摘要：環(huán)境問題已成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素，為此我國提出了節(jié)能減排的目標(biāo)。但目前我國節(jié)能減排形勢依然嚴(yán)峻。截至2015年，全國能源消費(fèi)總量達(dá)到了約40億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。嚴(yán)峻的能源短缺與資源矛盾浪費(fèi)日益激烈，對于企業(yè)，尤其是高能耗的工礦企業(yè)，須以科技手段實(shí)現(xiàn)能源的實(shí)時監(jiān)測與合理配置。
 

　　關(guān)鍵詞：企業(yè)；能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)
 

　　1引言
 

　　隨著改革開放進(jìn)入深水區(qū)，我國的經(jīng)濟(jì)總量已躍居世界前列 ，但是目前的發(fā)展依然是建立在傳統(tǒng)的高能耗、低效率的模式上，而目前環(huán)境問題愈發(fā)嚴(yán)峻，對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約也越來越嚴(yán)重，因此，我們須采取科學(xué)技術(shù)，加強(qiáng)對能源的控制，建立完善的企業(yè)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)。
 

　　2企業(yè)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
 

　　2.1企業(yè)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)
 

　　企業(yè)建立能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)主要是為了對一些重要的耗能設(shè)備以及能源介質(zhì)進(jìn)行實(shí)時控制和監(jiān)控，進(jìn)而了解和掌握各種能耗設(shè)備的運(yùn)行情況和耗能情況，為做出科學(xué)合理的決策提供依據(jù)，從而達(dá)到能源系統(tǒng)有效、安全地運(yùn)行的目標(biāo)。
 

　　設(shè)計(jì)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)的主要內(nèi)容包含以下幾點(diǎn)：(1)采集能源相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息，對其進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控；(2)完善網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及自動化系統(tǒng) ；(3)挖掘企業(yè)的節(jié)能潛力，從能源的計(jì)劃、統(tǒng)計(jì)到考核形成多方位的能源管理；(4)建立能源調(diào)度模型，從而給出優(yōu)化能源調(diào)度的可行性意見和建議。
 

　　2.2企業(yè)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)的主要架構(gòu)
 

　　2.2.1采集能源數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)
 

　　能源數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)可以在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，按照可行性、冗余性和可靠性將工礦企業(yè)的三級能源數(shù)據(jù)采集平臺進(jìn)一步完善，進(jìn)而建立更加實(shí)用的能源數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，以此來適應(yīng)未來能流高度集成的需要。
 

　　2.2.2能源監(jiān)測控制中心
 

　　能源監(jiān)測控制中心主要包含了和節(jié)能減排緊密相關(guān)的各種信息，比如耗電設(shè)備和耗能設(shè)備、生產(chǎn)關(guān)鍵信息、質(zhì)量安全環(huán)保信息、能源質(zhì)量信息等，并且相關(guān)信息還涉及一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)。能源監(jiān)測中心具備不同的功能，比如狀態(tài)監(jiān)視功能、查詢歷史趨勢、監(jiān)控實(shí)時報(bào)表、集成實(shí)時監(jiān)控等功能，再與生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行集成，從而達(dá)到管控—體化的目的。
 

　　2.2.3能源管理平臺
 

　　能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)對整個計(jì)劃、調(diào)度和操作、考核等過程進(jìn)行閉環(huán)管理，從事前、事中和事后進(jìn)行多方位的考核田。
 

　　1)事前管理。能源管理系統(tǒng)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成之后可以獲取相關(guān)的生產(chǎn)信息，然后再針對各個能源建立耗能模型，并給出各工序能源介質(zhì)的消耗以及生產(chǎn)計(jì)劃，在事前做好靜態(tài)管理。另外，能源管理系統(tǒng)與能源調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行集成，可以對能耗信息進(jìn)行一定的預(yù)測，然后再獲取相關(guān)的能源優(yōu)化調(diào)度建議。
 

