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能源监控系统技术方案

21
2020年4月19日
文档仅供参考

xxxx公司能源监测系统

技术方案

有限责任公司
5月

目 录
1、概述 3
2、现状分析 3
3、需求分析 3
4、建设目标 3
5、设计依据 4
6、设计原则 5
7、方案设计 6
7.1系统结构 6
7.1.1设备层 6
7.1.2网络层/传输层 6
7.1.3.能耗管理中心 6
7.2系统功能 7
7.2.1数据采集 7

1、概述
总部位于上海。作为中国三大航空公司之一，xxxx运营着由500余架客货运飞机组成的现代化机队，平均机龄不到7年。xxxx的航线网络通达全球177个国家、1052个目的地，每年为全球近8000万旅客提供服务，旅客运输量位列全球前十。

2、现状分析
xxxx西安公司建筑数量多，分布分散，建筑新旧程度不同，区域分散用电、用水点位多，当前主要依靠人工采集能耗数据，不能同时刻收集所有数据，以致不能有效的进行能源消耗管理。
3、需求分析
能源管理系统（简称EMS）是企业信息化系统的一个重要组成部分，数字化的能耗采集系统，经过前端智能化采集设备的安装，网络化传输到中心平台，经过EMS系统平台以实时数据库系统为核心能够从数据采集、联网、能源数据海量存储、统计分析、查询等提供一个能EMS的整体解决方案，达到xxxx西安公司调度管理人员在能源管控中心实时对系统的动态平衡进行直接控制和调整，达到节能降耗的目的。
4、建设目标
项目建成后，能够实现对xxxx西安分公司内水、电等能耗实时动态的分布式监控与集中管理。用以掌握xxxx西安分公司建筑能耗的实时数据、对xxxx西安分公司各种能源系统进行分布式监控与集中管理。经过能耗监测平台可实现xxxx西安分公司用能的实时在线分类、分项、分户监测和计量，能耗数据自动采集与存贮、数据统计与分析、数据远程传输、数据显示和打印、数据显示发布等，方便xxxx西安分公司能源管理部门对能源系统进行有效的监测与管理，对已实施节能改造的建筑提供节能效果真实数据，为xxxx西安分公司节能降耗降低运行成本提供基础数据。
5、设计依据
《中华人民共和国节约能源法》
国务院令第531《公共机构节能条例》
《国家机关办公建筑和大型公共建筑能源审计导则》
《国家机关办公建筑及大型公共建筑分项能耗数据采集技术导则》
《国家机关办公建筑及大型公共建筑分项能耗数据传输技术导则》
《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统楼宇分项计量设计安装技术导则》
《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统数据中心建设与维护技术导则》
《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统建设、验收与运行管理规范》
《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗动态监测系统软件开发指导说明书》
《智能变电站智能控制柜技术规范》
DL/T 698.1- 第1部分：总则
DL/T 698.2- 第2部分：主站技术规范
DL/T 698.31- 第3.1部分：电能信息采集终端技术规范-通用要求
DL/T 698.35- 第3-5部分：电能信息采集终端技术规范-低压集中抄表终端特殊要求
DL/T 698.41- 第4-1部分：通信协议-主站与电能信息采集终端通信
DL/T 698.42- 第4-2部分：通讯协议-集中器下行通信协议
GB 50189- 《公共建筑节能设计标准》
GB 15316- 《节能监测技术通则》
GB 17167- 《用能单位能源计量器具配备和管理导则》
GB 50034- 《建筑照明设计标准》
GB/T 13462- 《电力变压器经济运行》
IEEE 802.3， IEEE802.3z(千兆以太网标准)
GB8566-88 计算机软件开发规范
GB8567-88 计算机产品开发文件编制指南
IEC1000-4-2/3/4—1995 电磁兼容
GB2423.1/2/3 电工电子产品基本环境试验规程
IEC1107（直接本地） IEC1142（本地总线）
GB50052- 供配电系统设计规范
GB50054- 低压配电设计规范
IEC 61587 电子设备机械结构系列
DL/T 698 电能信息采集与管理系统
DL/T/814- 配电自动化系统功能规范
GB/T/3047.1 面板、架和柜的基本尺寸系列
GB2887 计算站场地技术条件
GB50189- 《公共建筑节能设计标准》
JGJ176- 《公共建筑节能改造技术规范》(行业规范)
6、设计原则
