研华楼宇能源管理系统

7．5．2　研华楼宇能源管理系统

以下介绍研华楼宇能源管理系统BEMS的设计开发。其基于国际国内标准，同时借鉴了目前市场上主要厂家的产品。

系统由硬件设备和软件系统组成，包括两个子系统：能耗监测与管理子系统和需量控制子系统。能耗监测与管理子系统采集、监视、管理和控制楼宇中的各种分类和分项能耗数据，提供丰富的数据图表和报表展示方式以及数据统计分析功能，帮助用户随时随地地掌握能源消耗情况，并找出能源使用异常，建立能源削减计划。能耗监测与管理子系统内嵌在Web Access的工程节点和监控节点，能耗数据由Web Access监控节点采集，工程节点可配置能源管理工程，存储、统计、分析能耗数据，并提供Web服务进行数据图表展示。需量控制子系统运行在Web Access的监控节点，通过对能耗数据的实时采集与计算，采用先进的控制算法限制峰值用电需求，降低用电成本。需要特别指出的是，由于BEMS可组态的优点，使得BEMS的应用范围不仅仅局限于楼宇行业。对于工业企业用电，比如钢铁、石油化工等企业，通过用户的灵活组态，同样可以实现这些企业的能源管理。

研华BEMS能源管理系统可帮助用户实现以下需求：

（1）建立实时能耗数据采集系统

实时能耗数据采集系统包括各计量装置、数据采集器和数据采集软件。实时数据保存在能源管理系统的能耗数据库中，各级管理人员在自己的办公室里就可以利用浏览器访问能源管理系统，根据权限浏览全部或部分相关能源计量信息。

（2）建立能耗数据统计与分析系统

能耗数据统计与分析功能提供各分类、分项能耗数据的逐时、逐日、逐月、逐年的统计图表和文本报表以及各类相关能耗指标的图表，各级管理人员可以对能源的时用量、日用量、月用量进行比对，分析能源使用过程中的漏洞和不合理情况，调整能源分配策略，减少能源使用过程中的浪费，达到节能降耗之目的。

（3）建立能源使用计划

根据目前的能源使用情况，做出能源使用计划。根据能源使用需求，制订能源采购、生产、供应计划，做到生产有目的，使用有计划，在保障生产平稳且能源使用合理、节俭，避免浪费现象发生。

（4）建立能源折标系统

对于不同种类能源的使用情况，必须折合成标准单位才能进行比较和综合，建立能源折标系统，能便于对不同的能源进行合并比较。

（5）建立需量控制系统

用户通过组态的方式确定负荷组、负荷和契约容量信息。需量控制系统自动预测下一个时刻需量，根据负荷卸载优先级别卸载或恢复负荷，确保系统需量不超过峰值契约容量，免受罚款或停电。

1）能耗监测与管理子系统

能耗监测与管理子系统由各计量装置、数据采集器、管理系统（Web服务器）组成，它帮助用户建立实时能耗数据采集系统、能耗数据统计与分析系统、能源使用计划和能源折标系统。

（1）系统架构

图7．40给出了能耗监测与管理子系统的系统架构图。系统采用三层的分布式结构。

图7．40　能耗监测与管理子系统的系统架构图

各种计量装置用来度量各种分类、分项能耗，包括电能表（含单相电能表、三相电能表、多功能电能表）、水表、燃气表、热（冷）量表等。计量装置具有数据远传功能，通过现场总线与数据采集器连接，可以采用多种通讯协议（如ModBus标准开放协议）将数据输出。Web Access的监控节点为能耗监测与管理子系统的数据采集器。管理系统设在Web Access的工程节点，数据采集器通过以太网将数据传至管理系统的数据库中。用户在Web Access的工程节点可以对能源管理工程进行组态、浏览能耗数据。管理系统的通讯接口可以将能耗数据按照《国家机关办公建筑及大型公共建筑分项能耗数据传输技术导则》远传至上层的数据中转站或省部级数据中心。

（2）数据的组织方式

能耗监测与管理子系统提供灵活的组态功能，用户可以根据实际需要配置能源管理工程。能源管理工程下可包含多个能源管理组；能源管理组下可包含多个能源管理成员，也可包含下一级能源管理组。以某大楼为例，配置好的能源管理组如图7．41所示。

