校園能源監管平臺建設的技術分析

毛小夫

摘 要：當今世界是一個全面進入高速互聯網應用的時代，隨著“互聯網+”、“物聯網”技術的提出和快速應用，促使計算機信息集成技術加快了發展，并已在全社會得到了快速的推廣。如智能樓宇技術、智能家居系統、數字化工廠、工業4.0技術等等。本文重點介紹了能源監管平臺的硬件選型和軟件設計要求，具有一定的設計參考價值。

關鍵詞：能源監管平臺；硬件選型；軟件設計要求

中圖分類號：TU201.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）08-0078-02

校園能源監管平臺主要由三個部分組成：前端采集、數據傳輸、終端數據統計分析公示。系統支持在線監測、數據比對、能耗統計審計分析、能耗預測、指標定額、專家診斷等功能。綜合節能監管平臺既能夠使管理者及時發現建筑高能耗環節以及照明、空調等系統的故障和不合理的運行方式，為節能診斷分析及管理提供依據；也可為用戶提供能耗數據和指標公示、實現能耗數據可視化、節能效果定量化，節能管理指標化目標，可在樹立校園節能環保風尚，促進行為節能、形成綠色校園文化方面發揮巨大作用。

1 系統硬件選型

1.1 數據采集器選型

數據采集器是整個系統中間層（數據轉換層）的主要設備，它負責上層與底層的數據交換，應該具備一定的數據存儲、類型轉換、通信接口形式，同時還要滿足實時性、可靠性、冗余性和強大的抗電磁干擾特性，并兼顧外界使用環境和使用條件的要求。總結為以下幾個技術要領：

①必須滿足《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統分項能耗數據采集技術導則》、《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統分項能耗數據傳輸技術導則》、《高等學校校園建筑節能監管系統建設技術導則》對數據采集器的要求；②必須支持多種類型的計量裝置或設備進行數據采集，支持符合《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統分項能耗數據傳輸技術導則》、《高等學校校園建筑節能監管系統建設技術導則》要求的電能表（含單相電能表、三相電能表、多功能電能表）、水表、熱（冷）量表。③采集器下行采用Rs_485通信接口與終端電表通訊，上行可選用TCP/IP＼Rs_485、電力線載波或無線與集中器進行數據傳輸。智能網關下行采用Rs_485通信接口與終端水/電表通訊，上行傳輸方式支持Ethernet/RS485，與數據中心（服務器）進行數據遠程傳輸。通信規約符合DL/T645-1997和DL/T645-2007標準。④支持不少于對192個數據采集點進行數據采集。⑤工作電壓范圍154～26 5VAC（420 V電壓下可耐受4 h）。⑥規定溫度范圍-25～+60 ℃（極限溫度范圍：-40～+70 ℃）。⑦相對濕度≤85%（極限濕度：95%）。⑧設計壽命≥10 a。

1.2 三相電能表的選型

三相電能表是屬于底層的直接數據采集的關鍵設備之一，主要用于用電設備的電能數據采集和電能質量分析，在該設備中，我們考慮到監管平臺應有“監控”的功能，故配置了繼電器模塊，用于對用電設備進行一定的控制，如開或關等操作。具體而言，它應具備以下幾個主要技術指標。

1.2.1 雙向計量

精確計量正向/反向兩個方向功率。

1.2.2 液晶顯示

采用液晶顯示用電量，可顯示有功用電量，可顯示無功用電量。

①通訊功能：采用 RS485 通信方式對用戶用電情況進行監控。②具備日電度統計、整點抄表、數據恢復功能。③高可靠、低功耗、長壽命、高精度、小體積。④抗磁干擾能力強。⑤高溫高濕環境保證計量精度。

1.2.3 主要技術指標及參數

①準確度等級：1級；②額定電壓3×220/380 V；③額定頻率：45～65 Hz；④電壓 參比電壓Un=3×220/380 V，工作電壓范圍為220 VAC ±20%。⑤電流：3×1.5（6） A；3×10（40） A ，3× 20（80） A。⑥電壓線路功耗：在參比電壓、參比溫度和參比頻率下，電壓線路的有功功率和視在功率不超過0.5 W，5 VA。⑦起動：在參比電壓，參比頻率及功率因數為COSφ=1.0的條件下，負載電流為4‰ Ib時，電能表能連續計量電能（直接接入為4‰參比電流，互感器接入為2‰參比電流）。⑧潛動：電能表具有邏輯防潛動電路，當電壓回路加115%的參比電壓，電流回路斷開時，沒有電能脈沖輸出。⑨正常工作溫度范圍：-20～+55 ℃；⑩極限工作溫度：-40～+70 ℃；工作相對濕度：<95%。

1.3 單相電能表的選型

單相電能表也是底層的設備運行基本參數采集的關鍵設備之一，它選型的技術要求和三相電能表基本是一致的，具體要求如下。

1.3.1 主要功能

①液晶顯示：采用液晶顯示用電量，可顯示有功用電量，可顯示無功用電量。②通訊功能：采用 RS485 通信方式對用戶用電情況進行監控。③具備日電度統計、整點抄表、數據恢復功能。④超限保護功能。⑤高可靠、低功耗、長壽命、高精度、小體積⑥抗磁干擾能力強⑦高溫高濕環境保證計量精度⑧具有遠程開關功能。

