如何建设智能电网用户端能耗监测系统

摘要：大型公共建筑总面积不足城镇建筑总面积的4%，但总能耗却占全国城镇总耗电量的22%，大型公共建筑单位面积年耗电量达到70～300KWh，为普通居民住宅的10～20倍。公共建筑是节能大户和节能主要对象，做好公共建筑节能工作，对带动全社会节能工作，实现节能减排目标，落实“转方式、调结构”重大战略具有重要意义。本文介绍中美信托金融大厦(总体)建筑综合建筑，采用智能电力仪表采集配电现场的各种电参量和开关信号。系统采用现场就地组网的方式，组网后通过现场总线通讯并远传至后台，通过Acrel-5000型建筑能耗监测系统实现配电回路用电的实时监控。

1 引言

目前，统计显示，我国建筑能耗约占全国总能耗的28%，在我国每年新建的20亿平方米建筑中，其中99%是高能耗建筑;而既有的建筑中，仅有4%采取了节能措施。大型公共建筑不但能耗密度高，而且能源浪费非常严重，具有巨大的节能空间，建筑节能的推广已经势在必行，节能降耗，计量先行。

建设智能电网用户端能耗监测系统有三个目标：

(1)电能监测与节能优化：对用电系统各个环节特别是耗能设备用电情况进行实时检测计量、数据采集、汇总分析、纵横比较等，发现电能使用不合理之处，通过人工干预或自动控制的方法进行改进，优化用能设备，提高电能的使用效率。

(2)用户端与电网公司管理系统的互动：在智能电网中，电网公司为提高电力设施的负荷率要求用户端某些设备能够需求响应，其使用能够尽量避开用电高峰而在用电低谷时使用，帮助电网削峰填谷。

(3)管理分布式能源设备的接入：用户端储能设备、电动汽车以及可再生能源设备接入电网可能对电网产生重大冲击，这些设备也可能将电能输送的电网，所以需要一个很好的能耗监测系统进行管理。

2 项目概况

中美信托金融大厦(总体)建筑能源消耗主要能耗为用电，对其配电室和楼层配电箱用电进行计量管理。整个能耗在线监测系统的总体架构由一个节能监管中心、多个现场采集计量系统组成，计量系统之间通过局域网进行通讯。设置能源管理中心，将各用能节点安装的能源计量数据通过局域网传至数据中心，软件可依据不同权限访问中心服务器，实时查看能耗情况。系统管理平台软件采用C/S结构，可以实现完整的管理、操作功能，对客户端的用户，在通过多种授权验证后，同样提供查询、数据分析结果展示、管理、监控等功能。

用户端能耗监测系统功能

(1) 主控制系统功能

主控制系统作为专家决策系统，是一个 SCADA 软件，将各个子系统的数据接入，并根据各种不同的情况决定各个子系统的控制。

(2) 配电监控子系统功能

它由多种独立的功能模块组成，包括保护设备定值在线管理、事件报警管理、录波数据管理等。

配电监控子系统采集和处理的基本数据：模拟量(遥测)包括功率、电流、电压、变压器温度、系统频率等。数字量(遥信)包括开关位置信号、事故信号、微机保护信号、以及设备工作状态等。

(3) 智能表计子系统功能

智能表计子系统能够海量数据的采集、交换、通信、存储与共享;企业用能实时监控、分析和报表系统，故障报警和快速定位;用户端电网谐波检测和分析;能耗监测、分析、评估，能耗分项计算以及碳排放计算;根据电力公司的需量限制对实际用电负荷进行预警和控制。通过智能表计实现智能电网中“双向”互功功能，智能仪表通过网络通讯设备实时通讯，提供用户的能源需求数据给智能电网，同时将智能电网的不同时间段的电能信息传递给用户端，让用户直接选择电能消费。

(4)设备监控子系统功能

设备监控子系统既是一个设备监控子系统，又是一个可以自成体系、记录各种能量变化并可实现互动控制的用户能耗监测系统。管理中心通过网络连接多个分中心，每个分中心管理连接当地的这部分设备，通过能源管理控制器、电表、智能开关、继电保护装置和各种智能控制器实时采集主要耗能、储能或生产能源设备的信息，对数据进行加工处理，根据能源控制中心下达给分中心的要求，调节每个设备的运行状态，能源的消费和生产。

(5)智能家居子系统功能

智能家居是目前智能电网比较关注的领域之一。智能电表与智能家居有机结合才能更科学合理地控制家居内的家电设备，实现需求响应、削峰填谷、节能减排功能。

(6)储能设备、分布式能源设备、汽车充电设备监控技术

分别研究低压侧(380V/220V)储能设备、分布式能源设备和汽车充电设备在上位机系统中的表现形式和管理方法。

3 设备选型

※ 多功能网络仪表

功能：有功电度、电流、电压、有功功率、功率因素

精度等级：不低于0.5级;互感器精度：不低于0.5级

电气接口：RS-485

通信协议：MODBUS-rtu

数据采集的功能

1 提供计量装置静态信息人工录入功能能按各计量装置、各分类、分项能耗的关系进行设置;

2 能灵活设置各计量装置通信协议、通信通道以及计量装置名称、配置位置等基本属性;

3 能在线监测系统内各计量装置和传输设备的通信状态，具故障报警提示功能;

