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更新時間：2023-10-17 
瀏覽次數：322摘要：環(huán)境問題已成為制約經濟發(fā)展的主要因素，為此我國提出了節(jié)能減排的目標。但目前我國節(jié)能減排形勢依然嚴峻。截至2015年，全國能源消費總量達到了約40億噸標準煤。嚴峻的能源短缺與資源矛盾浪費日益激烈，對于企業(yè)，尤其是高能耗的工礦企業(yè)，須以科技手段實現(xiàn)能源的實時監(jiān)測與合理配置。
關鍵詞：企業(yè)；能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)；設計；實現(xiàn)
1引言
隨著改革開放進入深水區(qū)，我國的經濟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)嚴峻，對經濟發(fā)展的制約也越來越嚴重，因此，我們須采取科學技術，加強對能源的控制，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)的設計
2.1企業(yè)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)設計的目標
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備以及能源介質進行實時控制和監(jiān)控，進而了解和掌握各種能耗設備的運行情況和耗能情況，為做出科學合理的決策提供依據，從而達到能源系統(tǒng)有效、安全地運行的目標。
設計能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)的主要內容包含以下幾點：(1)采集能源相關的數據和信息，對其進行實時監(jiān)控；(2)完善網絡系統(tǒng)及自動化系統(tǒng) ；(3)挖掘企業(yè)的節(jié)能潛力，從能源的計劃、統(tǒng)計到考核形成多方位的能源管理；(4)建立能源調度模型，從而給出優(yōu)化能源調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
2.2.1采集能源數據網絡
能源數據采集網絡可以在現(xiàn)有的基礎上，按照可行性、冗余性和可靠性將工礦企業(yè)的三級能源數據采集平臺進一步完善，進而建立更加實用的能源數據采集網絡，以此來適應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)能減排緊密相關的各種信息，比如耗電設備和耗能設備、生產關鍵信息、質量安全環(huán)保信息、能源質量信息等，并且相關信息還涉及一些關鍵數據。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)控實時報表、集成實時監(jiān)控等功能，再與生產管理系統(tǒng)進行集成，從而達到管控—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)對整個計劃、調度和操作、考核等過程進行閉環(huán)管理，從事前、事中和事后進行多方位的考核田。
1)事前管理。能源管理系統(tǒng)與生產管理系統(tǒng)實現(xiàn)集成之后可以獲取相關的生產信息，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的消耗以及生產計劃，在事前做好靜態(tài)管理。另外，能源管理系統(tǒng)與能源調度系統(tǒng)進行集成，可以對能耗信息進行一定的預測，然后再獲取相關的能源優(yōu)化調度建議。
2)事中監(jiān)督 。能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)包含調度運行管理和質量環(huán)保管理對系統(tǒng)現(xiàn)場的運行狀況進行的實時跟蹤 ，還可以對能源設備進行在線監(jiān)督，利用強大的數據分析和挖掘工具分析影響系統(tǒng)運行的不同因素，并對能源的調度和調整進行準確的指導，進而實現(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)需要對能源進行控制和管理，因此，需要使本系統(tǒng)的計量結算功能、考核功能、報表功能、統(tǒng)計分析功能等得到實現(xiàn)。只有這些功能都得到實現(xiàn)才能獲取能源的計劃以及定額的執(zhí)行情況、能源設備運行情況、環(huán)境與安全情況等。對一些超額現(xiàn)象要進行處罰，節(jié)能現(xiàn)象要給予獎勵。在系統(tǒng)的運行過程中要嚴格執(zhí)行相關的考核制度，改善當前的高能耗 、低效益發(fā)展模式。
2.2.4預測、調度能源模型
能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)通過能流數據進行采集、監(jiān)控和分析，建立起能源的調度與預測模型。此模型可以對能耗情況進行準確的預測，還可以進行動態(tài)模擬計算，進而根據實際情況給出優(yōu)化調度方案，通過對能源進行合理的調度，使能源的利用效率得到提高，繼而實現(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)的實現(xiàn)
3.1監(jiān)測和管理能源功能的實現(xiàn)
監(jiān)測和管理功能的實現(xiàn)主要是依據 系統(tǒng)使用的 ESP-ISYS系統(tǒng)和綜合集成平臺，進而建立對能源進行綜合監(jiān)控的系統(tǒng)。本系統(tǒng)可以對相關信息進行覆蓋，比如質量安全環(huán)保信息、耗能和耗電設備信息等。能源管理平臺對搜集到的三級能源數據以及關鍵的耗能設備的運行數據、相關生產數據、質量環(huán)保數據等進行進一步的集成和管理。
能源管理系統(tǒng)還可以對收集到的能源數據進行校正和診斷，對各個耗能設備進行實時監(jiān)視、故障診斷與應急聯(lián)動等功能，在實際的運行過程中可以結合能源優(yōu)化調度系統(tǒng)實現(xiàn)能源的預測與優(yōu)化調度等，進而實現(xiàn)能源管控的—體化。