1.3.2 主要技術參數

在參比電壓、參比溫度和參比頻率下，電表單相電壓線路的有功功率和視在功率最低可達0.4 W，0.6 VA。

1.3.3 工作電壓范圍

l66～264 VAC（420 VAC電壓下可耐受4 h）。

1.3.4 規定溫度范圍和相對濕度

規定溫度范圍：-25～+60 ℃（極限溫度范圍：-40～+80 ℃）。

相對濕度：①≤85%；極限工作相對濕度：95%；②設計壽命≥10a。

2 軟件設計要求

軟件設計是整個系統中設計難度最大的一部分，涉及到數據服務器應用開發，客戶端監管平臺應用開發等，需要開發者懂得基于C/S和B/S構架的應用程序開發。限于篇幅，我們只在這里介紹校園用電監控子系統的設計的技術要求。此子系統包括基于電表數據集抄子系統、供電監管數據維護子系統、Web供電監管系統。

①電表數據集抄子系統：選用帶有遠傳數據接口，且內置標準的專用通信協議智能電子電能表，采用C/S結構的系統遠程集抄電表用能數據和工況數據。②供電監管數據維護子系統采用C/S結構，實現系統地理信息數據和基礎業務數據的維護管理。③供電監管系統為系統應用的主要模塊，采用B/S結構，包含服務層和客戶端層，是系統面向用戶，實現能耗監控各項功能目標的主要部分，其功能要求如下。

2.1 供電設施地理信息可視化管理

供電設施地理信息管理功能要求系統采用地理信息平臺，通過地理信息平臺，直觀地展示用能建筑、電表、電纜、變壓器等電力系統設施，并提供空間分析和查詢以及拓撲分析功能，實現能耗實時監管的可視化管理。

2.2 電能實時監管

監測全校各個部門、各個小區、各個建筑的電能狀況。其中包括：電表在線狀況、當天或當月的用電狀況、電表的基本屬性、用電預警記錄、電表維修記錄等。可以查看各個表具的至少72 h用電柱狀圖，并能清晰區分工作時段和休息時段。曲線顯示負載趨勢。

2.3 建筑用電

①建筑用電明細：該模塊按照建筑來查詢每個房間的起始示數、終止示數、用電性質、通訊時間等具體參數，用戶可以將查詢數據導出并打印。

②建筑用電統計：該模塊按建筑查詢的各用電情況，主要分為用電年度臺賬、用電月度臺賬、用電年度匯總、用電月度匯總、用電逐月度匯總等。實行功能操作時，根據所選條件，能顯示結果，便于用戶統計。

③建筑用電分析：該模塊可按建筑查詢用電狀況，主要可按建筑比較、建筑逐日、建筑逐月、用電性質、用電分項等方面進行分析，并能顯示相應圖表，便于用戶直觀分析用電情況。

2.4 部門用電

①部門用電明細：該模塊按照部門來查詢每個房間的起始示數、終止示數、用電性質、通訊時間等具體參數，用戶可以將查詢數據導出并打印。

②部門用電統計：該模塊按部門查詢各部門的用電情況，主要分為用電年度臺賬、用電月度臺賬、用電年度匯總、用電月度匯總、用電逐月度匯總等。實行功能操作時，根據所選條件，能顯示結果，便于用戶統計。③部門用電分析：該模塊可按部門查詢用電狀況，主要可按部門比較、部門逐日、部門逐月、用電性質、用電分項等方面進行分析，并能顯示相應圖表，便于用戶直觀分析用電情況。

2.5 電能定額管理

①電能定額一覽：查詢已分配的定額狀況及當期定額使用狀況和信息。②定額配置靈活：可以通過根據歷史用電記錄按比例設置本期定額、可以通過上期定額設置定額，可以其它的定額配置本單位用電定額等，實現定額的靈活配置。③定額使用明細：以曲線的方式顯示剩余定額量、已使用定額量、上一年全年使用電費，并統計出定額的同比增幅和環比增幅。

2.6 用電節能監管預警

當表計用電信息違反規定約定的時候發送用電預警，以桌面推送的方式或其它方式提醒在線用戶查看異常。

2.7 綜合信息預覽

①能耗結構劃分：以堆棧圖或其它圖表的方式展示各類、各項、各工作時段電耗使用比例，并統計出同比增幅和環比增幅。②展示校園當前用電整體概況、其中包括實時電表在線分布、本年部門用電排名、本年用電分項分布、本年用電性質分布等。

2.8 其他系統需要的功能

日志管理；客戶端功能、自動更新功能；數據維護功能；故障報警、故障恢復功能；定期用電數據短信播報功能等其他系統運行基本功能。

2.9 系統其它必需的功能

本部分為系統運行所必需的功能。

3 結 語

我國大學數量近2 000余所，在校生人數達2 300多萬，占全國人口的4.4%，消費著社會總能耗的8%，大學生的人均能耗指標明顯高于全國居民的人均能耗指標。據初步統計，全國大學生生均能耗、水耗分別是全國居民人均能耗的4倍和2倍。最好這個平臺的研發工作，對企業來說是一件非常具有經濟和社會價值的事情。

參考文獻：

[1] 任泰明.基于B/S結構的軟件開發技術[M].西安：西安電子科技大學出 版社，2006.

[2] 雷玉堂.安防視頻監控實用技術[M].北京：電子工業出版社，2012.

[3] 宗建華.智能電能表[M].北京：中國電力出版社，2010.