4 能灵活设置系统内各采集设备数据数据采集周期。不宜大于15min。

4 系统架构

安科瑞Acrel-5000建筑能耗分析管理系统以工作站主机、通讯设备、测控单元为基本工具，为大型公共建筑的实时数据采集、开关状态监测及远程管理与控制提供了基础平台，它可以和检测、控制设备构成任意复杂的监控系统。该系统主要采用分层分布式计算机网络结构，如系统结构图所示：中美信托金融大厦(总体)建筑能耗管理系统站控管理层及网络通讯层。

系统结构图

该建设项目中美信托金融大厦(总体)建筑安装的385块多功能电表，电表通讯协议为标准MODBUS-RTU协议，配置多台智能网关采集电表数据;第三方远传水表共112个,通讯协议，通讯协议为标准MODBUS-RTU协议。

5 系统软件模块

综合能耗展示

Acrel-5000能耗管理系统登陆成功进入主页面，主页面显示该建筑的建筑图片，建筑基本信息,建筑当月分项用电饼图和各种能源的消耗量。根据所选的建筑，对其建筑图片进行加载，可以选择时间查看建筑能耗情况，选择建筑或时间后自动刷新，默认为当天。

支路能耗概况

Acrel-5000能耗管理系统可以根据分类能耗的支路名称查询用能情况，显示当日和当月的用能峰值、当日用能、当月用能、当年用能以及昨天同期用能、上月同期用能、上年同期用能的比较情况;以柱状图显示过去48小时、31天、12个月、3年的能耗情况;以曲线图显示15分钟的负荷用能走势(电表显示功率曲线，流量表显示流速曲线)，并显示当前值、15分钟内的峰值。

支路用能

Acrel-5000能耗管理系统可以统计各支路某段时间内逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能。选择需要查询的支路，点击‘加载数据’查看各支路用能趋势，可根据已有的日期或者自定义时间进行查询，并可以将支路用能显示合计，以图表形式显示。

分项能耗概况

Acrel-5000能耗管理系统可以按照分项进行能耗统计与显示。其中，日分项用能同比分析图显示不同分项的当日与昨日能耗柱状图(蓝色柱表示今日，绿色柱表示昨日);用能饼图显示各分项过去31天的用能占比;堆积图显示各分项过去31天的能耗趋势;分项用能排名图显示被选中分项对应能耗值排名前10位的支路。

分项用能

Acrel-5000能耗管理系统可以统计各分项某段时间内逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能。选择需要查询的支路，‘加载数据’查看分项中各支路用能趋势，可根据已有的日期或者自定义时间进行查询。这里的支路都是通过基础数据中分类分项的配置而来，默认查询的是当月的能耗。

能耗数据同比环比分析

Acrel-5000能耗管理系统可将各种类型(电、水、气)和各主要耗能设备的能耗与去年同期值和上月值进行同比环比分析，检验节能效果，根据分析结果执行节能绩效考核，以及节能目标的修正。

图表导出

Acrel-5000能耗管理系统可将分析的结果、绘制的图、表导出到Excel中。

用户管理

Acrel-5000能耗管理系统用户权限管理采用分级模式，为系统管理员、后勤管理人员、设备维护人员三级，并对所有操作自动进行带时标事件记录，可建立良好的反事故措施。

为了使实时系统能够安全稳定运行，整个系统提供可靠的安全保护措施，所有的系统操作员能够根据权限大小赋予某特性，这些特性规定了各个操作员对系统及各种活动的适用范围，如用户名，口令字，操作权限及操作范围等特性。

配置选项

依照相关技术规范配置建筑物的基本信息，例如：建筑功能、建筑面积、空调面积、建筑地址等，其中建筑面积等信息将用能单位面积能耗分析;

配置项目中使用的仪表的类型、型号、生产厂家等基本信息，并添加该型仪表所能提供的监测参数信息，此处配置情况影响能耗统计、分时段用能统计、参数查询功能;

配置项目中使用到的所有计量仪表，保存计量仪表的地址、变比、对应的采集器、代码、监测回路的名称等信息;

配置分项能耗统计时涉及到的计量表计、所占比例、运算方式等信息，可根据项目情况灵活配置，此处配置信息将影响各分类能耗分项用能分析小模块中的功能;

配置各部门用能对应的计量仪表、运算方式、所占比例以及部门用能计划，完成此项配置后将启用部门能耗分析功能模块;

配置建筑物中某用能区域对应的计量仪表、运算方式、所占比例，完成此项配置后将启用区域能耗分析功能模块

6 前景展望

根据中美信托金融大厦(总体)建筑能耗运行效果分析，建立典型能耗分析模型，统一分析。

建立建筑能耗计量体系，把脉建筑能耗，发现能耗黑幕，节能改造更有针对性，同时通过计量收费、绩效考核等管理措施巩固节能改造成果。

选择节能设备(节能灯、变频器、热量回收装置)。

再好的节能设备，管不住浪费也无法发挥节能效果，通过增加自动化节能设备，制定设备运行策略，减少人为干预，集中管控，使节能设备正在实现节能。

通过能耗监测系统提供的同环比分析数据量化节能改造成果，展现节能效果。

7 结束语

大型公共建筑总面积不足城镇建筑总面积的4%，但总能耗却占全国城镇总耗电量的22%，大型公共建筑单位面积年耗电量达到70～300KWh，为普通居民住宅的10～20倍。公共建筑是节能大户和节能主要对象，做好中美信托金融大厦的节能工作，对带动节能工作，实现节能减排目标具有重要意义。

审核编辑：汤梓红