整个项目的实施过程中，我们将严格遵循以下原则进行整个系统的规划、设计、开发和实施
可靠性：
确保系统的高度可靠性和可用性。
安全性：
确保系统管理者在授权范围内使用设备和信息，形成一个完整、可靠的安全体系；对硬件设备的操作也要设置相应的密码防范体制。
先进性：
在系统建设中应尽可能地利用一些成熟的、先进的技术手段，使系统具有更强的生命力。
易用性：
系统应方便使用和维护，具有友好的环境界面，促使能源管理工作的效率提升，降低运行成本。
可扩展性：
系统的网络结构、软件平台选择、网络通信容量和硬件具体配置等方面留有扩展的余地。
7、方案设计
7.1系统结构
建筑能耗监测系统是经过在建筑物内安装分类和分项能耗计量装置，采用远程传输等手段及时采集能耗数据，按照各地要求汇总、编码能耗数据，数据经加密后上传至上级能耗监测中心，实现建筑能耗的在线监测、数据处理及数据远程传输和动态分析的功能的硬件、网络和软件系统的统称。
整个系统分为三层结构：
7.1.1设备层
◆设备层的能耗计量装置负责采集现场的能耗数据，同时等待上位机或数据采集器的查询命令，将能耗数据远程传输至采集服务器存储。
◆常见的能耗计量装置有普通电能表、多功能电力仪表、三相电力分析仪表、数字水表、热水表、流量表（超声波、涡尖）、能量表、煤气表以及辅助计量装置（互感器、积算仪、协议转换器）等。
7.1.2网络层/传输层
◆网络层由数据采集装置、组网设备、中继设备、隔离设备以及通信线缆组成。
◆计量装置和数据采集器之间采用主-从结构的半双工通信方式，采用符合各相关行业标准的通信接口（RS485）及通信协议（MODBUS、645规约）。
◆计量装置和数据采集器之间传输距离较远时可增加中继设备，经过环网交换机组成光纤环网增加传输的可靠性和安全性。
◆当能耗监测系统没有设置本地能耗监测管理系统时，传输层的智能数据采集器完成能耗数据的采集、分类分项、编码、加密、数据上传等功能，数据可透传，不再购置上位机及系统软件。
7.1.3.能耗管理中心
◆接收、处理本建筑（建筑群或小区）内各能耗计量点发来的能耗数据及计量、采集、传输装置状态信息，将处理后的能耗信息分类、分项存储，并分别发送至上级数据中心和相关管理部门的管理室，可根据实际情况设置或不设置，上海都没有设置。
◆应用软件符合《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统软件开发指导说明书》中对软件功能框架的描述和对软件功能的要求。
◆在线检测个计量装置和传输设备的通信状态，灵活设置个采集设备的数据采集周期。
◆对需要人工采集的能耗数据提供人工录入功能。
◆实现各分类分项能耗和单位面积能耗逐日、逐月、逐年汇总，并以坐标曲线、柱状图、报表等形式显示、查询和打印，为用户提供个性化报表和分析模板。
◆对各分类分项能耗和单位面积能耗进行按月、按年同比或环比分析。
◆可将本建筑各分类分项能耗按各地建筑能耗监测系统的要求上传至上级数据中心。
建筑能耗监测系统是经过在建筑物内安装分类和分项能耗计量装置，采用远程传输等手段及时采集能耗数据，按照各地要求汇总、编码能耗数据，数据经加密后上传至上级能耗监测中心，实现建筑能耗的在线监测、数据处理及数据远程传输和动态分析的功能的硬件、网络和软件系统的统称。
7.2系统功能
xxxx西安能耗管理系统经过对建筑安装电能表计及远传式自来水表，利用xxxx内网资源，采用远程传输等手段及时采集能耗数据，实现地块建筑能耗的在线监测和动态分析功能的智能化管理系统。该系统具有以下功能：
7.2.1数据采集
传统的建筑能耗计量方式是安装普通计量仪表，经过人工抄表的方式，定期查抄各类仪表来统计建筑能耗，抄表周期一般分为周、月，采集的数据为建筑各分类能耗的累积能耗量。由于不可能准确的控制抄表时间，就使得到的能耗结果很难反映建筑在某周期内的实际能耗量，例如原则上是每月抄一次表，实际查看电表的时间早几天或晚几天，就造成上一个月的能耗数据实际上是二十几天的能耗量，后一个月的能耗数据是三十多天的能耗量，在能耗数据同期对比或环比时，数据已经很难使用。要得到短期内的(例如一天或一小时)的能耗数据，需要实现建筑能耗的在线计量，即经过数据采集软件与自动计量仪表的实时通信，以分钟或小时为采集周期，连续采集某一个用能支路的实时能耗数据。
本项目使用的电能表计及远传式自来水表均能提供RS485通讯接口，完全能够满足数据采集的实时性需求。
7.2.2数据显示
xxxx西安能耗管理系统需要将实时采集、汇总、分析、对比的能耗结果，经过图表的方式显示给建筑管理者、用能用户、能耗管理部门等各类用户。数据展示的内容包括建筑的基本信息，能耗监测情况，各监测支路的实时读数、各监测支路的每小时、日、月、年能耗值及建筑分类分项能耗情况，各单体建筑各类能耗指标与相同功能类型的标准建筑(如标杆值、平均值等)的比较结果、各分类建筑的能耗指标、建筑整体能耗指标等。

