淺談云能耗管理系統在某大型商場的應用與選型

淺談云能耗管理系統在某大型商場的應用與選型

張穎姣

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：依據對上海市某大型商場現場考察的結果，提出通過建設云能耗管理系統的方案來改善商場能耗的管理現狀。首先充分搜集建筑信息和設備運行工況，合理設計系統實施方案，解決現場數據采集和傳輸障礙，完成云能耗管理系統的建設，成功實現云能耗管理系統的穩定運行，提高商場運營管理效率;其次根據云能耗管理系統的統計結果，結合節能工程實際需要，在已有功能基礎上進行二次研發創新，設計出設備用能計時功能，并完成現場試驗，為未來的節能改造工程效果評估和項目驗收提供科學依據。

關鍵詞:云能耗管理系統;信息采集;系統實施功能;計時

0引言

目前，能耗管理系統在鋼鐵生產、發電、成品油管道、大型公建等方面已得到廣泛研究與應用。大型公共建筑的高耗能特征一直備受社會關注，大型商場單位建筑面積能耗遠遠高于賓館飯店、寫字樓、綜合性商務樓和中央空調系統能量傳輸距離長、并且采用全空氣系統;三是運行時間長，一般每天運行12h以上，不分工作日、休息日。

1云能耗管理系統系統

本研究將能耗管理系統應用于上海市某大型商場，完成系統設計與實施，并分析商場能耗的時

間分布特征。商場能耗管理系統主要依據上海市《公共建筑用能監測系統工程技術規范》設計。

1.1信息采集

1.1.1建筑信息

商場由20世紀80年代建設的舊工廠改造而來，于2012年6月開始營業。商場總建筑面積

110401m2，其中餐飲建筑面積共23594m2，商場建筑面積共34937m2。各功能建筑的建筑面積如表1

所示。建筑結構信息如表2所示。

1.1.2能耗信息

商場的分類能耗包含水、電和天然氣。水和天然氣的主要消費對象是餐飲建筑。餐飲建筑的能耗由餐飲公司運營管理，能耗管理系統僅統計每月總能耗數據。會所用電設備主要包括照明、分體式中央空調系統分布如表4所示。

綜上，商場共有18臺中央空調主機，均采用2管制一次泵設計，安裝了施耐德的樓宇自動化系統，監控計算機安放在監控機房內。

1.2系統實施

按照能耗分類分項的原則，采用二級計量方案實現對商場能耗的監測。一級按照建筑分區劃分，二級按照建筑樓層或者功能區(針對商場建筑)劃分。信息中心設置在5#樓工程部所在辦公室。

1.2.1存在問題

系統服務器管理對人員的計算機水平有一定要求，需要人力和財力投入。54個三相智能電表數據采集點均采集電壓、電流、峰谷平電量5個數據。數據采集量大，準確性要求高，嚴峻考驗數據采集器、能耗系統的采集能力和數據處理能力。采集點分散，傳輸距離遠，信號衰減嚴重。智能水表分散分布，數據采集布線成本較高。施耐德樓宇自動化系統(WorkplacePro)提供末端溫度、啟停時間等數據，數據共享需要解決數據接口與數據傳輸問題。

1.2.2解決方案

選用B/S架構云能耗管理系統，系統服務器由專業隊伍管理，穩定、安全、有保障?，F場主要設備包含智能表計和通訊管理機，通訊管理機數據通過商場TCP/IP網絡上傳到云服務器。系統采用工業級數據采集通訊管理機，具有4個ＲS232/485端口和2個以太網口(選擇配置GPＲS模塊)。每個端口對應一條485總線，限制總線負載小于32臺，確保通信質量。該通訊管理機同時具備數據采集、存儲和轉發功能，支持離線存儲和斷點續傳(配備2GSD存儲卡)。通訊管理機采用多種技術來保證現場設備數據安全，包括限制數據訪問IP地址，設置測點的讀寫權限等。采用分組采集數據的方案，如將分布相對集的3#、4#、5#、6#分為一組，各分組的總線傳輸距離小于1200m，同時滿足總線負載設備臺數小于32部分建如7#停車場與商場一路之隔，相距較遠且布線困難。經現場試驗，無線信號(射頻)傳輸方式穿墻較多，且停車場墻體為信號阻隔較強的磚混結構，射頻信號衰減嚴重，數據基本無法傳出停車場，通信質量不合格。通過多次現場測試，*終選擇GPＲS信號傳輸方案實現停車場能耗數據上傳。7#單獨配備通訊管理機，將GPＲS數據直接上傳云服務器。智能水表選用無線遠傳智能水表，支持ModbusＲTU標準協議。智能水表與通訊管理機中間加設采集集中器，集中器采用無線透明傳輸技術，擴展水表數據的傳輸距離。能耗管理統需要采集商場室內外溫度和中央空調的啟停數據，數據源來自樓宇BA系統。經工程師多次現場勘察，通過施耐德工程師確認，可利用現有UNC交換機網口，使用BA系統的配置工具，開啟BACnet功能，選取室內外溫度和啟停信號數據并開放給能耗管理系統。通訊管理機通過網線連接到UNC交換機，并將采集到的數據轉發給云能耗管理系統。

