艾優(yōu)花
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要：能耗管理系統是對能源消耗的一種監(jiān)控管理系統，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之路。認真貫徹落實黨的精神，要求加快推進節(jié)能降耗，加快實施清潔生產，加快資源循環(huán)利用，向節(jié)約、清潔、低碳、高效生產方式轉變，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。利用該系統能夠有效降低企業(yè)因能源消耗數據統計、表單維護以及報表、數據處理而產生的費用，通過對監(jiān)測數據進行在線分析，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據基礎和有力的決策支持。
1.2 企業(yè)現狀分析
能耗數據信息是企業(yè)的重要能耗點和關鍵指標，多數企業(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，造成了能耗在生產過程中沒有起到關鍵作用和指導作用。大多數企業(yè)仍然使用的老式儀表并沒有預留數據通信接口，儀表無法形成網絡連接，能耗等信息的采集主要靠傳統的人工抄表進行數據記錄，工作強度大，人工易出錯造成數據不準確，數據無法通過結構化存儲，無法在企業(yè)內部通過信息化系統之間共享。
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)的能耗數據中心，為企業(yè)的精細化運營、生產成本的降低提供數據管理平臺：通過實時、準確采集電力數據，解決原人工完成的電力數據采集任務；通過數據分析及時發(fā)現電力能耗問題，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)生產運營提供有力的決策數據；實現設備的智能化用電，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、綠化用水等實時數據。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，采集檢測數據后，上傳至通訊管理服務器，能耗管理系統對能耗使用情況進行分析與呈現。
1.5 能耗管理系統基本功能
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、查看歷史數據。
1.5.3 數據分析比較
單臺用能設備不同時間段內的能耗指標差異的比較，及同一時間段內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 分析結果展現形式：
能耗管理系統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 能耗管理系統方案設計
2.1 設計目標
能耗管理系統是應用物聯網技術結合現代合理用能管理思想為企業(yè)構建的信息系統，其目標是讓企業(yè)通過智能化能耗管理系統科學用能，實現“安全、可靠、經濟、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：減少能源消耗，降低用能成本。
能耗管理系統包括能效管理應用層、網絡通訊層、現場設備層。
能效管理應用層：完成數據采集、校驗、分析、處理、輸出、系統維護、使用、權限分級控制等；并可將現場運行的重要數據、報警信息、故障信息等傳送到企業(yè)決策人員。
網絡通訊層：現場采用RS485、以太網、5G、WIFI等傳輸方式，將區(qū)域內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絡連接至中央服務器。
現場設備層：現場設備層負責電、水、氣參數的采集和上傳。現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系統結構
能耗管理系統包括能效管理應用層、網絡通訊層、現場設備層。
能效管理應用層：完成數據采集、校驗、分析、處理、輸出、系統維護、使用、權限分級控制等；并可將現場運行的重要數據、報警信息、故障信息等傳送到企業(yè)決策人員。
網絡通訊層：現場采用RS485、以太網、5G、WIFI等傳輸方式，將區(qū)域內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絡連接至中央服務器。
現場設備層：現場設備層負責電、水、氣參數的采集和上傳。現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。
能耗管理系統示意圖
2.2.2功能結構
數據采集結構
收集分布在企業(yè)配網中的能耗數據，如將電壓、電流的模擬信號轉換成數字信號，將電能數據傳輸到數據主站；主要設備有多功能電力儀表、485通信服務器、485 通信網絡、5G通信網絡等，系統將各種傳感器互聯成網絡與主站系統連接。
數據中心結構
包括數據主站系統、數據庫系統和數據處理系統與信息發(fā)布系統：
數據主站系統: 接收企業(yè)傳感器采集的數據進行解析及存儲，同時向企業(yè)傳感器發(fā)布指令，請求所需要的數據;
數據庫系統：存儲企業(yè)能耗指標數據和數據處理系統的處理結果;
數據處理系統：完成企業(yè)能耗數據加工。系統包括應用服務器、數據分析模型、信息展示模型、智能用電模型等;
信息發(fā)布系統：將企業(yè)管理信息發(fā)布到 Web 服務器，企業(yè)通過登陸互聯網獲取電能管理信息。系統包括 Web 服務器、Web 應用、信息安全系統等。
3 能耗管理系統具體實現分析
3.1 系統概述
能耗管理系統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)域統計分析，對能源的統一調度、優(yōu)化能源介質平衡、減少煤氣放散、提高環(huán)保質量、降低企業(yè)綜合能耗和提高勞動生產率有重要作用，幫助客戶更優(yōu)化的使用能源，從而實現“節(jié)能管理、綠色能效"。
3.2平臺架構
能耗管理系統采用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據庫），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：將企業(yè)管理信息發(fā)布到Web服務器，企業(yè)通過登陸互聯網獲取電能管理信息。系統包括Web服務系統采用三層體系結構，可以滿足用戶個性化需求以及系統安全性等方面的需要；同時保持系統核心架構的穩(wěn)定性，從而可以保證定制系統的質量、穩(wěn)定性、開發(fā)周期和開發(fā)成本等方面的要求。
