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经济基地能源管理系统设计分析

企业将具有战略决策、资本运营与研发设计、市场营销等高端功能的总部建立在交通便利、市场繁荣、人才密集、资本发达的中心城市,这种现象称之为总部经济。总部经济的发展必然带动其基地的快速布局和建设。总部经济基地有着建筑规模大、运行时间长、功能复杂、能源种类多且消耗高等特点,采用传统的人工取值、抄表、统计等方式进行能源管理存在着数据不准确、传输速度慢、处理周期长、资源浪费大等问题,与现行提倡的“绿色总部基地”相矛盾。物联网技术是一种以互联网通信技术为基础,以微控制系统或计算机为控制核心,通过采集末端各种传感器数据,运用一定科学计算法得出对应的控制信号,对终端设备进行闭环控制的一种先进技术。为了提高总部经济基地的能源管理服务水平,更好地做好节能减耗工作,同时快速定位故障点,针对基地范围大、建筑多、设备杂等特点和能源管理需求,设计了一套基于物联网技术的能源管理系统,主要包括基地监测中心、现场通信子网、变电所线路电力监测、单体建筑电力监测、水系统计量与监测、空调新风节能监测控制和变电所环境监测七个部分。

1系统结构设计

针对总部经济基地自身特点,仔细分析能源管理的实际需求,采用先进的分布式监控技术和系统集成技术。系统由监测中心平台、现场通信网络、智能传感器装置、智能网关(用于连接第三方智能计量装置)等组成。系统在统一的能源管理平台下,通过数据共享机制,实现对基地内建筑用能进行全面的、实时的用能计量、能源质量监测、安全管理、节能控制。系统设计有以下特点:(1)系统集成在总部基地自动控制(BA)系统,在同一信息平台采集、调度,便于各系统的整合,减少重复投资,同时便于维护。(2)系统利用设备专网资源,采用基地内铺设设备光纤环网作为能源数据的主干传输网络,通过主干网与LonWorks分布式高速控制网络的无缝连接,构建成覆盖全基地的分布式高速控制网络系统。(3)实现总部基地水、电等能源的分类计量及用电分项计量等监测。用电总计通过读取安装在变电所低压进线的具有远传接口智能电表数据累加实现,用电分项计量数据通过读取安装在变电所低压配电柜所有出线回路的具有远传接口智能电表数据获得,用水总计通过在市政各总管网上安装远传智能水表计量累加获得。通过实时数据发现用能问题,同时对重点用能系统进行专项用能计量和监测。(4)利用现代传感器技术、变频技术和LonWorks分布式高速控制网络技术,对基地内多联机(VRV)空调系统及新风系统进行全面的闭环节能控制,大幅降低空调能耗。(5)对基地内变电所进行环境监控,通过视频监控确保设备及用能安全,有效实现重要设备场所的无人值守。通过安装温感、烟感装置监测重要设备场所设备安全状态及异常报警。

2硬件设计

2.1现场传感器。智能电表使用的是三相多功能电力终端NLA-PM100D,采集三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、有功电度、无功电度、功率因素、频率及谐波等电能参数,具有在线分析各种用电回路的需量、识别有效负荷与无效能耗、监测变电站的开关状态等功能,同时自带LonWorks网络接口,方便使用。智能远传水表采用单流束叶轮技术,计数器部分采用成熟可靠的干式技术,计数器内部没有任何部件与水接触,同时具备自动采集并能远程传输数据。2.2现场通信子网。现场通信子网由智能网络控制器、各类智能表计、智能网关等组成。系统选择i.LONSmartServer作为现场通信子网中的智能网络控制器,主要功能是执行LonWorks现场控制网络至以太网的路由通信功能,起到双向通信控制功能。其一,i.LONSmartServer可以向上通过系统通讯网路与控制中心进行数据传递交换,保证控制中心可以快速获取关键数据;其二,i.LONSmartServer可以向下通过双绞线与现场各类传感器设备进行数据交换,完成传感器设备的数据采集和发送,实现远程监测、远程测量和远程控制等功能,同时起到各类通信协议转换作用。现场采用Lonworks双绞线控制网络,具有拓扑结构灵活、传输介质和方式多样、传输速度快、抗干扰能力强等特点。Lon-works现场网络采用了P-CSMA/CD技术,使用了可实时通信、网络的LONTALK通信协议,符合国际标准,可真正实现产品的互换性、网络极容易扩充、修改和维护。此外LonWorks网络与Internet无缝连接,可以实现远程监控与远程操作。2.3变电所线路电力监测系统。变电所配置智能网关读取高压配电自动监控系统参数,接入能管系统,实现电量计量及参数检测报警(如电压、电流、断路器状态、功率因数等,故障报警)。在基地内各个变电所内低压室低压进线配置三相多功能电力监控终端,用于变电所低压侧用电的总计量及电能质量的监测。对变电所各个低压出线回路配置三相多功能电力监控终端,用于对各个出线回路的计量及电能质量监测。2.4空调新风节能监测控制。目前总部基地使用较多的暖通系统是多联机(VRV)空调和新风系统相结合的工作方式。总部基地能源管理系统利用温度传感器及网络控制技术,实现多联机(VRV)空调和新风系统自动化控制。对空调机组配置通信接口及智能网关,接入到能效提升和柔性调峰控制平台,通过能效提升和柔性调峰控制平台,对多联机(VRV)空调系统进行集中控制。新风系统根据温度传感器、空气质量传感器等监测数值,自动启动停止对应的新风机组、调节新风阀开度。