　　2)事中監(jiān)督 。能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)包含調(diào)度運(yùn)行管理和質(zhì)量環(huán)保管理對系統(tǒng)現(xiàn)場的運(yùn)行狀況進(jìn)行的實(shí)時跟蹤 ，還可以對能源設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)督，利用強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和挖掘工具分析影響系統(tǒng)運(yùn)行的不同因素，并對能源的調(diào)度和調(diào)整進(jìn)行準(zhǔn)確的指導(dǎo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。
 

　　3)事后考核。能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)需要對能源進(jìn)行控制和管理，因此，需要使本系統(tǒng)的計(jì)量結(jié)算功能、考核功能、報(bào)表功能、統(tǒng)計(jì)分析功能等得到實(shí)現(xiàn)。只有這些功能都得到實(shí)現(xiàn)才能獲取能源的計(jì)劃以及定額的執(zhí)行情況、能源設(shè)備運(yùn)行情況、環(huán)境與安全情況等。對一些超額現(xiàn)象要進(jìn)行處罰，節(jié)能現(xiàn)象要給予獎勵。在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中要嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)的考核制度，改善當(dāng)前的高能耗 、低效益發(fā)展模式。
 

　　2.2.4預(yù)測、調(diào)度能源模型
 

　　能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)通過能流數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、監(jiān)控和分析，建立起能源的調(diào)度與預(yù)測模型。此模型可以對能耗情況進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測，還可以進(jìn)行動態(tài)模擬計(jì)算，進(jìn)而根據(jù)實(shí)際情況給出優(yōu)化調(diào)度方案，通過對能源進(jìn)行合理的調(diào)度，使能源的利用效率得到提高，繼而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。
 

　　3企業(yè)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
 

　　3.1監(jiān)測和管理能源功能的實(shí)現(xiàn)
 

　　監(jiān)測和管理功能的實(shí)現(xiàn)主要是依據(jù) 系統(tǒng)使用的 ESP-ISYS系統(tǒng)和綜合集成平臺，進(jìn)而建立對能源進(jìn)行綜合監(jiān)控的系統(tǒng)。本系統(tǒng)可以對相關(guān)信息進(jìn)行覆蓋，比如質(zhì)量安全環(huán)保信息、耗能和耗電設(shè)備信息等。能源管理平臺對搜集到的三級能源數(shù)據(jù)以及關(guān)鍵的耗能設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)、相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、質(zhì)量環(huán)保數(shù)據(jù)等進(jìn)行進(jìn)一步的集成和管理。
 

　　能源管理系統(tǒng)還可以對收集到的能源數(shù)據(jù)進(jìn)行校正和診斷，對各個耗能設(shè)備進(jìn)行實(shí)時監(jiān)視、故障診斷與應(yīng)急聯(lián)動等功能，在實(shí)際的運(yùn)行過程中可以結(jié)合能源優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能源的預(yù)測與優(yōu)化調(diào)度等，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能源管控的—體化。
 

　　3.2數(shù)據(jù)采集與自動化功能的實(shí)現(xiàn)
 

　　本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集功能的實(shí)現(xiàn)主要是結(jié)合企業(yè)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，利用三層交換技術(shù)實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)的劃分。核心層一般采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)設(shè)計(jì)。
 

　　另外，為了滿足本系統(tǒng)的要求 ，需要采集的能源數(shù)據(jù)包含了一些耗能耗電設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、質(zhì)量環(huán)保安全數(shù)據(jù)，以及與能源相關(guān)的一些生產(chǎn)數(shù)據(jù)等。在系統(tǒng)的具體運(yùn)行過程中需要結(jié)合企業(yè)的實(shí)際情況設(shè)置相應(yīng)的計(jì)量儀表，并且還需要改造沒有通訊接口的計(jì)量儀表，這樣不但可以提高能源儀表的配備率，而且也為能源系統(tǒng)的監(jiān)控與管理提供了堅(jiān)實(shí)的保證。
 

　　3.3平衡和調(diào)度能源功能的實(shí)現(xiàn)
 

