上海新业坊能源管理系统应用

张欣彦 夏 磊 钟艺超 邓才亮

上海闵行中学

0 项目背景与概况

静安新业坊位于上海市静安区汶水路210号，是静安区“一轴三带”区域发展战略推出后的第一个大型产业发展项目。静安新业坊前身为上海冶金矿山机械厂，2016年初，静安区区政府与上海临港集团签署了战略合作协议，以上海冶金矿山机械厂改造项目为契机，电气置业、临港资管、苏河湾控股三方共同成立了项目公司——上海新业坊尚影企业发展有限公司，为园区建设和运营主体。园区是以影视文化为导向的产业集聚区，同时也是引领文化生活的泛文化商业综合体。

本项目为新业坊厂房综合改造项目，将厂房改造为综合办公园区。项目西区占地面积10万m2，共6个片区。根据园区各企业能源管理需求建立能源管理平台，对园区内各建筑用电进行分项计量、对各办公室及厂房进行用电集抄和综合分析管理，提升能效、减少能耗经费、实现节约型园区。

2 能源管理平台结构

上海新业坊能源管理平台的建设，充分考虑了综合办公园区智慧能源管理的发展需求，符合物联网3层架构，3个层次分别为数据采集层、数据传输层和管理层。

1）数据采集层

嵌入式数据采集终端通过Modbus RTU协议采集设备数据并将数据保存到本地文件，部分数据发送到采集服务器。嵌入式数据采集终端系统对数据的预处理和暂存功能，提高了数据采集、传输、安全和处理性能，并有效避免了配套设备配置高的要求，大大降低了数据定制化采集成本。

2）数据传输层

采集层采集的现场数据通过GPRS/互联网传送至能源管理中心，此外，能耗数据还上传至数据中心和工业园区公共机构能源管理总平台，实现数据共享和有效使用。

3）数据管理层

数据管理层包括数据接口服务器、实时数据库服务器、关系数据库服务器、应用服务器、WEB服务器、管理工作站、大屏幕、交换机等硬件设备。这些硬件设备通过一系列功能模块，如数据监测、能耗地图、能效管理、需求响应、能耗漏洞探测、碳排放管理等，实现对整个园区用能系统实时监控和精细化管理。能源管理平台系统结构图见图1。

图1 能源管理平台系统结构图

3 平台功能

平台功能包括实时监测、能耗地图、能效管理和碳排放管理

1）实时监测

依托智能计量、数据采集和济中自主研发的数据采集与存储软件，通过实时采集和存储能耗数据及设备运营状态数据，实现对各栋建筑能源使用的实时监控与管理；在获取影响能源消耗变化的关键数据的基础上，全面掌握能源历史动向与实时趋势。

2）能耗地图

能耗地图是基于园区内各栋建筑的地理信息数据库，采用区域性地图方式展示平台内各栋建筑的基础信息、能耗强度、能效等级等。能耗地图便于实时掌握学院整体能耗水平，通过能耗对比和对标分析定位园区高能耗、高排放区域。能耗地图示意图见图2。

图2 园区智慧能源管理平台能耗地图

3）能效管理

能效管理包括能耗统计分析、电能质量分析、能效报警等多个模块，结合多种可视化功能系统性地展示园区各企业、建筑及逐级能耗单位（楼层、设备系统、单体设备）的能效状态，全面实现能源可视化管理。

（1）能耗统计分析

根据园区智慧能源管理平台掌握的能耗数据建立能耗统计分析体系，逐级统计园区、企业、建筑及设备系统的分类分项能耗、峰谷平时段能耗、运营与非运营状态能耗差异等，并采用同比、环比、对标、长期趋势及关联分析等方法进行数据分析，挖掘园区能源管理漏洞，且依据企业、建筑管理要求定制能耗数据统计报表，提升区域性能源管理水平。图3为同比分析同类型电源或负载的运营状态，用以判断发电性能的差异和负荷运营情况，便于管理者及时发现能源系统潜在的问题。