3软件设计

系统软件可有效对总部基地电、水等各类能源的智能表计进行实时在线的数据采集、监测和计量,为能源精细化管理提供准确、连续的数据,保证数据源头的可靠性。系统软件采用B/S架构与C/S架构有机结合的方式,用B/S架构的软件实现数据查询的需求,用C/S架构的软件实现系统的能源实时监控功能。系统开发使用C#开发语言和SQLServer数据库,主要开发基于C/S的基地能源自动化监管系统软件和基于B/S的基地能源查询分析软件,用WINDOWS2008Advancedserver和SQLServer2008数据库搭建。基地能源自动化监管系统软件用C#语言开发,主要对现场各种智能表计能源数据进行采集并存储,对单体状态、能源报表、设备节点的组态进行实时监测。基地能源查询分析软件主要为能源数据的查询、统计与分析,供管理人员进行能源查询、分析与预测,并作出科学的能源策略。基地能源自动化监管系统的数据存储与操作软件部分是在SQLServer2008数据库基础上进行二次开发的。考虑总部经济基地建筑规模大、运行时间长、功能复杂、能源种类多且消耗高等特点,在系统设计中会用到大量的数据存储和读取,这也是关系到系统运行快慢的重要部分。对于基地能源监测大数据的管理,系统采用了存储管理方式,这样虽然占用了一定的存储资源,但是在效率上有了很大提升,为提高整个控制系统的响应速度打下了基础。

4系统优势

目前常用的能源管理方法分为人工传统方法、设备检测方法和自动能源管理方法,主要内容比较如下:(1)人工传统方法。该方法主要使用在一些运行年代久远的企业或基地,这些企业或基地使用的设备较为传统,没有安装自动化检测装置,缺少数据自动传输功能。该方法多为粗放式能源管理方法,主要是使用人工抄表的方法采集数据,定期进行人工统计,或者根据能源购入总量及使用时间进行统计。(2)设备检测方法。随着科技的发展,一些传统企业或基地开始对能源设备进行更新换代,对一些重点设备安装了能源使用监测设备或使用了全自动的设备,这些设备工作的相关数据可以由设备单独保存,工作人员可以读取设备数据进行分析。(3)自动能源管理方法。进入互联网时代,设备的发展也被赋予了互联网因素,设备不仅可以自动完成能源相关数据读取和检测,还可通过互联网技术实现数据通信和分享,全面进入了物联网时代。这种方法完全剔除了人工现场检测或数据分析部分,交由计算机和传感器自动完成。基于物联网技术的能源管理方法属于自动能源管理方法的一种,具有以下优势:①突破人工传统方法的获取数据方式,人工传统方法在抄写数据记录时会可能会出现录入错误,特别是总部经济基地采集点多、数据多,使用人工传统方法时很容易出错。采用基于物联网技术的能源管理方法,可以快速读取数据,保证数据准确率,自动化读取,减少工作错误。②基于物联网技术的能源管理方法可以根据要求做到实时统计传感器数据,可以快速响应控制系统要求,通过快速获取数据及时分析判断总部基地运行状态,这点是人工传统方法和设备检测方法无法完成的。③人工传统方法和设备检测方法都是需要人工读取、统计和分析,对人员的管理和工作流程的控制有着较高要求。基于物联网技术的能源管理方法是一次投入,减少了人员的使用,避免了运营时人员管理和工作流程控制等问题,在减少运营成本的同时,消除了人员记录主观错误的风险。④基于物联网技术的能源管理方法可以快速定位能源系统故障处,提升问题处理反应能力,确保总部基地正常运转。⑤基于物联网技术的能源管理方法通过前端传感器获取数据,利用后台控制系统可以对用能过高单位和用能危险单位进行合理控制,用闭环控制方法降低整个能源消耗。

5结语

本文设计的能源管理系统以物联网技术为基础,实现了总部经济基地常规能源监测和重点用能系统(空调新风系统)监测控制相结合的系统设计。设计中综合运用了互联网快速通信、各类传感器检测、系统软件开发、数据库应用等领域的相关技术,有一定的实际使用价值。在分析了人工传统方法、设备检测方法和自动能源管理方法优劣的基础上,发现属于自动能源管理方法的基于物联网技术的能源管理方法更适合在总部经济基地使用。基于物联网技术的总部经济基地能源管理系统的建立不仅可全方位监控总部基地能源使用状况,而且还可快速判断出基地能源使用故障和故障位置,同时对重点用能系统(空调新风系统)进行了闭环式监测控制,提高了总部基地能源使用效率,减少了能源浪费,对总部经济基地正常运转起到了十分重要的作用。

作者:华磊 单位:江苏省工程咨询中心

参考文献:

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[2]陈永攀.建筑能源系统物联网架构与实现技术研究[D].哈尔滨工业大学,2011.

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[4]张红.物联网技术在智能建筑能源管理中应用的研究[D].长安大学,2013.

[5]张红,王娜,尚伟林,李宏侠.基于物联网技术的建筑能源管理系统[J].现代建筑电气,2012

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