能耗管理系統包括能效管理應用層、網絡通訊層、現場設備層。
3.3 系統功能介紹
（1）用戶登錄認證功能。系統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)控展示的實時數據和歷史數據，通過數字表格或圖形曲線的方式將數據形象的展示出來。
（4）能源統計功能。能耗統計包括分項能耗、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現場的多種多樣需求。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，提高用戶的經濟效益。
（7）告警功能。可設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場運行情況、能源消耗情況、實現故障及時報警，信息推送等功能。
3.4 網絡傳輸方案
采用嵌入式低功耗ARM核心的工業(yè)級嵌入式智能網關，作為站端監(jiān)控系統的核心，解決各類現場設備接入、數據傳輸和協議轉換問題，提供完整的協議層解決方案，支持各種常見電力系統通信規(guī)約，可定制私有協議，同時具有事件處理功能。 支持數據凍結和階段性存儲。支持向云平臺的數據傳輸，并可接收云平臺的指令實現就地控制、自動巡檢等功能，支持遠程系統升級。
3.5 服務器部署方案
選用一臺應用服務器和一臺數據庫服務器，實現業(yè)務和數據分離的架構，服務器部署在企業(yè)內部，企業(yè)內需要有互聯網連接，可將系統訪問接口發(fā)布于互聯網，便于后期的數據訪問。
4 系統實現目標
（1）實現對企業(yè)所使用的各種能源進行全面計量，對企業(yè)的水、氣、電能耗數據實現遠程抄表，能耗數據界面化，對比分析能耗報表，實施監(jiān)控和考核。杜絕跑、冒、滴、漏現象的發(fā)生，分析比較能耗歷史數據，為節(jié)能技改提供科學依據。
（2）通過手機APP或網頁，生產企業(yè)可以通過能源消耗監(jiān)測及大數據分析云計算中心對生產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)的能耗數據中心，為企業(yè)的精細化運營、生產成本的降低提供數據支撐。
（4）減少值班人員工作強度，避免人工抄表的數據不準確因素，提高事故的反應速度及解決效率。
（5）通過數據分析及時發(fā)現能耗問題，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，為公司生產運營提供有力的決策數據；提高能源利用率，達到節(jié)能效果。
5 Acrel-EIOT能源物聯網云平臺
5.1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(yè)數據服務。
該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監(jiān)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。
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對各種監(jiān)測數據的查詢、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實現供配電監(jiān)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(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，實現從能源數據采集、過程監(jiān)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(yōu)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(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(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(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(qū)域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進行不間斷地數據監(jiān)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(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）進行不間斷的數據跟蹤與統計分析，并將發(fā)現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(jiān)管等目標。原先針對“九小場所"和危化品生產企業(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。
5.5系統硬件配置
6 結束語
該系統在實時監(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；通過對運行參數監(jiān)測，讓所有設備節(jié)能高效地運行，以實現企業(yè)對能源使用的配置，最終實現企業(yè)節(jié)能、減排的目的。
參考文獻
1 唐昱佳.基于物聯網的能耗管理系統設計計算機應用與軟件.2011（12）
2 李莉.淺談能源管理在節(jié)能降耗中的作用.中國能源，2002年
3 姜萍.能源計量在節(jié)能減排中的應用.低碳世界.2017
4吉朝輝，周軼.淺談能源管理系統在企業(yè)中的應用
5 安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2022.05版
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更新時間：2022-11-08 
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