（2）电能质量分析

根据智能计量设备采集的电能质量数据，采用统计分析方法实时掌握园区各单元的电能质量水平及变化趋势；对照国家标准进行对标分析，发掘电能质量异常情况，如电压偏差、无功补偿及谐波污染等。此外，有关电力专家将根据用户需求提供电能质量治理措施，优化电能质量水平，提升用能安全。

（3）能效报警

根据园区企业、建筑及设备负载动态与能耗数据，掌握各单元的能源动向规律，结合用户需求建立针对性的能效报警机制，做到无人值守时，采用能效报警（如短信提醒、发送邮件等）方式实时监管设备能效状态及园区能耗水平。

4）碳排放管理

碳排放管理功能完全参照国家碳排放管理体系及计算标准开发。在统计园区各能耗单元长期碳排放同时能实时掌握各单元的碳排放动态。园区可在碳排放交易政策执行前掌握各单元碳排量变化区间及可控范围，为今后碳资产管理和碳排放交易提供数据支撑。

4 项目方案

4.1 建设意义

图3 同类型电源或负载的运营状态同比分析曲线图

本项目在高压配电房各供电回路安装了智能电表，并按照明插座、空调系统、动力系统、特殊用电4个分项独立设置，完成对配电房智能电表数据采集和集成。汇总的能耗数据传至能源管理系统由能源管理软件进行有效的在线管理。此外，本项目采用集中供冷供热空调系统。空调系统总管上安装冷量、热量监测仪表，监测数据通过BA控制系统通讯接口，在总能源管理平台上对空调末端设备运行参数进行整合和管理。

系统依托能效诊断与节能优化，实时发掘园区能耗漏洞、设备故障、能源质量和节能潜力；从能效提升、能源质量、设备异常、控制逻辑合理性、节能改造等多个方面提出实际可行的优化建议；及时发现企业各方面能源异常或不合理之处，在降低能耗浪费的同时，提升能源安全水平；能源预测、峰谷平管理、需量管控等功能为能源计划、电力交易提供决策支持；充分调动需求侧在能源调度中的作用，帮助用户在能源生产、消耗和存储方面制定高效的能源计划，降低能源消耗成本；报表管理、报警管理等基础性管理功能使能源管理更加精细化、更具针对性、更为高效，大幅提升了能源管理任务的执行效率。具体提升体现在以下几个方面。

（1）提升信息化水平

通过信息化实现能源消耗的精细化和可视化管理，明确能源消耗的流向和分布，杜绝能源消耗的“跑冒滴漏”现象。

（2）提升企业生产和运营管理信息化水平，改变人工抄表和统计的管理模式。

（3）定制收费账单

定制的能耗及空调收费一键式收费账单极大地提高了计费管理有效性和便捷性。

（4）用能安全可靠

各项能源数据的实时监测，提高了企业能源使用安全性和可靠性；故障的及时诊断和报警，使能耗浪费等异常情况能及时发现并解决。

（5）提升能效

帮助客户发现生产和营运中能耗漏洞，提出针对性节能技改及优化方案，提高能源使用效率、降低成本。

（6）数据上传

实现能耗数据与集团能管中心或地方政府数据平台的对接

（7）负荷预测

提供精准的电力需量预测、电量预测。为企业电力需量申请、购电业务提供精准的数据支持。

4.2 系统架构

项目系统架构包括数据层、模型层和应用层三部分。数据层主要为各种智能表终端数据、DCS及其他控制系统数据、生产及人工填报数据上传等；模型层主要实现对系统大数据建模分析、规则库制订、算法设计等功能；应用层为平台提供数据展现及操作管理功能，实现对能源信息的整体管控。网络拓扑结构见图4：

4.3 功能介绍

本项目能源管理平台采用B/S架构，使用者可以方便地通过互联网对建筑能耗进行管理。平台支持电脑、笔记本、智能手机等多种终端访问。平台将用户分为不同的权限，用户利用平台分配的账号和密码登录，根据权限浏览内容，在权限范围内进行使用和管理，图5为平台登录主界面。目前的功能模块主要包括实时监控、能耗概况、项目能耗、能耗分析、碳排管理、趋势分析、报表查询、报表管理、设备系统、报警查询、报警管理、数据监测、实时天气、档案管理等。