图7．41　能源管理组

（3）系统功能

①能耗报告（Energy Profile）

各能源管理组逐时、逐日、逐月、逐年能耗值报告，帮助用户掌握自己的能源消耗情况，找出能源消耗异常值。单位面积能耗（EUI）等多种相关能耗指标报告为能耗统计、能源审计提供数据支持。温度、湿度参考功能帮助分析能耗数据与环境数据的相关性。

②能耗排名（Energy Ranking）

不同时间范围下能源管理组的能耗值排序，帮助找出能效最低和最高的设备单位。

③能耗比较（Energy Comparison）

不同时间范围内能源管理组能耗值的比较。

④日平均报告（Average Daily Profile）

任何一天每15分钟平均能耗需求报告。帮助用户了解自己的能耗模式并找出超出预期的峰值需求，为与电力公司签订合同时提供参考。

⑤偏差分析（Deviation Report）

任何一天不同时段能耗值与管理设定值的偏差表示。红色偏差值表示实际能耗值超出了能耗使用计划值，并指出能源消耗的增加倾向。

⑥最大值/最小值分析（Max/Min Value Analysis）

不同时间范围内能耗值的最大值/最小值分析。可以分析各系统和设备能源消耗与时间的相关关系。

⑦一次能源折算（Primary Energy Profile）

将企业能耗值折算为热量（MJ）、标准煤以及原油、原煤等一次能源消耗量和相对的CO₂释放量。

⑧成本报告（Cost Profile）

各能源管理组逐日、逐月、逐年能耗费用报告。根据能量表的数据和费率结构计算能耗费用，帮助管理能源成本。用户可以设定能耗成本基准，根据与实际成本偏差去设定预算，有助于减少能源采购中的风险。

⑨成本排名（Cost Ranking）

不同时间范围下能源管理组的成本值排序。帮助找出能源消费最低和最高的设备单位。

⑩统计报表（Statistical Report）

分类和分项能耗数据的年/月/日统计报表。让用户对企业能源消耗情况一目了然，并能帮助用户合理分配能源使用结构。

2）需量控制子系统

需量控制子系统（Demand Limiting，DL）通过调整负载的使用降低高峰时的用电需量，来减少额外的付费，从而减少企业长期的能源花费。在用电负荷功率曲线图中，若当前用电需量趋近峰值契约容量时，就应该采取措施来降低用电需量，这个过程如图7．42所示。

图7．42　用电负荷功率曲线图

DL将负荷分组。一个监控节点可以有多个负荷组，但每个负荷组必须对应一个或一组契约。每个负荷组的控制运算独立进行，DL将负荷按照6个卸载级别分类。DL每分钟处理以下过程：

（1）DL读取计量表输入。

（2）DL预测需量周期内的功率需求。当功率需求超过峰值契约容量设定，DL计算需要调整的功率值，这个功率值就是DL需要卸载的量。

（3）当预测功率需求超过峰值契约容量设定，DL首先选择卸载级别为6的负荷进行卸载，直到达到卸载目标。DL循环卸载可卸载的设备。

以下条件下的负荷不能卸载：

①负荷被锁；

②负荷不在线，或处于报警状态；

③负荷已经处于卸载状态或低于卸载级别；

④负荷运行时间小于最小运行时间；

⑤负荷刚刚被DL卸载并恢复，但恢复时间小于最小恢复时间。

（4）如果卸载级别为6的负荷全部被卸载，DL开始卸载级别为4的负荷，直到满足要求。

（5）如果卸载级别为4的负荷全部被卸载，DL开始卸载级别为3的负荷，直到满足要求或卸载级别为1的负荷。

（6）如果卸载全部可卸载的负荷仍不能满足要求，DL产生报警通知。

（7）每个负荷属性中有最短卸载时间，DL比较每一个负荷被卸载的时间，满足要求时，DL可以恢复负荷，恢复负荷的顺序与卸载相反。

点击DL在运行态下负荷组图可以查看该负荷组的运行数据显示和需量周期内的功率曲线。负荷明细图中可以查看各负荷状态，也可对负荷进行控制。