智能楼宇能源管理系统的研究与应用

董旭 孙云增 马唯唯

摘  要：随着我国社会经济的高速发展，城市楼宇林立，但大型公共建筑高耗能情况越来越突出。相关统计显示，大型公共建筑年耗电量约占全国城镇总耗电量的22%。因此利用各种智能化、科技化手段对大型公共建筑进行能源监测和管理，对实现节能降耗、提质增效具有非常重要的指导价值。大型公共建筑中能源类型丰富，水、电、气、热等的用电情况最为突出。基于此，本文以电能为主，研究了能源管理系统在智能楼宇中的应用，以期推动公共建筑的智能化发展。

关键词：智能楼宇;能源管理系统;节能降耗

中图分类号：TU855   文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2020）07-0000-00

1智能楼宇能源管理系统介绍

能源管理系统作为智能楼宇管控一体化的能源综合监控信息化平台，其综合运用大数据、移动通信、云计算、物联网，人工智能等技术实现从用能设备直接读取运行信息，全面对比分析用能设备运行情况及变化，实现能耗数据采集、能耗数据的指标计算与统计分析，协助系统运行管理及运维方式升级，从而实现智能楼宇的数字化管理[1]。

2能源管理系统构成

能源管理系统主要实现监测楼宇配电系统实时运行情况和能耗统计。系统对安装于配电室、配电箱/柜等处的各类设备通过通讯接口进行数据采集，经屏蔽双绞线、网线或光纤集中到系统后台进行展示和数据分析。

系统采用可靠的、抗干扰能力强的网络结构。网络系统采用成熟可靠软件，智能采集器和就地仪表之间的数据通信，保证其数据有效传送、不丢失。支持总线网络、自动监测网络总线和各个接点的工作状态，自动选择、协调各接点的工作和网络通信[2]。

能源管理系统网络结构采用分布式三层结构：

2.1数据采集层

主要实现监测、采集和通讯等功能;采用各类能耗测量设备进行数据的自动采集、就地及远程控制、信息上送等功能。（1）利用微机保护装置对高压侧电压、电流、功率、断路器状态、手车位置、地刀位置等信息进行采集。（2）利用智能电表对低压侧电压、电流、功率、电量、开关状态、事故接点状态等信息进行采集。（3）利用变压器温控器、直流充电控制模块等设备对变压器、直流屏等重要配电设备运行状态和报警信息进行采集。（4）利用温湿度传感器、水浸传感器等对配电室整体运行环境和进水情况进行采集。（5）利用摄像头对配电室内高低压开关柜、重要配电设施、主要出入口等位置进行图像监视和采集。

2.1.1通讯网络层

主要实现连接现场采集层和系统应用层;采用以太网网关将现场层监控设备的RS485/Modbus通讯转换成Modbus/TCP以太网通讯，通过网络实现与后台监控计算机的信息交换。（1）配电系统数据经屏蔽双绞线或网线将数据集中到智能采集器;（2）视频信息经网线/光纤集中于硬盘录像机;（3）信息经交换机传输至本地服务器或经4G路由器传输至互联网服务器。

2.1.2系统应用层

主要实现对所有能耗数据的集成和管理功能。能源管理系统计算机采用高性能服务器及工业控制计算机，支持以太网络通讯，具有大容量存储空间。

2.2应用展示部分

采用B/S架构方式，无需安装客户端，大大简化了客户端电脑载荷，减轻了系统维护与升级的成本和工作量，降低了总体成本。其能有效地保护系统数据平台和管理访问权限，同时服务器数据库较安全。在满足系统功能的基础上，单独建立运维管理模块，最大限度的提高系统的可维护性，降低维护难度，提高平台运行效率。

2.3数据库部分

2.3.1 数据库的分类

数据库的组成根据相关应用业务特性和数据内容与用户进行分类，主要包括：用户信息、系统模型、设备信息等数据库，用能指标数据库，统计分析数据库，能耗管理数据库，数据交换数据库。

2.3.2 数据库的选择

系统数据库采用关系型数据库管理系统MySQL。MySQL作为迄今为止互联网行业最受欢迎以及使用率最高的数据库，在兼具了稳定和性能之外，相比于其他同等级数据库（Micorsoft Sqlserver、Oracle）具有完全开放及免费的特性。数据库支持多线程，可充分利用CPU资源。优化的SQL查询算法，有效地提高了查询速度。

3能源管理系統功能

3.1实时监测

系统支持针对楼宇配电系统运行状态的实时监测，以曲线形式直观展示配电室总体负荷情况并同时对比昨日曲线，辅助和提示管理人员进行电能管理[3]。

系统支持主接线图实时监测，以配电室电气结构为基础，清晰反映各回路开关状态，并能在接线图上一目了然的看清各回路的当前运行电流信息。

系统支持对表计数据的实时监测，这可具体到每一个出线回路的三相数据，为进一步的用能数据分析和电能质量分析提供良好支撑。

3.2预警报警

除实时监测功能外，系统还提供针对异常情况的报警功能，如严重越限值、重要的位置状态变化、设备运行故障等;提供预警提醒功能，如：轻微越限值，非重要状态变化等。预报警的主动提示，有效提高配电室运行值班的应急处理的响应速度。长期统计的预报警信息可辅助和提示管理人员进行老旧设备的更换和淘汰。

3.3统计分析

在采集到的数据中，电量信息作为长期监视用能情况的关键窗口，可挖掘利用的空间最大。系统支持电量统计分析，可按日、月、年分别查看，并以柱状图展示，直观对比电量变化趋势，及整体用能分布。在用能管理方面，系统可辅助管理人员均衡分配负荷，挖掘电能节约潜力。系统还可以提供分类计量，分项计量等功能使统计维度更加多元，分析更加精准。

3.4电费管理

系統可通过对大厦用能分布分析，从电能质量的评估侧面分析电费单据数据构成，指导管理人员通过节约使用、提高电能质量、更新高耗能设备等手段实现节能降费，切实从能源管理中受益。

3.5数据接口与集成

在现代社会中，智能楼宇不是孤立存在的，楼宇内的各类系统更是环环相连的。这就要求能源管理系统需要与楼宇内其它各类系统的数据互联互通，共享数据。平台支持各种形式的数据接收和转发，为各类能源问题决策提供数据支持。

4结语

本文以都城科技大厦建设的能源管理系统为代表介绍了其相关功能和特点。系统在节能降耗、实时监测、预警报警、统计分析等方面给管理人员提供了很多有用的参考信息，具有很高的应用价值。

随着智能化、科技化的不断发展和环保、绿色理念的不断加深，能源管理逐渐走向精细化，广泛化。因此，智能楼宇未来的发展方向必将是节能环保及多领域技术的规模化发展。以楼宇能源管理为核心，将所有与用能相关的系统进行集成，并相互协调控制，科学选择和制定用能管理方案，在保证楼宇舒适便捷，安全可靠的前提下，实现楼宇的智能化发展，从而达到节能减排的综合效应，提升楼宇品质。

参考文献

[1] 徐锦标，张振昭.楼宇智能化技术 第三版[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2] 唐颂光.建筑能耗监测系统可视化平台的设计与实现[D].武汉：武汉邮电科学研究院，2017.

[3] 清华大学建筑节能中心，中国建筑节能年度发展研究报告2015[M].北京：中国建筑工业出版社，2015.

收稿日期：2020-06-08

作者简介：董旭（1968—），男，湖北荆门人，本科，高级工程师，研究方向：电网生产、智慧后勤、智能楼宇、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