浅谈基于智能网关的校园电能能耗监测系统设计与应用

程瑜

安科瑞电气股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：提出了全社会节能减排的战略举措，节约型校园的建设是实现这一举措的重要内容。为了对校园能耗实行量化管理、实时监测，需要建立一个完善的监管体系校园节能监管体系。而节能监管体系的核心是能耗监测平台，本文介绍了一种基于智能网关的能耗监测系统的建设方法，并给出了系统的具体建设实施方法，具有一定的理论价值和实际工程意义。

关键词：节能校园；智能网关；能耗监测

0引言

随着近几年来招生规模的扩大，能源开支占学校运营成本的比重也会越来越大。在学习和借鉴国内外理念、管理经验及技术体系的基础上，强化对学校的水、电等能耗进行精细化管理将会大幅度降低学校运营成本、建设绿色校园，落实节能减排工作任务指导学校基础设施建设、能耗监管平台建设具有重要意义。因此建立高等院校能耗监测与监控管理平台是非常有必要的。

1系统总体设计

节约型校园建筑能耗实时监管平台的建设以有线Internet网络传输为主GPRS为辅的建筑能耗监测数据分析数据管理、信息发布系统。平台采用485通讯与TPC/IP网络相结合的建筑能耗统计技术。系统由命令接收/发送服务器、数据接收/发送服务器、数据处理服务器、信息展示服务器、防火墙、防病毒、文件存储/数据备份服务器、监控工作站、变送器、中继器、前端传感器、网络转换器、UPS电源、通讯电缆与建筑能耗实时监测软件等构成。系统能够可靠、稳定地实现建筑能耗数据的监测和传输，并具有数据分析、处理和信息展示发布功能。能耗监测平台系统结构图如图1所示。

2能耗数据采集与传输

建筑能耗监测的能耗数据采集采用自动采集方式，即通过自动采集方式将采集的建筑分项能耗数据和分类能耗数据由自动计量装置实时采集，通过自动传输方式实时传输至项目的数据。见图2能耗数据采集网关应用拓扑图。

2.1数据网关设置

智能能源网关与能源管理信息系统主站系统、能源管理工作站和各种能源计量设备构成完整的能耗监测与管理信息系统。智能能源网关负责主动与每一终端电表进行数据通信(抄表)并存储数据网。定时或实时采集的数据可通过电话线(或GSM无线方式)中压载波(RS232)485总线等形式直接传回到管理部门的数据服务器中，并对这此数据分析处理。将结果以各种统计报表、图示等形式报告给管理部门，能自动计算电费，生成报表。

2.2数据采集监测点设置

包括照明插座用电、空调用电、动力用电和特殊用电。照明插座用电是指建筑物主要功能区域的照明、插座等室内设备用电的总称。照明插座用电包括照明和插座用电、走廊和应急照明用电、室外景观照明用电。照明和插座是指建筑物主要功能区域的照明灯具和从插座取电的室内设备。走廊和应急照明是指建筑物的公共区域灯具，如走廊等的公共照明设备。室外景观照明是指建筑物外立面用于装饰用的灯具及用于室外园林景观照明的灯具。

空调用电是为建筑物提供空调、采暖服务的设备用电的统称。空调用电包括冷热站用电、空调末端用电，共2个子项。冷热站是空调系统中制备、输配冷量的设备总称。空调末端是指可单独测量的所有空调系统末端，包括全空气机组、新风机组、空调区域的排风机组、风机盘管和分体式空调器等。

动力用电是集中提供各种动力服务(包括电梯、非空调区域通风、生活热水、自来水加压、排污等)的设备(不包括空调采暖系统设备)用电的统称。动力用电包括电梯用电、水泵用电、通风机用电，特殊区域用电是指不属于建筑物常规功能的用电设备的耗电量，特殊用电的特点是能耗密度高、占总电耗比重大的用电区域及设备。特殊用电包括信息、洗衣房厨房餐厅、游泳池、健身房或其它特殊用电。