3.2數據采集與自動化功能的實現(xiàn)
本系統(tǒng)數據采集功能的實現(xiàn)主要是結合企業(yè)當前的網絡架構，利用三層交換技術實現(xiàn)局域網的劃分。核心層一般采用工業(yè)以太環(huán)網設計。
另外，為了滿足本系統(tǒng)的要求 ，需要采集的能源數據包含了一些耗能耗電設備運行數據、質量環(huán)保安全數據，以及與能源相關的一些生產數據等。在系統(tǒng)的具體運行過程中需要結合企業(yè)的實際情況設置相應的計量儀表，并且還需要改造沒有通訊接口的計量儀表，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)控與管理提供了堅實的保證。
3.3平衡和調度能源功能的實現(xiàn)
本系統(tǒng)中能源的調度與平衡功能的實現(xiàn)需要在對能源數據的采集和分析的基礎上進行，通過建立相關的優(yōu)化調度模型，實現(xiàn)對能源生產與消耗的預測。另外，可以借助在線系統(tǒng)對能源進行動態(tài)模擬計算，還可以在預測和模擬的基礎上對未來一段時間內的能源消耗成本進行簡要的預測，給出更優(yōu)化的具體調度方案和意見，進而實現(xiàn)節(jié)能減排的目標。
4平臺介紹
AcrelEMS企業(yè)微電網系統(tǒng)通過在源、網、荷、儲、充的各個關鍵節(jié)點安裝監(jiān)測、分析、保護、治理裝置，通過高性能邊緣計算網關采集數據并上傳至企業(yè)微網平臺。平臺根據電網價格、用電負荷、電網調度指令等情況，調整各系統(tǒng)控制策略并遠程下發(fā)，使企業(yè)微電網始終合理穩(wěn)定運行，降低企業(yè)用電成本，實現(xiàn)能源互聯(lián)、信息互動。
4.1業(yè)務邏輯圖
4.2平臺架構
4.3組網結構
4.4平臺功能
4.5主要功能
4.5.1電力監(jiān)控
實現(xiàn)電力系統(tǒng)的五遙功能，根據現(xiàn)場情況進行頁面組態(tài)繪制配電一次圖監(jiān)視，能實現(xiàn)曲線趨勢分析，對電力參數進行集抄，查看綜保SOE事件，查看故障錄波，對電力參數進行平均值統(tǒng)計，對主要設備進行監(jiān)測如：直流屏、發(fā)電機、變壓器等。
4.5.2電能管理
提供用電集抄，用電統(tǒng)計，分時段用電統(tǒng)計，用電同環(huán)比分析，分組用電統(tǒng)計等功能。
4.5.3電能質量
提供電能質量的穩(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，分組能耗統(tǒng)計，能耗折標統(tǒng)計，能耗同環(huán)比分析，能源流向圖等功能。
4.5.5分布式光伏
提供光伏電站運行監(jiān)視，逆變器運行監(jiān)視，電站發(fā)電統(tǒng)計，逆變器發(fā)電統(tǒng)計，光伏電站配電監(jiān)測，逆變器曲線分析等功能。
4.5.6檔案、運維
提供設備定義，設備檔案管理，設備保養(yǎng)報表，設備二維碼維護等功能。提供任務管理，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 | |
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| AWT100 | 支持串口MODBUS RTU協(xié)議的數據采集，并通過安科瑞平臺協(xié)議與安科瑞服務器通訊。 |
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| ARTU系列 | ARTU遙信遙控單元，負責對現(xiàn)場工業(yè)設備的狀態(tài)進行監(jiān)測和控制，分為開關量信號采集和繼電器輸出，用于執(zhí)行系統(tǒng)的遙控操作。 |
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| ARD3M電動機保護器 | 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、阻塞、不平衡、過壓、欠壓等多種保護。保護模式、直接起動、星三角、雙速等多種起動方式。標配10D1/6D0可編程，2路MODBUS-RTU通訊。 |
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| ARD2F電動機保護器 | 能對額定電流范圍內的電動機進行起動超時、過載、堵轉、阻塞、欠載、不平衡、斷相等保護 |
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| 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;實時需量(I、P、Q、S);當月電參量值(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 |
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| 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;實時需量(I、P、Q、S);當月電參量值(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 |
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| AGF | AGF-T穿孔式光伏匯流采集裝置是專門應用于智能光伏匯流箱，用于監(jiān)測光電池陣列中電池板運行狀態(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據和設備狀態(tài)上傳。 |
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| ATC600無線測溫 | 工作電源:AC/DC85~265V或DC12~48V 安裝方式:35mm導軌安裝 通訊方式:一路RS485接口，Modbus協(xié)議 接口:2路D0 |
