淺談機場能源管理系統(tǒng)改造項目設計思路

馮長杰

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

__【摘要】__針對國內機場用能設備類型多、分布區(qū)域廣、采集設備數量大的特點，從改造的角度分析了能源管理系統(tǒng)設計思路及系統(tǒng)選擇，為機場能源管理系統(tǒng)改造項目提供了一定的參考。

__【關鍵詞】__能源管理；能源消耗量；能流梳理；數據采集

0引言

國內機場能源管理系統(tǒng)改造項目是在原有手動計量、自動遠程抄表或傳統(tǒng)能源管理系統(tǒng)的基礎上進行升級，以達到更節(jié)能、更高效、更便捷的目的。很多機場在探索節(jié)能改造的途徑，但多數機場改造難度較大，存在能流梳理困難、多期系統(tǒng)接口不統(tǒng)一等問題，難以達到預期目標。本文基于某機場能源管理系統(tǒng)改造項目，選用了先進的人工智能物聯網系統(tǒng)平臺，重點針對現場能流梳理的方法和思路進行闡述，解決了大多機場能源管理系統(tǒng)改造項目中難以突破的現實困難，提供了一種機場能源管理系統(tǒng)改造方案。

１機場能源管理系統(tǒng)現狀及需求分析

機場一般設有飛行區(qū)、航站區(qū)、辦公生活區(qū)、塔臺、通訊導航站、氣象觀測站、供油站、機務維修區(qū)、消防應急、貨運站等區(qū)域設施，具有面積大、分布廣、負荷密集、供電容量大等特點。與之對應的機場能源管理現狀是目前大多還處于分散化、人工記錄或簡單的遠程抄表、經驗管理的落后水平，對于能源消耗沒有一個清晰、高效、透明的系統(tǒng)支撐，無法便捷、快速地掌握機場的用能狀況，無法集中、自動和實時監(jiān)控各類用能設備的運行狀態(tài)和用能負荷的變化情況。

機場能源管理系統(tǒng)對于系統(tǒng)的安全性和可靠性要求極高，航空級的設施水平和服務水平也決定了機場對管理水平的高度要求。

對于機場能源管理改造項目，實施過程中會面臨以下新的挑戰(zhàn)：

（1）機場面積大，并且對于無線等通訊方式有嚴格管制，通訊組網難度遠大于一般園區(qū)以及其他單體建筑。

（2）在多種因素作用下只能在夜間停航期施工不停航施工不允許長時間停水、停電、更換設備。

（3）項目包含１０ｋＶ高低壓配電系統(tǒng)，項目實施過程中需要具備豐富的專業(yè)電力項目實施經驗與供配

電系統(tǒng)對接，以降低項目實施風險。

（4）能效管理功能需根據需求不斷完善，系統(tǒng)需定制化功能。

（5）新老系統(tǒng)對接，充分利用原有系統(tǒng)，降低項目實施成本。

（6）系統(tǒng)不同于簡單抄表系統(tǒng)，軟件功能要求更為多樣，不僅實現遠程抄表，同時具備能耗分析、區(qū)域管理、設備臺賬管理等功能。面對目前機場能源管理系統(tǒng)的現狀及挑戰(zhàn)，對已投入使用的改造升級項目，要根據項目的具體需求制定詳細的實施方案，進行系統(tǒng)能流的梳理以及傳感器和智能采集儀表等底層設備的更換或加裝。根據現場路由及空間結構綜合考慮采用有線或無線方式進行數據傳輸，選用先進的人工智能物聯網架構系統(tǒng)平臺，并可根據管理需求部署在管理中心及分中心。

2建設思路和規(guī)劃原則

機場能源管理系統(tǒng)改造需遵循一體化設計思路，從系統(tǒng)能流梳理、系統(tǒng)結構、技術措施、設備性能、系統(tǒng)

管理、技術支持及維修能力等方面綜合評估、選型，確保系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性，達到最優(yōu)效果。

根據系統(tǒng)能流梳理情況結合機場的整體規(guī)劃設計，建立一套能源管理平臺，提供標準統(tǒng)一的接口，具有良好的開放性、兼容性，同時擁有多元化的數據，可與電力監(jiān)控系統(tǒng)、樓宇自動控制系統(tǒng)等進行數據對接和數據共享，并采用標準的數據庫，便于數據上傳，建立整體能耗分析管理機制和績效考評制度。

