维思智慧能源管理系统(SEMS)解决方案

1 智慧能源管理系统(SEMS）概述

智慧能源管理系统（SEMS)是结合行业的长期发展需求，将用能用户的能源消耗如：电力、蒸汽、水、天然气、热水的使用过程数据进行监测、记录，并使能源使用可视化，通过对能源数据的分析、指导和规范用能用户的能源使用行为的系统。

本方案旨在于为搭建 用能用户智慧能源管理系统（SEMS)提供系统解决方案。建立能源管理系统主要目的在于对能源计量和设施效率评价所要求的各项功能，同时提升能源管理的自动化程度，实现能源使用的可视化程度,提高能源使用效率和可靠性，实现对用能用户各种能源使用情况的长期监测，为用能用户查找能耗弱点，为实施节能降耗的措施提供直观科学的依据，为用能用户建立能源使用绩效考核体系，促进用能用户能源管理水平的进一步提高及运营成本的进一步降低，使能源使用更加合理,控制浪费，达到节能减排，节能降耗，再创造效益的目的.

建立能源管理系统,并通过对能源管理系统的有效使用,使 用能用户将在以下几方面获得极佳收益：

• 建立能源管理和计量系统，实现能源成本核算功能
• 掌控建筑能源消耗状况，优化能耗使用成本
• 提供能源历史数据分析，规划有效节能措施
• 通过监测和管理,规划能耗，持续有效降低能源成本
• 通过有效通讯,持续监测分路计量和分类计量
• 能耗数据相关性分析，实现节能措施评估和考核
• 系统能耗管理水平提升，减少使用者相关人力成本的支出
• 大幅降低使用者对设备的维护费用
• 友好现代化风格界面直接反馈能耗状态，提高能耗可视化程度

2 智慧能源管理系统设计依据

• 《LEED 2009 for New Construction》
• 《ASHRAE》14-2002
• 《能源管理体系标准》 ISO50001
• 《能源管理体系-要求及使用指南(BS)》EN 16001
• 《供热计量技术规范》JGJ 173—2009
• 《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2015
• 《公共建筑节能监测标准》JGJ/T 177-2009
• 《能源管理体系要求》GB/T 23331—2020
• 《能源管理体系标准》 ISO50001
• 《能源管理体系 — 要求及使用指南（BS）》EN 16001
• 《绿色建筑评价技术细则（公共建筑)》
• 《智能建筑设计标准》GB50314-2015
• 《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-2008
• 《智能建筑工程质量验收规范》GB50339—2013
• 《信息技术互连国际标准》（ISO／IECl1801—95)
• 《采暖通风与空气调节设计规范》（GB 50019－2015）

3 智慧能源管理系统应用

智慧能源管理系统适用于学校、酒店、商业综合体等类型的公共用能建筑。结合用能用户关于能源计量和分析的目标和要求，维思自动化在对用能用户能源管理需求和现状进行初步调研的基础上因地制宜指定具体的实施方案。

智慧能源管理系统可用户对用户的水电气暖等各种能源子系统的监控、计量与优化管理。

4 智慧能源管理系统软件

根据用能用户现场状况和需求，我们采用智慧能源管理专业软件模块来搭建能源管理系统。主要功能有:

• 采用工业标准的网络技术进行自动数据采集和存储,包括有线以及无线数据通讯。
• 支持多用户同时web浏览，无客户端软件要求，对不同用户的不同安全等级和自定义的界面设置。
• 实时监控数据和状态显示,图形化界面，历史记录和趋势、事件记录、电能质量分析、报警条件和通知。自定义的报表功能,手动或自动控制负荷，发电机，保护和其它配电设备。
• 对于报表和历史数据，可自由导出为通用的数据格式。
• 其它符合ODBC,OPC 和PQDIF 标准的设备或系统安全的共享数据。
• 针对复杂的数据处理和控制的要求可通过新系统模块程序进行灵活可升级的设置满足。
• 可与支持Modbus协议的设备兼容。
• 能源管理软件按照集中管理、分散布置的模式，分层分布的系统结构进行设计，自上而下应该分为集中呈现层，业务应用层、数据交换层和现场监控层。

1）集中呈现层

集中呈现层是能源管理系统的主要数据展现平台。数据在能源管理平台下完成数据的分析，通过本地服务器接口、WEB浏览客户端或其它有权限的终端服务器，将数据呈现给不同级别权限的用户并进行监控.
能源管理系统的可视界面应支持如下类型客户端界面:

• 普通客户端：可内置于IE浏览器中的具备常规信息分析管理工具、图表的客户端，日常的分析和信息查询工作均通过普通客户端进行。
• 组态客户端:兼顾普通客户端的功能,同时完成能源管理系统中典型的应用模型和系统的组态界面。
• 系统管理员客户端：系统管理人员使用的界面,可以通过其进行系统服务的管理、诊断、配置等工作。
• 兼顾完成日常管理信息发布。

