高校能源监管平台设计与实现

高志明

摘 要：高等学校作为大型公共机构，能源消耗状况越来越受到社会的关注。传统的能耗抄表计量方式因效率低、准确性差，已很难满足高校节约型校园建设的要求。以广东省某高校能源监管平台建设项目为例，详细讨论了能源监管平台建设的系统架构、方案设计及功能实现。该平台以物联网技术为基础，以云平台管理为核心，实现了学校所有建筑能源消耗的实时监测、统计分析、能耗预警、定额管理等功能，为校园建筑节能潜力的挖掘、节能改造项目的论证提供了可靠的数据支持。

关键词：节约型校园；能源；监管平台；云平台

中图分类号：TP311.52 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.20.016

截至2014 年，我国普通高等学校已达2 246所，高校的能源消耗约占社会总能耗的1/10.高校校舍作为大型公共建筑，通常占地范围广，建筑面积大，传统的抄表计量方式工作量大、计量准确性较低，不利于建筑能耗数据的及时、准确统计，难以发现学校用能管理的漏洞。因此，采用信息化、自动化技术，建设校园能源监管平台是实现高校用能科学化管理、提高能源利用效率的迫切要求。

1 平台简介

本文以广东省某高校的能源监管平台建设项目为例，主要介绍平台的系统架构、方案设计及功能实现。

该项目通过物联网技术，对学校所有建筑用电、用水、用燃气的多级能源实时计量监测，并具有能源分类分项统计、能耗对比分析、能效公示、用能超额预警、用电用能设备监测、定额管理等功能。项目建成后，实现了学校用能管理的信息化、自动化，提高了学校用能管理水平和能源利用效率，为节约型校园建设打下了坚实的基础。

2 系统架构

系统架构以能源云平台为核心，通过校园专网，将四级用电计量及用电安全监测系统、二级用水计量及用水安全监测系统、二级燃气计量及安全监测系统，以及学校重要仪器设备监测系统连成一体，实现校园能源的充分利用和重要仪器设备的科学管理。

2.1 数据中心和监控中心

为满足能源云平台的要求，数据中心采集并存储全校所有建筑的能耗数据，并对能耗数据进行处理、分析、展示和发布。数据中心配置包括刀片服务器、云平台存储平台、云计算管理平台、虚拟化软件等，具备建筑能耗数据实时采集和通讯、远程传输、自动分类统计、数据分析、图表显示、报表管理、数据储存、数据上传等功能。数据中心的具体集成框架如图1所示。

图1 数据中心集成框架图

监控中心建设主要包括大屏幕显示墙系统、显示墙应用管理软件、操作终端计算机以及必要的配电、照明、网络等，管理人员通过平台软件实时监控学校用能情况。

2.2 数据网关和网络交换设备

为了方便学校对各类建筑能耗数据进行统一管理，保证平台与各建筑能耗采集点之间的通讯质量和可靠性，平台网络的搭建采用独立专网的形式，每栋建筑都配有专用的光纤交换机，各建筑光纤交换机通过光纤与数据中心的网络交换机实现联网。

数据网关监测、采集学校内建筑的能耗数据，并将采集到的数据完整转发给数据中心。数据网关是上层数据采集及末端设备的中间层，与末端能源数据采集设备直接通信，对设备的实时数据进行适当处理。通过数据网关，设备实时采集的数据转化为上层需要的数据格式。同时，数据网关在对设备数据采集的过程中，对多种设备进行多协议转换，使其统一化，以方便数据采集程序对数据的访问。

2.3 数据采集终端

数据采集终端包括待监测建筑中各类能耗数据计量仪表、数据采集控制器和数据采集通讯总线。数据采集主要分为两个层次：①底层。底层为物联网感知层，即各类传感器、控制器和功能终端的布置层。②中间层。中间层为前端数据采集层，选择最合适、高可用性的数据采集框架（包括智能电表、智能水表、智能燃气表等计量装置）实现物联网感知层的数据采集，提供前端数据采集服务，并利用插入式可扩展数据采集框架集成不同的数据采集框架，然后利用自动化编码转换系统和自动化监测系统进行采集数据的综合管理。

根据实际需要（数据采集器数量、功能需求），每栋待监测建筑配有一定数量的数据采集控制系统。系统主要包括数据采集矩阵、数据网关等，具备各类能耗数据的采集、各供电回路的安全检测及其他监测控制功能。

3 方案设计

学校主要能源消耗为电、水、燃气三类，燃气主要用于食堂，没有煤、蒸汽等能源消耗。依据学校能源消耗现状设计平台方案，分为用电计量子系统、用水计量子系统和燃气计量子系统，通过智能表具实时采集能耗数据，通过数据网关和校内专网将数据传输到数据中心存储和计算。

3.1 用电计量子系统

通过智能电表实时采集用电数据，并通过远程传输装置将用电数据传输到数据中心。智能电表均需要采用MODBUS通讯协议，具有RS485通讯接口。

根据使用场所和计量位置的不同，智能电表可分为多功能电能表、三相电能表和单相电能表。多功能电能表功能齐全，具有监测和计量三相电流、电压、有功功率、功率因数、有功电能、最大需量以及总谐波含量等功能，为变压器损耗、线路损耗、故障排查等应用提供支撑，适用于高低压配电、建筑配电计量；三相电能表、单相电能表具有监测、计量和传输有功电能的功能，适用于分户计量、分项计量。

不同功能的多路电表通过RS-485总线接入到数据采集矩阵，数据网关将采集回来的能耗数据转换为统一的数据格式，并通过无线网或以太网传输到光纤交换机，最后接入平台光纤专网。系统具备各设备的实时故障报警、能耗超阈值预警和报警功能。

3.2 供水计量子系统

供水计量监测包括市政管网一级计量监测子系统和建筑的供水二级计量监测子系统，能够实现从市政管网到建筑的用水计量，并通过数据采集传输装置上传到数据中心。其中，供水一级计量监测采用电磁流量计，可监测实时流量；二级计量监测采用远传水表。通过电磁流量计或远传水表计量学校、市政供水水量及建筑用水量，并通过远程传输装置将数据传输到软件平台。电磁流量计或远传水表通过RS-485通讯线接入到数据采集网关，数据网关将采集回来的能耗数据转换为统一的数据格式，并通过以太网和网络交换设备传输到光纤交换机，最后接入平台光纤专网。系统具备各设备的实时故障报警、能耗超阈值预警和报警功能。

3.3 燃气计量子系统

燃气计量监测子系统能够实现从液化石油气站到建筑的液化石油气消耗二级计量监测。通过数字液化石油气计量表实时采集燃气消耗数据，并通过远程传输装置将数据传输到软件平台。数字液化石油气计量表通过通讯线直接接入数据网关，数据网关将采集回来的能耗数据转换为统一的数据格式，并通过以太网及网络交换设备传输到光纤交换机，最后接入平台光纤专网。系统具备各设备的实时故障报警、能耗超阈值预警和报警功能。

4 结束语

本文重点讨论了广东省某高校能源监管平台的系统架构、设计方案及功能实现等内容。平台采用先进的云平台技术，将云计算存储与先进的智能计量设备、数据采集传输设备和精细化的管理软件有机结合起来，实现了学校所有建筑能源消耗的实时计量与数据传输、采集与存储、数据运算与统计分析，提高了学校能源管理水平，为节约型校园的建设提供了可靠的数据依托。

参考文献

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[3]王强，潘吉仁.监管平台建设看高校能源管理再创新[J].高校后勤研究，2013（1）：58-61.

〔编辑：刘晓芳〕