3数据采集系统布线方式

在建筑能耗监测中计量装置和数据采集子系统之间采用了符合各相关行业智能仪表标准的各种有线或无线物理接口，数据采集子系统具有兼容不同协议类型的计量装置的能力。计量装置和数据采集子系统之间采用主从结构的半双工通信方式。从机在主机的请求命令下应答数据采集子系统是通信主机，计量装置是通信从机。

在进行楼内布线时，考虑系统安装成本，数据采集末端的变送器优先采用电信号或RS485通信方式进行连接当连线距离小于50m时，采用屏敲线连接;当连线距离大于50m时，由于屏蔽线电流或电压信号衰减较大，采用RS485通信方式进行I/0模块的接，使有效传输距离达到1200m。当现场条件不满足采用电信号或RS485通信方式条件时，采用无线方式进行连接。在项目布线中为保证监测数据的独立性，能耗数据远程传输系统均尽可能的不与建筑原有的自动控制系统发生信息互连和共享，即构造独立布置能耗数据远程传输系统。

4建筑能耗数据传输系统

能耗数据传输系统由数据采集子系统和监测建筑到数据传输子系统组成。数据采集子系统负责对建筑内电能或其它能耗信息进行采集。它通过信道对其管辖的各类表计的信息进行采集、处理和存储，并通过远程信道与数据交换数据。能耗数据传输系统采集并缓存其管理区域内监测建筑的能耗数据。完整转发给上一级数据。计量装置和数据采集子系统之间应采用符合各相关行业智能仪表标准的各种有线或无线物理接口，数据采集子系统应具有兼容不同协议类型的计量装置的能力。数据采集子系统和数据应使用专线方式接人传输网络，并具有固定IP地址或者网络城名。

5安科瑞建筑能耗分析系统

5.1概述

Acrel-5000web建筑能耗分析系统是用户端能源管理分析系统，在电能管理系统的基础上增加了对水、气、煤、油、热(冷)量等集中采集与分析，通过对用户端所有能耗进行细分和统计，以直观的数据和图表向管理人员或决策层展示各类能源的使用消耗情况，便于找出高耗能点或不合理的耗能习惯，有效节约能源，为用户进一步节能改造或设备升级提供准确的数据支撑。用户可按照有关规定实施能源计算，分析现状，查找问题，挖掘节能潜力，提出切实可行的节能措施，并向县级以上管理节能工作的部门报送能源计算报告。

5.2应用场所

适用于公共建筑、集团公司、工业园区、大型物业、学校、医院、企业等不同行业的能耗监测与管理的系统设计、施工和运行维护。

5.3系统功能

5.3.1系统概况

平台运行状态，当月能耗折算、地图导航，各能耗逐时、逐月曲线，当日，当月能耗同比分析滚动显示。

5.3.2用能概况

对建筑、部门、区域、支路、分类分项等用能进行对比，支持当日逐时趋势、当月逐日趋势曲线、分时段能耗统计对比、总能耗同环比对比。

5.3.3用能统计

对建筑、区域、分项、支路等结构按日、月、年报表的形式统计对分类能源用能进行统计，支持报表数据导出EXCEL，支持选择建筑数据进行生成柱状图。

5.3.4复费率统计

复费率报表按日、月、年统计对单栋建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用电量及成本费用进行统计分析。支持数据导出到EXCEL。

