校园能源监管平台建设的技术分析

摘 要：当今世界是一个全面进入高速互联网应用的时代，随着“互联网+”、“物联网”技术的提出和快速应用，促使计算机信息集成技术加快了发展，并已在全社会得到了快速的推广。如智能楼宇技术、智能家居系统、数字化工厂、工业4.0技术等等。本文重点介绍了能源监管平台的硬件选型和软件设计要求，具有一定的设计参考价值。

关键词：能源监管平台；硬件选型；软件设计要求

中图分类号：TU201.5 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）08-0078-02

校园能源监管平台主要由三个部分组成：前端采集、数据传输、终端数据统计分析公示。系统支持在线监测、数据比对、能耗统计审计分析、能耗预测、指标定额、专家诊断等功能。综合节能监管平台既能够使管理者及时发现建筑高能耗环节以及照明、空调等系统的故障和不合理的运行方式，为节能诊断分析及管理提供依据；也可为用户提供能耗数据和指标公示、实现能耗数据可视化、节能效果定量化，节能管理指标化目标，可在树立校园节能环保风尚，促进行为节能、形成绿色校园文化方面发挥巨大作用。

1 系统硬件选型

1.1 数据采集器选型

数据采集器是整个系统中间层（数据转换层）的主要设备，它负责上层与底层的数据交换，应该具备一定的数据存储、类型转换、通信接口形式，同时还要满足实时性、可靠性、冗余性和强大的抗电磁干扰特性，并兼顾外界使用环境和使用条件的要求。总结为以下几个技术要领：

①必须满足《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据采集技术导则》、《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据传输技术导则》、《高等学校校园建筑节能监管系统建设技术导则》对数据采集器的要求；②必须支持多种类型的计量装置或设备进行数据采集，支持符合《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据传输技术导则》、《高等学校校园建筑节能监管系统建设技术导则》要求的电能表（含单相电能表、三相电能表、多功能电能表）、水表、热（冷）量表。③采集器下行采用Rs_485通信接口与终端电表通讯，上行可选用TCP/IP＼Rs_485、电力线载波或无线与集中器进行数据传输。智能网关下行采用Rs_485通信接口与终端水/电表通讯，上行传输方式支持Ethernet/RS485，与数据中心（服务器）进行数据远程传输。通信规约符合DL/T645-1997和DL/T645-2007标准。④支持不少于对192个数据采集点进行数据采集。⑤工作电压范围154～26 5VAC（420 V电压下可耐受4 h）。⑥规定温度范围-25～+60 ℃（极限温度范围：-40～+70 ℃）。⑦相对湿度≤85%（极限湿度：95%）。⑧设计寿命≥10 a。

1.2 三相电能表的选型

三相电能表是属于底层的直接数据采集的关键设备之一，主要用于用电设备的电能数据采集和电能质量分析，在该设备中，我们考虑到监管平台应有“监控”的功能，故配置了继电器模块，用于对用电设备进行一定的控制，如开或关等操作。具体而言，它应具备以下几个主要技术指标。

1.2.1 双向计量

精确计量正向/反向两个方向功率。

1.2.2 液晶显示

采用液晶显示用电量，可显示有功用电量，可显示无功用电量。

①通讯功能：采用 RS485 通信方式对用户用电情况进行监控。②具备日电度统计、整点抄表、数据恢复功能。③高可靠、低功耗、长寿命、高精度、小体积。④抗磁干扰能力强。⑤高温高湿环境保证计量精度。

1.2.3 主要技术指标及参数

①准确度等级：1级；②额定电压3×220/380 V；③额定频率：45～65 Hz；④电压 参比电压Un=3×220/380 V，工作电压范围为220 VAC ±20%。⑤电流：3×1.5（6） A；3×10（40） A ，3× 20（80） A。⑥电压线路功耗：在参比电压、参比温度和参比频率下，电压线路的有功功率和视在功率不超过0.5 W，5 VA。⑦起动：在参比电压，参比频率及功率因数为COSφ=1.0的条件下，负载电流为4‰ Ib时，电能表能连续计量电能（直接接入为4‰参比电流，互感器接入为2‰参比电流）。⑧潜动：电能表具有逻辑防潜动电路，当电压回路加115%的参比电压，电流回路断开时，没有电能脉冲输出。⑨正常工作温度范围：-20～+55 ℃；⑩极限工作温度：-40～+70 ℃；工作相对湿度：

1.3 单相电能表的选型

单相电能表也是底层的设备运行基本参数采集的关键设备之一，它选型的技术要求和三相电能表基本是一致的，具体要求如下。

1.3.1 主要功能

①液晶显示：采用液晶显示用电量，可显示有功用电量，可显示无功用电量。②通讯功能：采用 RS485 通信方式对用户用电情况进行监控。③具备日电度统计、整点抄表、数据恢复功能。④超限保护功能。⑤高可靠、低功耗、长寿命、高精度、小体积⑥抗磁干扰能力强⑦高温高湿环境保证计量精度⑧具有远程开关功能。

