王晶晶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

      能耗管理系統是對能源消耗的一種監控管理系統，它可以實時監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化，以實現企業對能源使用的較好配置，確保所有設備處于高效、節能、減排的運行狀態。 

1 能耗管理系統應用背景

1.1 能源管理概述

      能源的消耗是持續的，沒有規劃地任意使用是不可取的，隨著我國經濟的發展和環境資源壓力越來越大，節能減排形勢嚴峻，在中國，持續高速的經濟增長的同時也引發了能源供應危機等問題。節能減排、低碳環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。加快推進節能降耗，加快實施清潔生產，加快資源循環利用，向節約、清潔、低碳、高效生產方式轉變，實施節約與開發并舉、把節約放在前位的能源發展戰略。

      一個企業建設能耗管理系統不僅能夠滿足公司對能源管理的需求，而且能夠隨企業的持續發展而拓展。利用該系統能夠有效降低企業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，通過對監測數據進行在線分析，幫助企業進行能源消耗的實時監測、準確統計和詳細預測，最終為企業節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 企業現狀分析

     能耗數據信息是企業的重要能耗點和關鍵指標，多數企業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，無法在企業內部通過信息化系統之間共享。

1.3 企業管理需求

1.3.1 用電監控

      能耗管理系統主要目標之一是采集與監測用電信息，建立企業的能耗數據中心，為企業的精細化運營、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、電能耗按設備或區域進行對比、環比分析等，為企業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控，對規定的節能目標設置警戒線，對未達目標的指標進行自動告警、動態監測及在生產過程中的實時監測；

1.3.2 用水監控

      可以在廠區地圖上按照區域監控各個廠區、車間的工業用水、生活用水、綠化用水等實時數據。實時顯示用水計劃情況，有效監督整個廠區用水管理。

1.3.3 用氣監控

      可以實現對整個廠區的天然氣、壓縮空氣、高溫蒸汽等氣體能耗進行實時監控和使用安全進行集中管理，達到有效避免浪費及規范操作的目的。

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 在線監測：

實時查看各監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，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構建的信息系統，其目標是讓企業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，幫助企業改變用能方式、提升用能效率、優化資源配置及改善用能環境，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、授權使用、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、授權使用、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布系統：

      數據主站系統: 接收企業傳感器采集的數據進行解析及存儲，同時向企業傳感器發布指令，請求所需要的數據;

      數據庫系統：存儲企業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;

      信息發布系統：將企業管理信息發布到 Web 服務器，企業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測點的能耗和運行信息，形成能耗的分類、分項、分區域統計分析，對能源的統一調度、優化能源介質平衡、減少煤氣放散、提高環保質量、降低企業綜合能耗和提高勞動生產率有重要作用，幫助客戶更優化的使用能源，從而實現“節能管理、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行返回的結果進行轉化，轉變成HTML文檔形式轉發給客戶端瀏覽器。信息發布系統：將企業管理信息發布到Web服務器，企業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定性，從而可以保證定制系統的質量、穩定性、開發周期和開發成本等方面的要求。

      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各部門主要設備用能情況展示出來。

     （3）能源監控功能。能源監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，將企業中各部門及各監測點實際用能情況，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，將企業中各部門及各監測點實際用能情況，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核心的工業級嵌入式智能網關，作為站端監控系統的核心，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，實現業務和數據分離的架構，服務器部署在企業內部，企業內需要有互聯網連接，可將系統訪問接口發布于互聯網，便于后期的數據訪問。

4 系統實現目標

     （1）實現對企業所使用的各種能源進行全面計量，對企業的水、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，實施監控和考核。杜絕跑、冒、滴、漏現象的發生，分析比較能耗歷史數據，為節能技改提供科學依據。

     （2）通過手機APP或網頁，生產企業可以通過能源消耗監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）通過采集與監測能耗信息，建立企業的能耗數據中心，為企業的精細化運營、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，能耗按設備或區域進行對比、環比分析等，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。

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、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。

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

      安全用電采用自主研發的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災探測器，對引發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，并將發現的各種隱患信息及時推送給企業管理人員，指導企業實現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"和危化品生產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。

5.5系統硬件配置

6 結束語         

      該系統在實時監測各種類型能源的能耗，通過相同設備能效指標對比，及時發現低能效設備，進而對設備進行優化，提高設備性能；通過對運行參數監測，讓所有設備節能高效地運行，以實現企業對能源使用的配置，最終實現企業節能、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.淺談能源管理在節能降耗中的作用.中國能源，2002年

3 姜萍.能源計量在節能減排中的應用.低碳世界.2017

4吉朝輝，周軼.淺談能源管理系統在企業中的應用

5 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版