理,、輸出、系統(tǒng)維護,、授權使用,、權限分級控制等；并可將現(xiàn)場運行的重要數(shù)據(jù),、報警信息,、故障信息等傳送到企業(yè)決策人員,。
網(wǎng)絡通訊層：現(xiàn)場采用RS485、以太網(wǎng),、5G,、WIFI等傳輸方式，將區(qū)域內(nèi)的能源采集模塊連接至相對的通訊管理機,，各通訊管理機通過網(wǎng)絡連接至中央服務器,。
現(xiàn)場設備層：現(xiàn)場設備層負責電、水,、氣參數(shù)的采集和上傳?，F(xiàn)場設備層有多功能電力儀表、多功能電能表,、水,、氣能等采集裝置組成。
2.2 結構設計
2.2.1系統(tǒng)結構
能耗管理系統(tǒng)包括能效管理應用層,、網(wǎng)絡通訊層,、現(xiàn)場設備層。
能效管理應用層：完成數(shù)據(jù)采集,、校驗,、分析、處理,、輸出,、系統(tǒng)維護、授權使用,、權限分級控制等,；并可將現(xiàn)場運行的重要數(shù)據(jù)、報警信息,、故障信息等傳送到企業(yè)決策人員,。
網(wǎng)絡通訊層：現(xiàn)場采用RS485、以太網(wǎng),、5G、WIFI等傳輸方式,，將區(qū)域內(nèi)的能源采集模塊連接至相對的通訊管理機,，各通訊管理機通過網(wǎng)絡連接至中央服務器。
現(xiàn)場設備層：現(xiàn)場設備層負責電,、水,、氣參數(shù)的采集和上傳。現(xiàn)場設備層有多功能電力儀表,、多功能電能表,、水,、氣能等采集裝置組成。
能耗管理系統(tǒng)示意圖
2.2.2功能結構
數(shù)據(jù)采集結構
收集分布在企業(yè)配網(wǎng)中的能耗數(shù)據(jù),，如將電壓,、電流的模擬信號轉換成數(shù)字信號，將電能數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)主站,；主要設備有多功能電力儀表,、485通信服務器、485 通信網(wǎng)絡,、5G通信網(wǎng)絡等,，系統(tǒng)將各種傳感器互聯(lián)成網(wǎng)絡與主站系統(tǒng)連接。
數(shù)據(jù)中心結構
包括數(shù)據(jù)主站系統(tǒng),、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)與信息發(fā)布系統(tǒng)：
數(shù)據(jù)主站系統(tǒng): 接收企業(yè)傳感器采集的數(shù)據(jù)進行解析及存儲,，同時向企業(yè)傳感器發(fā)布指令，請求所需要的數(shù)據(jù);
數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：存儲企業(yè)能耗指標數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的處理結果;
數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：完成企業(yè)能耗數(shù)據(jù)加工,。系統(tǒng)包括應用服務器,、數(shù)據(jù)分析模型、信息展示模型,、智能用電模型等;
信息發(fā)布系統(tǒng)：將企業(yè)管理信息發(fā)布到 Web 服務器,，企業(yè)通過登陸互聯(lián)網(wǎng)獲取電能管理信息。系統(tǒng)包括 Web 服務器,、Web 應用,、信息安全系統(tǒng)等。
3 能耗管理系統(tǒng)具體實現(xiàn)分析
3.1 系統(tǒng)概述
能耗管理系統(tǒng)是采用先進的智能化集成技術,，基于B／S架構的能源管理平臺,，該平臺采集各個能耗監(jiān)測點的能耗和運行信息，形成能耗的分類,、分項,、分區(qū)域統(tǒng)計分析，對能源的統(tǒng)一調(diào)度,、優(yōu)化能源介質(zhì)平衡,、減少煤氣放散、提高環(huán)保質(zhì)量,、降低企業(yè)綜合能耗和提高勞動生產(chǎn)率有重要作用,，幫助客戶更優(yōu)化的使用能源，從而實現(xiàn)“節(jié)能管理,、綠色能效",。
3.2平臺架構
能耗管理系統(tǒng)采用B／S多層結構。在B／S模式中,，客戶端運行標準的瀏覽器軟件,，通過HTTP協(xié)議向Web 服務器提出頁面訪問請求,，頁面執(zhí)行相應的邏輯程序（一般通過組件訪問數(shù)據(jù)庫），Web服務器再將頁面程序執(zhí)行返回的結果進行轉化,，轉變成HTML文檔形式轉發(fā)給客戶端瀏覽器,。信息發(fā)布系統(tǒng)：將企業(yè)管理信息發(fā)布到Web服務器，企業(yè)通過登陸互聯(lián)網(wǎng)獲取電能管理信息,。系統(tǒng)包括Web服務系統(tǒng)采用三層體系結構,，可以滿足用戶個性化需求以及系統(tǒng)安全性等方面的需要；同時保持系統(tǒng)核心架構的穩(wěn)定性,，從而可以保證定制系統(tǒng)的質(zhì)量,、穩(wěn)定性、開發(fā)周期和開發(fā)成本等方面的要求,。
能耗管理系統(tǒng)包括能效管理應用層,、網(wǎng)絡通訊層、現(xiàn)場設備層,。
3.3 系統(tǒng)功能介紹
（1）用戶登錄認證功能,。系統(tǒng)可采用用戶名和登陸密碼認證登錄，進入主界面后會自動彈出新增告警信息,，提醒值班及運維人員及時查看和處理,。