從方案設計、實施到運維，幫助能源管理部門實時獲取機場整體能源運行的現狀及趨勢，分析日常各類能耗，建立＂能流梳理——能耗數據采集——數據挖掘分析——現場檢驗診斷——節(jié)能規(guī)劃設計——節(jié)能改造實施——節(jié)能效果評估——節(jié)能持續(xù)優(yōu)化——節(jié)能運營監(jiān)控”九部分統(tǒng)一融合的能源監(jiān)管流程，體現機場節(jié)能一體化服務的優(yōu)勢，最終成為一個高效運行管控系統(tǒng)。

建立機場多能源在線監(jiān)測系統(tǒng)，可針對機場各類能耗進行遠程采集和實時監(jiān)控以及主要設備的狀態(tài)采集和故障告警；可從已有的第三方系統(tǒng)獲取相關運行數據，輔助了解設備現狀，及時反映設備運行問題，并采取針對性的措施；對能耗進行統(tǒng)計分析，建立能耗審計、能效測評以及公示系統(tǒng)，進一步完善資源目標管理體制和運行機制，完善能源使用數據庫，探索能源目標管理辦法；可實現遙控遙測，并在內部公布各單位的用能情況；預留標準的數據網絡接□，便于系統(tǒng)擴展和數據交換。

通過平臺獲取相應的能耗數據并進行分析，以此為基礎采取節(jié)水、節(jié)熱、節(jié)電以及其他節(jié)能措施，逐步將機場的節(jié)能工作落實，采取具有針對性的節(jié)能措施，實現能耗的合理、節(jié)約使用。

3建設目標

通過對機場行業(yè)能源管理系統(tǒng)的深入了解，結合多年機場項目經驗，使系統(tǒng)完全契合機場動力能源保障部門需求，配置的綜合能源管理系統(tǒng)不僅包括能耗監(jiān)測，還包括電能量管理模塊（供電科遠程監(jiān)控）、能耗監(jiān)測模塊（計量科遠程實時能源管理）、用能計費模塊（收費科室對于末端用戶計量繳費管理）以及樓宇自控模塊，是一個大型綜合性能源管理系統(tǒng)。

系統(tǒng)通過安裝能耗測量裝置，利用現代測控技術、數據處理與通訊技術，基于完善的能耗監(jiān)測管理手段，采用分散控制器和交流采樣技術，憑借大流量高可靠性通訊網絡，為機場的能耗設備管理提供全面專業(yè)的解決方案，實現對用戶能耗設施、能耗細節(jié)和能耗過程的完全掌控。達到以下目標：

（1）全面掌握各類能耗的數據以及基本信息。

（2）提供各項能源消耗量數據分析。

（3）設備安全運行管理。

（4）統(tǒng)一機場能源管理平臺。

4能流梳理思路

基于對能耗基礎數據的管理要求，需要對已經建設并投入使用的與用能相關聯的能流或智能儀表進行梳理，梳理工作以電能為例共分兩個部分：機場內的電力監(jiān)控部分和機場內的遠程抄表部分，每個部分的梳理工作包含以下九部分工作內容：

4.1屬性定義

通過屬性定義，對機場用能的地理邊界、組織邊界、分類分項能耗以及系統(tǒng)歸屬等信息進行歸納，同時為保證系統(tǒng)高效工作，保證能耗數據可進行計算機或人工識別和處理，保證數據得到有效的管理和支持高效查詢服務，實現數據組織、存儲及交換的一致性。

4.2地理邊界梳理與確認

滿足對不同地理邊界的用能統(tǒng)計與分析。

4.3組織邊界梳理與確認

滿足對不同用能單位的用能統(tǒng)計與分析。

4.4電源來源梳理與確認

明確能源來源，實現電力／水量／氣量統(tǒng)計、用能分析和契約管理。

4.5電壓等級梳理

明確用能表計所處的電壓等級，對電力系統(tǒng)進行歸類分析。

4.6節(jié)點位置梳理

用于計算和統(tǒng)計電力／水／氣的傳輸損耗量。

4.7區(qū)域歸屬梳理

對集中數據采集的表計進行歸類，進行可歸類傳輸的區(qū)域數量統(tǒng)計。

4.8分類分項梳理

滿足機場對能耗分類計量和分項計量的要求。

4.9能流梳理

構建表具屬性中的上下級邏輯關系，建立時間同步方法和鑒別數據有效與有序，同時滿足進行能流的統(tǒng)計、分析與預警功能建立的需要。

某機場能流梳理的部分實際樣例表格參見地理邊界表（表１）、組織邊界表（表２）和分項能耗表（表３）。

5系統(tǒng)選擇

采用集中管理、分散布置的模式，分層、分布式系統(tǒng)結構，由中央監(jiān)控室主站系統(tǒng)、各大分區(qū)操作分站、主干通訊網絡與測控層數據網絡、分布式通訊子站以及底層能耗與能效監(jiān)測設備等部分組成。