1.3.2 主要技术参数

在参比电压、参比温度和参比频率下，电表单相电压线路的有功功率和视在功率最低可达0.4 W，0.6 VA。

1.3.3 工作电压范围

l66～264 VAC（420 VAC电压下可耐受4 h）。

1.3.4 规定温度范围和相对湿度

规定温度范围：-25～+60 ℃（极限温度范围：-40～+80 ℃）。

相对湿度：①≤85%；极限工作相对湿度：95%；②设计寿命≥10a。

2 软件设计要求

软件设计是整个系统中设计难度最大的一部分，涉及到数据服务器应用开发，客户端监管平台应用开发等，需要开发者懂得基于C/S和B/S构架的应用程序开发。限于篇幅，我们只在这里介绍校园用电监控子系统的设计的技术要求。此子系统包括基于电表数据集抄子系统、供电监管数据维护子系统、Web供电监管系统。

①电表数据集抄子系统：选用带有远传数据接口，且内置标准的专用通信协议智能电子电能表，采用C/S结构的系统远程集抄电表用能数据和工况数据。②供电监管数据维护子系统采用C/S结构，实现系统地理信息数据和基础业务数据的维护管理。③供电监管系统为系统应用的主要模块，采用B/S结构，包含服务层和客户端层，是系统面向用户，实现能耗监控各项功能目标的主要部分，其功能要求如下。

2.1 供电设施地理信息可视化管理

供电设施地理信息管理功能要求系统采用地理信息平台，通过地理信息平台，直观地展示用能建筑、电表、电缆、变压器等电力系统设施，并提供空间分析和查询以及拓扑分析功能，实现能耗实时监管的可视化管理。

2.2 电能实时监管

监测全校各个部门、各个小区、各个建筑的电能状况。其中包括：电表在线状况、当天或当月的用电状况、电表的基本属性、用电预警记录、电表维修记录等。可以查看各个表具的至少72 h用电柱状图，并能清晰区分工作时段和休息时段。曲线显示负载趋势。

2.3 建筑用电

①建筑用电明细：该模块按照建筑来查询每个房间的起始示数、终止示数、用电性质、通讯时间等具体参数，用户可以将查询数据导出并打印。

②建筑用电统计：该模块按建筑查询的各用电情况，主要分为用电年度台账、用电月度台账、用电年度汇总、用电月度汇总、用电逐月度汇总等。实行功能操作时，根据所选条件，能显示结果，便于用户统计。

③建筑用电分析：该模块可按建筑查询用电状况，主要可按建筑比较、建筑逐日、建筑逐月、用电性质、用电分项等方面进行分析，并能显示相应图表，便于用户直观分析用电情况。

2.4 部门用电

①部门用电明细：该模块按照部门来查询每个房间的起始示数、终止示数、用电性质、通讯时间等具体参数，用户可以将查询数据导出并打印。

②部门用电统计：该模块按部门查询各部门的用电情况，主要分为用电年度台账、用电月度台账、用电年度汇总、用电月度汇总、用电逐月度汇总等。实行功能操作时，根据所选条件，能显示结果，便于用户统计。③部门用电分析：该模块可按部门查询用电状况，主要可按部门比较、部门逐日、部门逐月、用电性质、用电分项等方面进行分析，并能显示相应图表，便于用户直观分析用电情况。

2.5 电能定额管理

①电能定额一览：查询已分配的定额状况及当期定额使用状况和信息。②定额配置灵活：可以通过根据历史用电记录按比例设置本期定额、可以通过上期定额设置定额，可以其它的定额配置本单位用电定额等，实现定额的灵活配置。③定额使用明细：以曲线的方式显示剩余定额量、已使用定额量、上一年全年使用电费，并统计出定额的同比增幅和环比增幅。

2.6 用电节能监管预警

当表计用电信息违反规定约定的时候发送用电预警，以桌面推送的方式或其它方式提醒在线用户查看异常。

2.7 综合信息预览

①能耗结构划分：以堆栈图或其它图表的方式展示各类、各项、各工作时段电耗使用比例，并统计出同比增幅和环比增幅。②展示校园当前用电整体概况、其中包括实时电表在线分布、本年部门用电排名、本年用电分项分布、本年用电性质分布等。

2.8 其他系统需要的功能

日志管理；客户端功能、自动更新功能；数据维护功能；故障报警、故障恢复功能；定期用电数据短信播报功能等其他系统运行基本功能。

2.9 系统其它必需的功能

本部分为系统运行所必需的功能。

3 结 语

我国大学数量近2 000余所，在校生人数达2 300多万，占全国人口的4.4%，消费着社会总能耗的8%，大学生的人均能耗指标明显高于全国居民的人均能耗指标。据初步统计，全国大学生生均能耗、水耗分别是全国居民人均能耗的4倍和2倍。最好这个平台的研发工作，对企业来说是一件非常具有经济和社会价值的事情。

参考文献：

[1] 任泰明.基于B/S结构的软件开发技术[M].西安：西安电子科技大学出 版社，2006.

[2] 雷玉堂.安防视频监控实用技术[M].北京：电子工业出版社，2012.

[3] 宗建华.智能电能表[M].北京：中国电力出版社，2010.