（2）能源看板功能。通過能流圖形象的將該企業(yè)各部門主要設備用能情況展示出來,。
（3）能源監(jiān)控功能,。能源監(jiān)控展示的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，通過數(shù)字表格或圖形曲線的方式將數(shù)據(jù)形象的展示出來,。
（4）能源統(tǒng)計功能,。能耗統(tǒng)計包括分項能耗、部門能耗和能耗排名這三部分,，將企業(yè)中各部門及各監(jiān)測點實際用能情況,，通過不同的展示方式展示出來。
（5）能耗分析功能,。能耗分析包括企業(yè)用能分析,、部門綜合能耗、設備用能分析和指標綜合分析這四類,，將企業(yè)中各部門及各監(jiān)測點實際用能情況,，通過不同的分析方式展現(xiàn)出來。
（6）報表功能,。報表功能分為日報表,、月報表和年報表,。通過多樣化的報表服務滿足生產(chǎn)現(xiàn)場的多種多樣需求,。報表設有打印功能,，可定時自動打印或觸發(fā)條件打印，并可導出到excel 表格中,，顯著減少抄表工作的人力成本,，提高用戶的經(jīng)濟效益。
（7）告警功能,?？稍O置和提示設備的能耗等告警信息。
（8）APP或微信功能,。通過APP或微信服務號及時了解設備現(xiàn)場運行情況,、能源消耗情況、實現(xiàn)故障及時報警,，信息推送等功能,。
3.4 網(wǎng)絡傳輸方案
采用嵌入式低功耗ARM核心的工業(yè)級嵌入式智能網(wǎng)關，作為站端監(jiān)控系統(tǒng)的核心,，解決各類現(xiàn)場設備接入,、數(shù)據(jù)傳輸和協(xié)議轉換問題，提供完整的協(xié)議層解決方案,，支持各種常見電力系統(tǒng)通信規(guī)約,，可定制私有協(xié)議，同時具有事件處理功能,。 支持數(shù)據(jù)凍結和階段性存儲,。支持向云平臺的數(shù)據(jù)傳輸，并可接收云平臺的指令實現(xiàn)就地控制,、自動巡檢等功能,，支持遠程系統(tǒng)升級。
3.5 服務器部署方案
選用一臺應用服務器和一臺數(shù)據(jù)庫服務器,，實現(xiàn)業(yè)務和數(shù)據(jù)分離的架構,，服務器部署在企業(yè)內(nèi)部，企業(yè)內(nèi)需要有互聯(lián)網(wǎng)連接,，可將系統(tǒng)訪問接口發(fā)布于互聯(lián)網(wǎng),，便于后期的數(shù)據(jù)訪問。
4 系統(tǒng)實現(xiàn)目標
（1）實現(xiàn)對企業(yè)所使用的各種能源進行全面計量,，對企業(yè)的水,、氣、電能耗數(shù)據(jù)實現(xiàn)遠程抄表,，能耗數(shù)據(jù)界面化,，對比分析能耗報表，實施監(jiān)控和考核,。杜絕跑,、冒,、滴、漏現(xiàn)象的發(fā)生,，分析比較能耗歷史數(shù)據(jù),，為節(jié)能技改提供科學依據(jù)。
（2）通過手機APP或網(wǎng)頁,，生產(chǎn)企業(yè)可以通過能源消耗監(jiān)測及大數(shù)據(jù)分析云計算中心對生產(chǎn)的設備進行遠程加解密,、設備故障報警。
（3）通過采集與監(jiān)測能耗信息,，建立企業(yè)的能耗數(shù)據(jù)中心,，為企業(yè)的精細化運營、生產(chǎn)成本的降低提供數(shù)據(jù)支撐,。
（4）減少值班人員工作強度,，避免人工抄表的數(shù)據(jù)不準確因素，提高事故的反應速度及解決效率,。
（5）通過數(shù)據(jù)分析及時發(fā)現(xiàn)能耗問題,，通過能耗總量走勢分析、能耗的偏差分析,，能耗按設備或區(qū)域進行對比,、環(huán)比分析等，為公司生產(chǎn)運營提供有力的決策數(shù)據(jù),；提高能源利用率,，達到節(jié)能效果。
5 Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺
5.1概述
Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開放平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺,，建立統(tǒng)一的上下行數(shù)據(jù)標準,，為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務的平臺。 用戶僅需購買安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器,，選配網(wǎng)關,，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務。
該平臺提供數(shù)據(jù)駕駛艙,、電氣安全監(jiān)測,、電能質(zhì)量分析、用電管理,、預付費管理,、充電樁管理、智能照明管理,、異常事件報警和記錄,、運維管理等功能，并支持多平臺、多語言,、多終端數(shù)據(jù)訪問,。
5.2應用場所
本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市,、小型工廠、樓管系統(tǒng)集成商,、小型物業(yè),、智慧城市、變配電站,、建筑樓宇,、通信基站、工業(yè)能耗,、智能燈塔,、電力運維等領域。
5.3平臺結構
5.4平臺功能
?電力集抄