2)业务应用层

在业务应用在中，主要包含各项能源管理应用功能模块，以及实现其功能的应用服务和存储其应用信息的不同功能数据库。其主要功能包括：

• 各种系统应用模块包括能耗监控、电力监控、能源分析、能源报告、能耗指标绩效分析、能耗设备分析等。
• 应用模块和客户端交互Web服务，操作员终端和客户端以及报表查询客户端在后台的数据操作均可以通过标准的系统服务Web Service进行。
• 存储应用模块信息的数据库，包含三个功能不同的数据库：存储应用模型的数据库、存储能源消耗记录的数据库、存储用户定制信息的数据库。

3）数据交换层

数据交换层作为能源管理系统的数据桥梁，完成数据传输的重任。在能源管理系统中，数据交换层兼顾现场和仪表之间的通讯，以及不同子系统之间的数据交换,将现场和能源管理系统计算机有机的联系起来，完成现场数据采集和能源管理数据发布的功能。
能源管理系统数据交换层负责所有数据采集、处理、通讯和计算功能。数据交换层的核心服务是整个系统的基石，其主要功能包括：

• 能源计量装置和设备的通讯接口
• 能源数据采集与存储
• 能源数据处理与计算
• 能源运行实时监控,报警信息的发布
• 能源信息以及管理功能的数据交换

4）现场监控层

能源管理系统中，需要采集的数据主要源自现场设备层。在现场数据层中，按照不同能源负载类型，将设置不同的现场仪表进行现场数据采集。现场监控层设备由各个专业的智能仪表、传感器及和IO设备组成，这些设备用来执行操作需要的计量、控制、监测、保护等功能。

5 智慧能源管理系统硬件

能源数据的采集是能源管理系统的基础，能源管理系统的现场设备层主要目的是为了实现能源的分类计量和分项计量。分项计量主要是指按照能源的不同用途对其进行计量监测，根据项目的实际情况,可分别对电能、冷量、热量进行分项计量。

测量装置通过RS485通讯接口,以Modbus通讯协议，将测量的数据自动上传给Modbus TCP/IP网关.网关通过TCP/IP网络将数据上传至中控室数据库服务器。

能源管理网络用以完成能耗监测数据的传输，计量仪表的状态监测等。我们采用能源管理专用高性能的以太网关来实现能耗数据传输，应可使系统的各种监控设备接入以太网,同时也适用于多种Modbus-TCP/IP设备的通讯转换，此外还具备如下功能：

• 可以通过标准网络浏览器访问的HTML网页，这些HTML网页可用来显示与该网关相连的设备所传送的信息，并可以通过网络浏览器设置网关的通讯连接。
• 自动检测新连接和已连接Modbus串口设备的上线状态，具备在线添加本设备功能，易于系统扩展。
• 通过E—mail或FTP的方式向PC服务器传输数据。
• 具备密码保护和访问权限设置功能，以保证系统访问安全.
• 可以通过网关对底层连接的表计进行维护和访问。
• 支持多个服务器同时访问。
• 每个网关至少可连接32个设备（智能电表、继电保护单元、断路器、保护继电器、马达控制器等)。
• 支持在线更新硬件内核驱动.
• 至少具有2g内存空间用来存储采集到的底层设备数据.

6 智慧能源管理系统功能

在能源管理系统中,用户可以定义不同的访问权限，根据不同用户的需求侧面不同,他们看到的监测信息，能源报告类型也不尽相同。这些都可以由用户或者管理员自定义，反映在基于web的访问页面上。下面是能源管理系统功能介绍。

1）能耗数据分类展现

在能源管理系统中，最直接简单有效的数据分析方法是将负载按照不同类型，不同单位进行计量。在现场监控层仪表进行分项计量需求进行配置以后，系统将现场仪表的数据进行采集、过滤、计算和统计，并将结果计入中心数据库。

能源管理系统的数据显示和分析工具能提供最大的灵活性、可测性，并在减小故障风险时增加产出。用户或系统管理员可以通过网页浏览方式查看报表。可以灵活设定报警条件（单条件或复合条件）,包括价格水平，发电量、累计输出电量和设备故障等.

针对不同的引用，分类展现的能耗数据能够通过Dashboard、人机实时界面、报表等多种方式进行展现,在能源管理中,既有成型的报表呈现方式,界面风格示例如下：

按照Dashboard展现方式,分类型展现界面

2)KPI关键能耗分析

在数据分析的基础之上，能源管理系统能够建立能耗的能效分级图表，以及关键能耗参数KPI。KPI是直接反应使用者能效利用率的关键参数，通过KPI参数，能够最直接有效地反应使用者的能源利用率。

一般而言,在不同的行业中，关键能耗分析参数是不同的。比如在生产性企业，关键KPI指标是单位产能的能耗信息,在建筑领域，常见的KPI指标包括单位平米的能耗，人均能耗等.在能源管理能源管理系统中，还能根据不同类型的负载，提供不同的KPI对标表，完成不同负载的对标分析.