　　本系統(tǒng)中能源的調(diào)度與平衡功能的實(shí)現(xiàn)需要在對能源數(shù)據(jù)的采集和分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行，通過建立相關(guān)的優(yōu)化調(diào)度模型，實(shí)現(xiàn)對能源生產(chǎn)與消耗的預(yù)測。另外，可以借助在線系統(tǒng)對能源進(jìn)行動態(tài)模擬計(jì)算，還可以在預(yù)測和模擬的基礎(chǔ)上對未來一段時間內(nèi)的能源消耗成本進(jìn)行簡要的預(yù)測，給出更優(yōu)化的具體調(diào)度方案和意見，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。
 

　　4平臺介紹
 

　　AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)系統(tǒng)通過在源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝監(jiān)測、分析、保護(hù)、治理裝置，通過高性能邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)采集數(shù)據(jù)并上傳至企業(yè)微網(wǎng)平臺。平臺根據(jù)電網(wǎng)價(jià)格、用電負(fù)荷、電網(wǎng)調(diào)度指令等情況，調(diào)整各系統(tǒng)控制策略并遠(yuǎn)程下發(fā)，使企業(yè)微電網(wǎng)始終合理穩(wěn)定運(yùn)行，降低企業(yè)用電成本，實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)、信息互動。
 

　　4.1業(yè)務(wù)邏輯圖
 

4.2平臺架構(gòu)
 

4.3組網(wǎng)結(jié)構(gòu)
 

4.4平臺功能
 

4.5主要功能
 

　　4.5.1電力監(jiān)控
 

　　實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的五遙功能，根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行頁面組態(tài)繪制配電一次圖監(jiān)視，能實(shí)現(xiàn)曲線趨勢分析，對電力參數(shù)進(jìn)行集抄，查看綜保SOE事件，查看故障錄波，對電力參數(shù)進(jìn)行平均值統(tǒng)計(jì)，對主要設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測如：直流屏、發(fā)電機(jī)、變壓器等。
 

4.5.2電能管理
 

　　提供用電集抄，用電統(tǒng)計(jì)，分時段用電統(tǒng)計(jì)，用電同環(huán)比分析，分組用電統(tǒng)計(jì)等功能。
 

4.5.3電能質(zhì)量
 

　　提供電能質(zhì)量的穩(wěn)態(tài)監(jiān)測，諧波頻譜圖分析，曲線分析，SOE事件，ITIC、SEMI容忍度曲線分析、故障錄波等功能。
 

4.5.4能耗分析
 

　　提供支路能耗統(tǒng)計(jì)，分組能耗統(tǒng)計(jì)，能耗折標(biāo)統(tǒng)計(jì)，能耗同環(huán)比分析，能源流向圖等功能。
 

4.5.5分布式光伏
 

　　提供光伏電站運(yùn)行監(jiān)視，逆變器運(yùn)行監(jiān)視，電站發(fā)電統(tǒng)計(jì)，逆變器發(fā)電統(tǒng)計(jì)，光伏電站配電監(jiān)測，逆變器曲線分析等功能。
 

4.5.6檔案、運(yùn)維
 

　　提供設(shè)備定義，設(shè)備檔案管理，設(shè)備保養(yǎng)報(bào)表，設(shè)備二維碼維護(hù)等功能。提供任務(wù)管理，巡檢記錄，缺陷記錄，消警記錄，搶修記錄，通知工單等功能。
 

4.6硬件選型
 

　　型號規(guī)格
 

　　功能
 

AWT100
 

　　支持串口MODBUS RTU協(xié)議的數(shù)據(jù)采集，并通過安科瑞平臺協(xié)議與安科瑞服務(wù)器通訊。
 

ARTU系列
 

　　ARTU遙信遙控單元，負(fù)責(zé)對現(xiàn)場工業(yè)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和控制，分為開關(guān)量信號采集和繼電器輸出，用于執(zhí)行系統(tǒng)的遙控操作。
 

ARD3M電動機(jī)保護(hù)器
 

　　測量三相電流、三相電壓、頻率、有功功率、有功電能、無功功率、無功電能、接地電流PTC等多種電參量。過載、斷相、堵轉(zhuǎn)、阻塞、不平衡、過壓、欠壓等多種保護(hù)。保護(hù)模式、直接起動、星三角、雙速等多種起動方式。標(biāo)配10D1/6D0可編程，2路MODBUS-RTU通訊。
 