（1）实时监控

实时监控模块采用电力拓扑图结构模式。图6为配电房实时监控功能界面。界面上展示了每个配电房回路布局和各回路的实时参数。左侧列表为各单元配电房，可按需求进行查询。监控界面支持界面最大化、鼠标拖动等功能。

（2）能耗概况

能耗概况展示了园区总体用电情况，包括电压等级、合同容量、总变数量、监测点位及当前通讯等。该模块主要包括实时负荷模块和能耗统计模块。实时负荷展示当天的实时负荷曲线，时间间隔固定为5 min；能耗统计展示电量和电费统计信息，电量趋势功能可选择日、月或年，用折线图展示相应用电量信息。实时负荷和能耗统计数据可以以excel文件格式导出。图7为能耗统计与分析功能示意图、图8为能耗概况实时负荷示意图、图9为能耗概况能耗统计示意图。

图5 平台登录主界面

图6 实时监控模块

图7 能耗统计与分析功能示意图

图8 能耗概况实时负荷示意图

图9 能耗概况能耗统计示意图

（3）电量查询

电量查询提供了回路用电情况临时查询工具，通过对选定的回路进行电量查询和展示，可同时选择多个回路。电量统计包括峰谷平总、电量明细两项信息，见图10

（4）电力参数

电力参数子功能可查询和展示回路电力指标，包括有功功率、无功功率、电压、电流、功率因数。用户可选择要查询的回路及详细的指标，数据以趋势图的形式进行展示，见图11。

（5）能耗分析

能耗分析包括能耗类比、能耗时比、相关性分析三个子功能。能耗类比展示所选回路同种参数在同一时间段内的对比情况，建议使用该功能时同时选中的回路数量不超过4个。图12展示了能耗类比界面。

图10 电量查询模块

图11 电力参数趋势图

图12 能耗类比

能耗时比主要对某一回路在不同时间段内同种参数进行对比展示。图13展示了能耗时比界面。

（6）报警信息

报警信息模块包括两个功能：报警设置功能和报警日志查询功能。报警设置功能即用户可根据自身管理的需要，对重点数据进行报警设置。当报警情况发生时，系统可通过邮件等方式发出报警信息给报警接受者；报警日志查询功能使系统所产生的所有报警记录均可查询。

（7）报表查询（能耗账单）

报表查询模块可查看企业各用户定义的报表，支持用户根据自己的具体需求进行定制，不同部门、人员可看到不同的报表。报表可按日、月、年及区间进行查询，并可导出相应的excel表格。图14展示了报表查询界面。

（8）设备系统（空调系统管理）

设备系统模块可根据用户需求进行定制化展示。对重点设备（如空调系统）的重点数据进行监测、分析与展示以帮助用户直观、快速定位重点关注对象及运营状态。如，空调系统监测数据包括总冷热量数据、系统总电耗、各单元（终端租户）分摊能耗、末端设备运行状态等。设备运行状态参数、控制系统参数、能源负荷、开关状态等形成以设备运营信息解释能源消耗结果、以能源消耗数据辅助设备运营的闭环管理体系。图15为某空调系统管理的展示界面。

（9）其他

利用能源大数据工具，还能对设备能效评估、故障诊断、预防性运维、优化控制等提供管理支撑，降低设备运行事故。图16为能源管理平台在设备运维提升的有关应用。

图13 能耗时比

图14 报表查询模块

图15 空调系统管理

图16 能源管理平台提升设备运维的应用

5 结语

该项目的顺利完成，为上海新业坊智慧能源管理提供了科学化、可视化的高效能源管理工具，通过园区节能管理和节能手段实现了一定的节能效益，同时，平台能耗数据也与临港信息中心和园区节能主管部门共享，在能耗公示、能耗定额管理等方面提供了必不可少的数据支撑，对推进节约型综合办公园区的建设有着重要的意义，也为公共建筑节能工作提供了示范作用。