3)能耗对标分析和节能目标分析

能源管理系统允许管理者对节能过程的实际情况进行跟踪。在充分了解建筑各功能机构或关键耗能设备能耗的基础上，设置节能目标，并跟踪目前电耗水平与目标电耗水平：

指标体系建立后,能源管理系统可以对这些指标进行实时计算，实时显示,实时分析，实时比较。趋势分析和横向比较，可以寻找各个功能区域能源管理较薄弱的环节，从而寻找改进办法。纵向比较中可以将某功能区域的实时能耗指标与其曾达到的最佳水平比较，找出差距,寻找改进办法。节能目标跟踪可以及时评估任务完成情况，及时调整。

能源管理系统可以根据建筑往年的能耗历史数据和与能耗有关的关键因素,例如：每年气候变化、日照时间、占用率等，通过模型预测整个建筑的能耗,建立基准线,并与当年的能耗实际用能情况进行比较,及时发现建筑整体能耗可能存在的问题，采取有效措施加以避免.

同时,在建立能源管理系统以后,使用者能够建立节能目标后，系统支持实际节能量与节能目标进行比较，从而确认任务完成情况和实际节能效果。

在完成目标分析的同时,系统也支持对KPI的目标分析,在记录实时的KPI数据之后,系统将能够将记录所得的KPI数据进行与之前的设定目标进行比对,能够有效发现管理疏漏和节能机会。

典型的对标分析和节能目标分析常常通过曲线比较的方式展现，能够直观地比对出节能效果或者异常数据。

4)电能消耗统计和分析

能源管理系统能够帮助使用者对不同能耗的设备制定相应的能耗基准,通过一段时间的观测和比较,能够发现系统中低能效的方面，并且采取相应措施加以升级或改进.在下图的示例中，通过数据展示，系统能够发现31日能耗大幅度增加的原因在于空调设备。使用者就能够结合其他系统数据,如访问人数、天气因素、气温异常等条件，进一步关注能耗异常原因，从而发现节能机会，提高能源利用率。

5)能源消耗和能源趋势报告

能源管理系统可以根据管理者的需求针对不同区域生成多种能源报告。同时,系统能够给出能源消耗，并根据能源消耗，折算成实际的成本支出，并对不同时段的能源成本进行折算，这对决策者制定预算非常有帮助的.

系统为用户提供了综合的电能和需量统计报表功能，包含不同馈线或者不同用户的不同费率时段的用电量，可以进行日、月、季节、年的统计与记录。在电力报表方面能够匹配电力公司账单结构进行峰谷平统计与记录,并可以进行显示、打印和查询。

6)能源报警和事件管理

系统可以设置在能源发生报警以后,如（电功率越限、租户电表透支等）事件发生后,能源管理系统能够通过信息语音提示,自动弹出报警画面或触发必要的操作，同时可以将报警信息通过email、手机短信或PDA（掌上电脑）等方式通知相关人员.

7)历史数据管理

系统基于数据库完成历史数据管理，所有实时采样数据、顺序事件记录等均可保存到历史数据库。在监控画面中能够自定义需要查询的参数、查询的时间段或选择查询最近更新的记录数，显示并绘制成曲线图

8)报表管理

可基于系统已有模板，或自定义新的模板生成报表。可以手动或根据预设时间表定时生成，或通过事件触发生成。xml格式报表。报表能自动通过email或HTML格式进行发送或自动打印。系统可以根据管理者的需求针对不同区域生成多种能源报告。

9)避免能耗异常

相对于分时电价，高峰用电（太多的负荷在同一个时间段开启）或者由于电能质量太差(功率因素太低）等因素造成的罚款,系统会对用电电压、电流、功率、总负荷和功率因素实时监测，并在将会出现能耗异常时发出报警。

用这个工具我们可以跟踪异常能耗并采取简单直接的手段以实现节能：
能耗异常：负荷在不需要的时候仍然开启（如：不需要时的照明负荷），对负荷错误的自动控制设定(如：对暖风空调系统错误的温度设定），相对于分时电价，错误的负荷调整：高峰用电造成的罚款（太多的负荷在同一个时间段开启），在用电高峰期大负荷开启（把不必要的负荷或者惯性负荷移至用电低谷时开启）。

10)能源管理报告

系统提供各种丰富的管理报告支持,结合用能用户实际运行情况，通过能效分析为用能用户提供合理的后勤运行管理方案。
除了传统上的能源消耗数据报表及查询外,系统提供基于时间的图形化数据查询报表，报告项目可以根据不同的介质进行.下图显示了典型的数据报告，此报告的内容将可以通过配置完成,用户可以根据需要调整内容和位置.