能耗数据内容以曲线图、柱状图及列表方式展示，图表展示方式能够直观反映和对比各项采集数据和能耗统计数据的数值、趋势和分布情况。
7.2.3分类统计
要实现建筑节能，首先要了解建筑的运行能耗是多少，到底消耗在什么用途上，可是建筑功能复杂，用能种类繁多，要详细了解建筑每小时、天、月、年的电量、集中供热、燃气、煤能耗量和自来水、生活热水、中水等水量，需要安装相应的智能计量仪表以实现对建筑的这些分类能耗进行在线计量。
建筑中最常见的能耗为电耗，经过传统的每个建筑装一块总表的计量方式，很难分清建筑内各用电支路的实际用电量状况，无法了解总用电的去向及各能耗系统占总用电的比例，从而也无法有效地管理和指导具体的节能工作。如表所示，平台中将建筑用电按照用电性质分为照明与插座用电、暖通空调用电、动力设备用电、特殊用电等，其中照明与插座用电又可细分为照明用电、插座设备用电、电开水器用电等二级分项用电，暖通空调分为分散空调用电和集中空调用电等，动力用电分为电梯用电和给排水系统用电等，特殊用电分为信息中心用电、厨房设备用电、特殊用途设备用电等。因此，xxxx能耗监测平台方案设计时需要对重点用电系统实现独立的分项计量，为建筑节能工作提供有效的数据依据。
7.2.4能耗分析
能耗管理系统运行时，每天会有大量的监测数据实时上传至数据库服务器，如何及时地将实时监测的海量数据转化为用户关心的每小时、天、月、年的能耗数据是系统实现在线能耗计量的关键。监测系统的能耗汇总分析功能主要是实现单体建筑、分类建筑、地块建筑整体能耗的在线统计，同时能够将能耗统计结果进行汇总，以便用户查询。用户可经过不同建筑或建筑群之间的能耗指标对比，分析两地块建筑的用能状况。例如经过相同建筑功能类型，不同建筑的同一用能系统单位面积的总能耗的同比和环比分析，能够让那些高能耗的建筑管理者了解各自的节能潜力。经过检查跑、冒、滴、漏等现象，结合绩效考核、能耗公示等手段真正节能降耗。
7.2.5数据远传
xxxx西安能耗管理系统是整个xxxx能耗管理系统的一个子系统，系统能耗数据需传送至xxxx上海数据中心。xxxx西安能耗管理系统内不同区域间各设备数据采集及传输，需要借助于专用的网关设备，经过电能表计及远传式自来水表RS485通讯接口按通讯协议转化为网络传输中常见的TCP/IP协议，同时将实时采集的实时能耗数据远传至能耗管理系统数据采集服务器。

7.2.6能源管理
用户需要定期统计建筑的能耗数据，并以报表的形式上报给上级管理部门，同时需要将每年、季度的能耗支出与回收的能耗数据进行结算，分析电量输送过程中的变压器损耗、线路损耗、偷电现象等。依托xxxx能耗管理系统于xxxx能源监测平台-西安分公司子平台，利用监测末端的传感网络和数据中心能耗监测平台，可实现新桥地块和xxxx大厦地块能耗报表的自动生成，能耗支出与回收的统计，实现xxxx西安分公司能源的管理。

建设一个全厂级的集中统一的能源管理系统能够完成对能源数据进行在线的采集、计算、分析及处理从而实现对能源物料平衡、调度与优化、能源设备运行与管理等方面发挥着重要的作用。
  能源管理系统（简称EMS）是企业信息化系统的一个重要组成部分，因此在企业信息化系统的架构中，把能源管理作为MES系统中的一个基本应用构件，作为大型企业自动化和信息化的重要组成部分，安科瑞（Acrel）公司的Acrel-5000产品以实时数据库系统为核心能够从数据采集、联网、能源数据海量存储、统计分析、查询等提供一个EMS的整体解决方案，达到公司调度管理人员在能源管控中心实时对系统的动态平衡进行直接控制和调整，达到节能降耗的目的。