2云能耗管理系統功能

能耗概覽主要面向高層管理者，提供商場能耗總覽，單位建筑面積能耗、碳排放、能耗排名、能源成本及構成等信息。顯示分類分項能耗實時或周、月、年變化趨勢。

數據分析包含分項分析、分區分析、示數查詢、能耗排名。管理人員根據時間、分項、分區等條件選擇性查詢商場能耗。示數查詢功能為用戶提供了所有智能電表電壓、電流、峰谷平電量歷史數據的查詢功能，顯示歷史變化曲線，時間范圍由秒到小時，用戶可根據需要自由設置。

報警管理記錄任何計量設備出現的異常情況和用能設備的異常用電情況。管理人員、工程人員都可以根據分類及時間條件查看異常歷史記錄。

單位信息展示項目單位及其下各個建筑的基本信息。包括基本信息欄、附加項信息欄、備注項信息欄。該商場包含多個建筑，可以通過下拉框進行篩選。BA系經數據共享方案如圖1所示。

報表管理為管理者查看商場的用電情況報表提供了便利，分為抄表記錄、支路用電、綜合統計、項目報告、用能計時等5個部分，選擇相關條件后，點擊“預覽”按鈕可以展示報表，點擊“導出”按鈕，報表會導出為excel格式，方面用戶再次編輯和打印。

計時功能是在能耗管理系統功能基礎上，結合節能公司工程應用經驗而二次研發設計的功能，無額外硬件投入。EMC合同能源管理照明節能改造效果評估指標之節能量計算需要2個重要參數，分別是照明負荷和照明時間。照明負荷可以根據現場統計的燈具數量、功率計算，而照明時間則通常是采用雙方商定的方法確定，容易引起爭議，且無法隨天氣、季節、客流量(商場)等因素變化而變化，與實際照明時間存在偏差。

計時功能分中央空調系統運行時間是利用BA系統的啟停數據統計空調系統運行時間。照明計時功能是根據有功電能遞增斜率判斷回路照明的開關狀態并統計照明燈具開啟時間。如果智能電表僅測量單一回路，如以下室外燈箱照明回路，僅需判斷遞增斜率大于0即可;如果測量多個回路，需要首先了解每日回路開關組合規律及大致開關時間點，結合回路照明負荷或者歷史有功電能變化曲線，確定各開關組合依次開啟時功電能的遞增斜率，確定合理閥值作為回路開啟判斷的依據。如果智能電表為單相表，可以直接通過電流的變化來判斷照明回路的開關狀態。室外燈箱有功電能變化曲線如圖2所示。用能計時結果范例如圖5所示。

6）個人設定用于配置用戶的個人設定。用戶可以在此頁面中修改自己的基本信息。

3Acrel-EIOT能源物聯網云平臺

（1）概述

Acrel-EIoT能源物聯網開放平臺是一套基于物聯網數據中臺，建立統一的上下行數據標準，為互聯網用戶提供能源物聯網數據服務的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯網傳感器，選配網關，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業數據服務。

該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監測、電能質量分析、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、多終端數據訪問。

（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、樓管系統集成商、小型物業、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業能耗、智能燈塔、電力運維等領域。

（3）平臺結構

（4）平臺功能

◆電力集抄

電力集抄模塊可以實現對各種監測數據的查詢、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環境友好。在智能化方面實現供配電監控系統的遙測'、遙信、遙控控制，對系統進行綜合檢測和統一管理；在數據資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內各設備運行（包括歷史和實時參數，并根據實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節約人力資源。

變壓器監控

配電圖

◆能耗分析

能耗分析模塊采用自動化、信息化技術，實現從能源數據采集、過程監控、能源介質消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學化管理，使能源管理、能源生產以及使用的全過程有機結合起來，運用先進的數據處理與分析技術，進行離線生產分析與管理，實現全廠能源系統的統一調度，優化能源介質平衡、有效利用能源，提高能源質量、降低能源消耗，達到節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，查看系統日志等功能；

2）系統配置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數進行配置；

3）用戶管理：對商鋪用戶執行開戶、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

通過物聯網技術，對接入系統的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監控，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、變壓器監控、運營分析、基礎數據管理等功能。

充電樁看板

◆智能照明

智能照明通過物聯網技術對安裝在城市各區域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態進行不間斷地數據監測，也可以實現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，并達到一定節能減掛的效果。

監控頁面

◆安全用電

安全用電采用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“防患于未然”的目的。

◆智慧消防

通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。填補了原先針對“九小場所”和?；飞a企業無法有效監控的空白，適應于所有公建和民建，實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化”、“智能化”、“系統化”、用電管理“精細化”的實際需求。