5.3.5同比分析

对建筑、分项、区域、支路等用能按日、月、年以图形和报表结合的方式进行用能数据同比分析。

5.3.6能源流向图

能源流向图展示单栋建筑指定时段内各类能源从源头到末端的的能源流向，支持按原始值和折标值查看。

5.3.7夜间能耗分析

夜间能耗以表格、曲线、饼图等形式对选择支路分类能源在指定时段工作时间与非工作时间用能统计对比，支持导出报表。

5.3.8设备管理

设备管理包括，设备类型、设备台账、维保记录等功能。辅助用户合理管理设备，确保设备的运行。

5.3.9用户报告

用户报告针对选定的建筑自动统计各能源的月使用的同环比趋势，并提供简单的能耗分析结果，针对用电提供单独的复费率用能分析，报告可编辑。

6系统硬件配置

应用场景	型号	图 片	保护功能
建筑能耗管理系统	Acrel-5000web		采用泛在物联、云计算、大数据、移动通讯、智能传感等技术手段可为用户提供能源数据采集、统计分析、能效分析、用能预警、设备管理等服务，平台可以广泛应用于多种领域。
智能网关	ANet-1E2S1		采用嵌入式硬件计算机平台，具有多个下行通信接口及一个或者多个上行网络接口，作为信息采集系统中采集终端与平台系统间的桥梁，能够根据不同的采集规约进行水表、气表、电表、微机保护等设备终端的数据采集汇总，并使用相应的规约转发现场设备的数据给平台系统。
高压重要回路或低压进线柜	APM810		具有全电量测量，电能统计，电能质量分析及网络通讯等功能，主要用于对电网供电质量的综合监控诊断及电能管理。该系列仪表采用了模块化设计，当客户需要增加开关量输入输出，模拟量输入输出，SD卡记录，以太网通讯时，只需在背部插入对应模块即可。
	APM520		三相全电量测量，2-63次谐波，不平衡度，支持付费率，越限告警，SOE，4-20mA输出。
低压联络柜、出线柜	AEM96		三相多功能电能表，均集成三相电力参数测量及电能计量及考核管理，提供上24时、上31日以及上12月的电能数据统计。具有63次分次谐波与总谐波含量检测，带有开关量输入和继电器输出可实现“遥信”和“遥控”功能，并具备告警输出，可广泛应用于多种控制系统，SCADA系统和能源管理系统中。
动力柜	ACR120EL		测量所有的常用电力参数，如三相电流、电压，有功、无功功率，电度，谐波等，并具备完善的通信联网功能，非常适合于实时电力监控系统。
	DTSD1352		DIN35mm导轨式安装结构，体积小巧，能测量电能及其他电参量，可进行时钟、费率时段等参数设置，精度高、可靠性好、性能指标符合国标GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和电力行业标准DL/T614-2007对电能表的各项技术要求，并且具有电能脉冲输出功能；可用RS485通讯接口与上位机实现数据交换。
	AEW100		三相全电量测量，剩余电流、2-63次谐波，支持付费率，量值、电缆温度，可选2G/4G通讯。

照明箱	DTSD1352		DIN35mm导轨式安装结构，体积小巧，能测量电能及其他电参量，可进行时钟、费率时段等参数设置，精度高、可靠性好、性能指标符合国标GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和电力行业标准DL/T614-2007对电能表的各项技术要求，并且具有电能脉冲输出功能；可用RS485通讯接口与上位机实现数据交换。
	DDSD1352		DDSD1352单相电子式电能表主要用于计量低压网络的单相有功电能，同时可测量电压、电流、功率等电量，具有红外通讯功能，并可选配RS485通讯功能，方便用户进行用电监测、集抄和管理。可灵活安装于配电箱内，实现对不同区域和不同负荷的分项电能计量，统计和分析。
	DDS1352		单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，正反向电能计量，红外及RS485通讯，电流规格10（60）A，有功电能精度1级。无功精度2级，尺寸:1P
	ADW300/4G		计量低压网络的三相有功电能，具有RS485通讯和470MHz无线通讯功能，方便用户进行用电监测、集抄和管理。可灵活安装于配电箱内，实现对不同区域和不同负荷的分项电能计量，统计和分析。
	ARCM300T-Z-4G		三相全电量测量，剩余电流、2-63次谐波，支持付费率，量值、电缆温度，可选2G/4G通讯。
给水管道	水表		计量流经给水管道用水的体积总量，适用于单向水流，采用电子直读技术，通过RS485总线直接输出表盘数据。

7结束语

本论文介绍了节能监管体系、能耗监测平台建设的实施过程.从总体上对监测平台系统构成进行介绍,并对数据的传输、采集点的设置等进行了具体分析。该系统不仅可以充分发挥能耗监测平台在节约型校园建设中的作用，还可扩展为其他建筑的能耗监测平台,具有一定的推广价值。

参考文献

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[7]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版.

审核编辑 黄宇