電力集抄模塊可以實現(xiàn)對各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢,、分析,、預警及綜合展示，以保證配電室的環(huán)境友好,。在智能化方面實現(xiàn)供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測',、遙信、遙控控制,，對系統(tǒng)進行綜合檢測和統(tǒng)一管理,；在數(shù)據(jù)資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內(nèi)各設 備運行（包括歷史和實時參數(shù),，并根據(jù)實際情況進行日報,、月報和年報查詢或打印，提高工作效率,，節(jié)約人力資源,。
變壓器監(jiān)控
配電圖
?能耗分析
能耗分析模塊采用自動化、信息化技術,，實現(xiàn)從能源數(shù)據(jù)采集,、過程監(jiān)控、能源介質(zhì)消耗分析,、能耗管理等全過程的自動 化,、科學化管理，使能源管理,、能源生產(chǎn)以及使用的全過程有機結合起來,，運用先進的數(shù)據(jù)處理與分析技術，進行離線生產(chǎn)分析 與管理，實現(xiàn)全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度,，優(yōu)化能源介質(zhì)平衡,、有效利用能源，提高能源質(zhì)量,、降低能源消耗,，達到節(jié)能降耗和提 升整體能源管理水平的目的。
能耗概況
?預付費管理
1）登陸管理：管理操作員賬戶及權限分配,，查看系統(tǒng)日志等功能,；
2）系統(tǒng)配置：對建筑、通訊管理機,、儀表及默認參數(shù)進行配置,；
3）用戶管理：對商鋪用戶執(zhí)行開戶、銷戶,、遠程分合閘,、批量操作及記錄查詢等操作；
4）售電管理：對已開戶的表進行遠程售電,、退電,、沖正及記錄查詢等操作；
5）售水管理：對已開戶的表進行遠程售水,、退水,、記錄查詢等操作；
6）報表中心：提供售電,、售水財務報表,、用能報表、報警報表等查詢,，本系統(tǒng)所有的報表及記錄查詢,，都支持excel格式導出。
預付費看板
?充電樁管理
通過物聯(lián)網(wǎng)技術,，對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控,，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓,、欠壓,、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能,，包括城市級大屏,、交易管理、財務管理,、變壓器監(jiān)控,、運營分析、基礎數(shù)據(jù)管理等功能。
充電樁看板
?智能照明
智能照明通過物聯(lián)網(wǎng)技術對安裝在城市各區(qū)域的室內(nèi)照明,、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進行不間斷地數(shù)據(jù)監(jiān)測,，也可以實現(xiàn)定時開關策略配置及后臺遠程管理和移動管理等，降低路燈設施的維護難度和成本,，提升管理水平,，并達到一定節(jié)能減掛的效果。
監(jiān)控頁面
?安全用電
安全用電采用自主研發(fā)的剩余電流互感器,、溫度傳感器,、電氣火災探測器，對引發(fā)電氣火災的主要因素（導線溫度,、電流和剩余電流）進行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計分析，并將發(fā)現(xiàn)的各種隱患信息及時推送給企業(yè)管理人員,，指導企業(yè)實現(xiàn)第一時間的排查和治理,，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實現(xiàn)“防患于未然"的目的,。
?智慧消防
通過云平臺進行數(shù)據(jù)分析,、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學預警火災,、網(wǎng)格化管理,、落實多元責任監(jiān)管等目標。填bu了原先針對“九小場所"和?；飞a(chǎn)企業(yè)無法有效監(jiān)控的空白,，適應于所有公建和民建，實現(xiàn)了無人化值守智慧消防,，實現(xiàn)智慧消防“自動化",、“智能化"、“系統(tǒng)化",、用電管理“精細化"的實際需求,。
5.5系統(tǒng)硬件配置
6 結束語
該系統(tǒng)在實時監(jiān)測各種類型能源的能耗，通過相同設備能效指標對比,，及時發(fā)現(xiàn)低能效設備,，進而對設備進行優(yōu)化，提高設備性能,；通過對運行參數(shù)監(jiān)測,，讓所有設備節(jié)能高效地運行，以實現(xiàn)企業(yè)對能源使用的配置,，最終實現(xiàn)企業(yè)節(jié)能,、減排的目的。
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5 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版
作者簡介：
李婧婧,，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電力物聯(lián)網(wǎng)的設計與應用