ARD2F電動機(jī)保護(hù)器
 

　　能對額定電流范圍內(nèi)的電動機(jī)進(jìn)行起動超時、過載、堵轉(zhuǎn)、阻塞、欠載、不平衡、斷相等保護(hù)
 

AEM96
 

　　三相電參量 (U、I、P、Q、S、PF、Hz、相序圖) ;正反向有功/無功電能、四象限電能、視在電能;實(shí)時需量(I、P、Q、S);當(dāng)月電參量值(U、I、P、Q、S);基波及諧波電參量(U、I、P、Q)、三相電壓及電流的總、奇、偶諧波與2-63次諧波;電壓、電流不平衡度;電流規(guī)格3X1.5(6)A，有功電能精度0.5S級無功電能精度2級
 

AEM72
 

　　三相電參量(U、I、P、Q、S、PF、Hz、cos中);正反向有功/無功電能、四象限電能、視在電能;實(shí)時需量(I、P、Q、S);當(dāng)月電參量值(U、I、P、Q、S);基波及諧波電參量(U、I、P、Q)、三相電壓及電流的總、奇、偶諧波與2-31次諧波;電壓、電流不平衡度;電流規(guī)格3X1.5(6)A，有功電能精度0.5S級無功電能精度2級
 

AGF
 

　　AGF-T穿孔式光伏匯流采集裝置是專門應(yīng)用于智能光伏匯流箱，用于監(jiān)測光電池陣列中電池板運(yùn)行狀態(tài)，組串電流測量，匯流箱中防雷器狀態(tài)采集、直流斷路器狀態(tài)采集、裝置帶有RS485接口可以把測量和采集到的數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)上傳。
 

ATC600無線測溫
 

　　工作電源:AC/DC85~265V或DC12~48V
 

　　安裝方式:35mm導(dǎo)軌安裝
 

　　通訊方式:一路RS485接口，Modbus協(xié)議
 

　　報(bào)警接口:2路D0
 

ARTM-Pn無線測溫
 

　　ARTM-Pn無線測溫裝置:ARTM-Pn無線測溫裝置可以單獨(dú)安裝在高壓柜、低壓抽屜柜內(nèi)，每臺裝置可以接收18個傳感器的數(shù)據(jù)，傳感器型號可選配ATE100、ATE200、ATE300。裝置帶有一路485接口，可將采集到的溫度數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心。
 

ACR系列
 

　　該系列儀表能測量所有的常用電力參數(shù)，如三相電流、電壓，有功、無功功率，電度，諧波等，并具備完善的通信聯(lián)網(wǎng)功能，非常適合于實(shí)時電力監(jiān)控系統(tǒng)。
 

APM系列
 

　　APM系列網(wǎng)絡(luò)電力儀表按IEC標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，具有全電量測量，電能統(tǒng)計(jì)，電能質(zhì)量分析及網(wǎng)絡(luò)通訊等功能，主要用于對電網(wǎng)供電質(zhì)量的綜合監(jiān)控診斷及電能管理。該系列儀表采用了模塊化設(shè)計(jì)，當(dāng)客戶需要增加開關(guān)量輸入輸出，模擬量輸入輸出，SD卡記錄，以太網(wǎng)通訊時，只需在背部插入對應(yīng)模塊即可。
 

DDS
 

　　單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，正反向有功電能統(tǒng)計(jì)，正反向無功電能統(tǒng)計(jì);電流規(guī)格:直接接入10(60)A，有功電能精度1級，無功電能精度2級
 