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| 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安裝在高壓柜、低壓抽屜柜內，每臺裝置可以接收18個傳感器的數據，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據上傳到監(jiān)控中心。 |
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| ACR系列 | 該系列儀表能測量所有的常用電力參數，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)網功能，非常適合于實時電力監(jiān)控系統(tǒng)。 |
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| APM系列 | APM系列網絡電力儀表按IEC標準設計，具有全電量測量，電能統(tǒng)計，電能質量分析及網絡通訊等功能，主要用于對電網供電質量的綜合監(jiān)控診斷及電能管理。該系列儀表采用了模塊化設計，當客戶需要增加開關量輸入輸出，模擬量輸入輸出，SD卡記錄，以太網通訊時，只需在背部插入對應模塊即可。 |
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| 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，正反向無功電能統(tǒng)計;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 |
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| 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 |
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| 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 |
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| 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，總正反向無功電能統(tǒng)計;電流規(guī)格:經互感器接入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) |
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| ACR10R | 外置開合式互感器的導軌式多功能電力儀表，適用于冶煉、鋼鐵、電焊、半導體等高能耗行業(yè)的節(jié)能改造工程，也適用于分布式光伏并網柜的功率監(jiān)測、電力需求側管理等應用。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。它集成全部電力參數的測量(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)以及電能監(jiān)測和考核管理。 |
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| ADW200 | ADW2xx系列導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?？芍苯踊蜷g接測量電壓、電流、功率、功率因數、相角、不平衡度、諧波等參數。 還可通過其RJ45接口擴展輔助功能，實現(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。 |
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| ADW210 | ADW2xx系列導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?？芍苯踊蜷g接測量電壓、電流、功率、功率因數、相角、不平衡度、諧波等參數。 還可通過其RJ45接口擴展輔助功能，實現(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。 |
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| DJSF1352直流電能表 | 直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量;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結語
在國外，很多公司已經開始應用能耗監(jiān)測和能源管理系統(tǒng)，歐洲專門有一項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平臺進行整合；(2)為收集能耗數據、數據分析和運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。無論還是企業(yè)管理者都要認識到計算機技術對現(xiàn)代化管理起到的重要作用，它不但可以使企業(yè)的運行成本不斷降低，而且使企業(yè)實現(xiàn)了信息化的管理。目前，我國國內不少研究機構已致力于這方面的工作，也提出了相關的建議，旨在改變我國工礦企業(yè)當前高能耗、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)中的一些耗能設備、質量環(huán)境數據等進行分析整理，進而充分發(fā)揮系統(tǒng)的能源調度與平衡功能，為未來一段時間內的能源消耗成本進行分析，并給出可行的能源調度方案。
參考文獻
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[5]企業(yè)微電網設計與應用手冊.2022.05版.
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