（5）系統硬件配置

分類	產品型號	外觀	產品功能
無線測溫	ARTM-Pn		可監測電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、電能，可接收60個無線溫度傳感器溫度
	ATC600		ATC600有2種工作模式：終端(-C)、中繼(-Z)，可根據項目布局選擇配置?？山邮?40個無線溫度傳感器溫度
光伏監控	AGF		光伏電池串開路報警，可以配合組串電壓進行綜合判斷；帶3路開關量狀態監測，用于采集直流斷路器、防雷器等輸出空接點狀態；一次電流采用穿孔方式接入，安裝方便，安全性高；測量元件采用霍爾傳感器，隔離測量*大電流20A；電壓測量功能可測量母線電壓*高DC1500V
電力監控	AEM96		三相電力參數測量、電壓和電流的相角、四象限電能計量、復費率、*大需量、歷史電能統計、開關量事件記錄、歷史極值記錄、31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）、開關量、報警輸出
	APM系列		全電量測量，四象限電能，復費率電能，儀表內部溫度測量，總有功、總無功、總視在電能脈沖輸出、秒脈沖等可選。三相電流、有功功率、無功功率、視在功率實時需量及*大需量(包含時間戳)。電流、線電壓、相電壓、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數、頻率、電流總諧波、電壓總諧波的本月極值和上月極值(包含時間戳)。中文顯示，有功電能0.2s級。
預付費	DDSY		單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。有功電能計量（正、反向），A、B、C分相正向有功電能，支持4個時區、2個時段表、14個日時段、4個費率*大需量及發生時間，實時需量，歷史凍結數據購電記錄；8位段式LCD顯示、背光顯示；有功電能脈沖輸出；有功電能精度1級，無功電能0.5s級。
	DTSY		三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。有功電能計量（正、反向），A、B、C分相正向有功電能，支持4個時區、2個時段表、14個日時段、4個費率*大需量及發生時間，實時需量，歷史凍結數據購電記錄；8位段式LCD顯示、背光顯示；有功電能脈沖輸出；有功電能精度1級，無功電能0.5s級。
智能抄表	ADL200		單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量?？傠娔苡嬃浚ǚ聪蛴嬋胝颍?，3個月歷史電能數據凍結存儲；8位段式LCD顯示；有功電能脈沖輸出；有功電能精度1級，無功電能2級。
	ADL400		三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。（正、反向）有功、無功電能計量；A、B、C分相正向有功電能計量；2-31次諧波電壓電流；12位段式LCD顯示、背光顯示，電能精度0.5s級。
	ADW210		4路三相電壓、電流、功率、功率因數、頻率測量；電壓電流相角、電壓電流不平衡度測量；電壓電流2-31次分次諧波及總畸變測量；當月及上三月的電壓、電流、功率極值記錄；*大需量及上十二月歷史需量記錄；事件記錄、復費率、四象限電能及歷史電能記錄；支持12路開關量輸入4路開關量輸出；支持12路測溫4路剩余電流測量；有功電能精度1級。
	ADW300		三相電壓、電流、功率、功率因數、頻率測量；電壓電流相角、電壓電流不平衡度測量；電壓電流2-31次分次諧波及總畸變測量；當月及上三月的電壓、電流、功率極值記錄；*大需量及上十二月歷史需量記錄；事件記錄、復費率、四象限電能及歷史電能記錄；支持4路開關量輸入、2路開關量輸出；支持4路測溫；支持1路剩余電流測量；支持本地顯示及按鍵設置；有功電能精度1級。 通訊方式：支持RS485通訊、Lora無線通訊、4G通訊；WIFI通訊
直流電能表	DJSF1352		1.精度：1級或0.5級，帶±12V電壓輸出用于霍爾傳感器供電 2.測量：電壓、電流、功率、正反向電能，支持雙路計量。
電氣安全	ARCM300-Z		三相（I、U、Kw、Kvar、Kwh、Kvarh、Hz、cosΦ），視在電能、四象限電能計量，單回路剩余電流監測，4路溫度監測，2路繼電器輸出，2 路開關量輸入，支持斷電報警上傳
	AAFD-DU		監測故障電弧、漏電、溫度 兩路無源干接點（開關量）輸入 兩路無源常開觸點（開關量）輸出
充電樁	ACX系列		充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 支持投幣、刷卡，掃碼、免費充電，
	AEV_AC007		額定功率7kW,單相三線制，防護等級IP65,具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監測、智能計量、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用。 通訊方式：4G、藍牙、Wifi
智慧照明	ASL200		遙控輸出 兩路無源干接點（開關量）輸入 兩路無源常開觸點（開關量）輸出

4結束語

該項目將云概念導入能耗管理系統，結合上海市的能耗管理系統工程規范，根據現場調研結果，充分利用商場已有條件，設計系統實施方案，完成能耗管理平臺的建設與運行。根據前期運行結果，創新性地研發出系統的空調設備和照明設備的計時功能，一方面完善了系統功能，另一方面便利了節能改造工程的效果評估。目前，商場云能耗管理系統已通過驗收并正常運行。

參考文獻

［1］魏慶芃，張曉亮，王遠，等．北京市大型商場用能現狀與主要節能策略［J］．暖通空調，2006，36(刊):114－118．

［2］林靜，李洪臣，施春暉，蔣文榮.云能耗管理系統在某大型商場的應用

［3］企業微電網設計與應用手冊2022.05版.

審核編輯 黃宇