DDSD
 

　　單相電參量U、1、P、Q、S、PF、F測量;紅外通訊;電流規(guī)格:直接接入10(60)A，有功電能精度1級無功電能精度2級
 

ADL200
 

　　單相電參量U、1、P、Q、S、PF、F測量;電流規(guī)格:直接接入10(80)A，有功電能精度1級，無功電能精度2級
 

ADL400
 

　　三相電參量U、1、P、Q、S、PF、F測量，分相總有功電能，總正反向有功電能統(tǒng)計(jì)，總正反向無功電能統(tǒng)計(jì);電流規(guī)格:經(jīng)互感器接入3X1(6)A，直接接入3X 10 (80)A，有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級;2-31次分次諧波及總諧波分析 (H)
 

ACR10R
 

　　外置開合式互感器的導(dǎo)軌式多功能電力儀表，適用于冶煉、鋼鐵、電焊、半導(dǎo)體等高能耗行業(yè)的節(jié)能改造工程，也適用于分布式光伏并網(wǎng)柜的功率監(jiān)測、電力需求側(cè)管理等應(yīng)用。具有無需拆一次母線、接線簡單方便、施工安全，為用戶節(jié)約改造成本等特點(diǎn)。它集成全部電力參數(shù)的測量(如單相或者三相的電流、電壓、有功功率、無功功率、視在功率、頻率、功率因數(shù))以及電能監(jiān)測和考核管理。
 

ADW200
 

　　ADW2xx系列導(dǎo)軌式多回路電力儀表主要用于低壓三相回路全電參量測量，同時可選擇四個回路的電流輸入。可直接或間接測量電壓、電流、功率、功率因數(shù)、相角、不平衡度、諧波等參數(shù)。 還可通過其RJ45接口擴(kuò)展輔助功能，實(shí)現(xiàn)DI、DO、測溫、剩余電流測量，以及2G、4G、LoRa、LoRaWan、NB-Lot無線通信功能。
 

ADW210
 

　　ADW2xx系列導(dǎo)軌式多回路電力儀表主要用于低壓三相回路全電參量測量，同時可選擇四個回路的電流輸入。可直接或間接測量電壓、電流、功率、功率因數(shù)、相角、不平衡度、諧波等參數(shù)。 還可通過其RJ45接口擴(kuò)展輔助功能，實(shí)現(xiàn)DI、DO、測溫、剩余電流測量，以及2G、4G、LoRa、LoRaWan、NB-Lot無線通信功能。
 

DJSF1352直流電能表
 

　　直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計(jì)量;8位LCD顯示;紅外通訊;電壓輸入可到1000V，電流外接分流器接入· (75mV)或爾元件接入 (0-20mA、0-5V):電能精度1級
 

　　5結(jié)語
 

　　在國外，很多公司已經(jīng)開始應(yīng)用能耗監(jiān)測和能源管理系統(tǒng)，歐洲專門有一項(xiàng)研究工程致力于為中小企業(yè)中的制造型企業(yè)開發(fā)具體提高能效的方法。目前，能源管理過程中應(yīng)用的新方法主要有：(1)將現(xiàn)有的能源管理軟件與AMI～MOSES平臺進(jìn)行整合；(2)為收集能耗數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析和運(yùn)行平臺提供新的硬件。
 

　　對我國而言，能耗管理起步較晚，因此，目前能耗監(jiān)測與管理系統(tǒng)尚不完善，但有很大的發(fā)展空間。無論政府還是企業(yè)管理者都要認(rèn)識到計(jì)算機(jī)技術(shù)對現(xiàn)代化管理起到的重要作用，它不但可以使企業(yè)的運(yùn)行成本不斷降低，而且使企業(yè)實(shí)現(xiàn)了信息化的管理。目前，我國國內(nèi)不少研究機(jī)構(gòu)已致力于這方面的工作，也提出了相關(guān)的建議，旨在改變我國工礦企業(yè)當(dāng)前高能耗、低收益的發(fā)展模式。企業(yè)建立起能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)，可以對企業(yè)中的一些耗能設(shè)備、質(zhì)量環(huán)境數(shù)據(jù)等進(jìn)行分析整理，進(jìn)而充分發(fā)揮系統(tǒng)的能源調(diào)度與平衡功能，為未來一段時間內(nèi)的能源消耗成本進(jìn)行分析，并給出可行的能源調(diào)度方案。