系統(tǒng)中各應用模塊的功能相互之間相對獨立，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可維護性。根據項目需求和平臺化的基本原則，各組件之間通過統(tǒng)一的系統(tǒng)平臺接口進行信息交互，同在一個網絡下的設備也可以進行數據交互，系統(tǒng)的局部改動將不會影響整體。

5.1系統(tǒng)結構說明

機場能源管理系統(tǒng)由中心信息層、傳輸層、現場設備層組成。系統(tǒng)網絡架構示意圖如圖１所示。

（1）中心信息層

中心信息層為系統(tǒng)的核心組成，配備相應的軟硬件，所有能耗數據、設備運行信息、環(huán)境條件信息和能源及設備信息等都在該層進行處、分析、評估并發(fā)布當前能效狀況，擁有不同權限的用戶可以從大屏幕、Ｗｅｂ客戶端或其他有安全級別的終端服務器查看到不同級別的數據呈現信息。

（2）傳輸層

傳輸層為系統(tǒng)通訊的底層通訊鏈路、通訊轉換設備以及頂層通訊鏈路等，是連接設備層和管理層的紐帶環(huán)節(jié)，保證數據有效傳送、不丟失。

（3）現場設備層

現場設備層為系統(tǒng)的基礎，絕大部分能耗數據來自該層。該層設備全部需具有ＲＳ４８５接□，支持ＭｏｄＢｕｓ通訊協(xié)議，將現場能耗數據發(fā)送至網絡匯聚層。主要負責采集能耗數據（電、水、汽等）、環(huán)境參數數據（溫度、濕度、（：０２濃度等）。

5.2硬件網絡架構

設計需考慮所選網絡具有高速的傳輸能力和較高的帶寬，網絡一次布線后，在未來１５-２０年內可滿足項目擴展需求；且網絡需具有較高的適應變化的能力，當監(jiān)測點位置發(fā)生變化時，可非常便捷地調整重新連接，不必重新布線；網絡需具有結構清晰、簡單方便、易擴展等特點。

主干網負責各子網和應用服務的連接，為信息交換提供高速通道，主干網采用１０００／１００００Ｍ光纖網絡，下屬子網采用１００／１０００Ｍ快速以太網，網絡協(xié)議采用ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議。以能源管理中心為中心，按星型網絡架構向外輻射，以輻射一級監(jiān)測點為主，通過一級監(jiān)測點作為匯聚點向二級監(jiān)測點輻射，二級監(jiān)測點作為匯聚點向三級監(jiān)測點輻射，最終實現整個機場能源管理網絡覆蓋。光纖主干網絡拓撲示意圖如圖２所示。

5.3系統(tǒng)軟件構架

系統(tǒng)軟件架構由數據采集系統(tǒng)、數據處理系統(tǒng)＇數據展示系統(tǒng)、數據上傳及接收系統(tǒng)、基礎信息維護系統(tǒng)構成。

（1）數據采集子系統(tǒng)

數據采集子系統(tǒng)對上傳的數據進行來路校驗，接收從數據采集器發(fā)送來的合法數據，解析后存儲至數據庫。

（2）數據處理子系統(tǒng)

數據處理子系統(tǒng)對系統(tǒng)接收的數據包進行校驗和解析，規(guī)范采集時間，根據配電支路安裝儀表的情況構造用能模型，對原始采集數據拆分計算得到分項能耗數據并保存至數據庫。

（3）數據上報及接收子系統(tǒng)

數據上報及接收子系統(tǒng)通過定時任務調度自動從數據庫中提取能耗分類、分項數據，合并整理打包后發(fā)送到上一級數據中心。包括數據提取、數據打包、數據上傳、接收反饋結果等功能。接收上級數據中心發(fā)送的系統(tǒng)公告、數據字典更新消息等。

（4）數據分析展示子系統(tǒng)

數據分析展示子系統(tǒng)對經過數據處理后的分類分項能耗數據進行分析匯總和整合，通過靜態(tài)表格或者動態(tài)圖表方式將能耗數據展示出來，為節(jié)能運行、節(jié)能改造、信息服務和制定政策提供信息服務。

（5）信息維護子系統(tǒng)

信息維護子系統(tǒng)對所有數據字典和建筑物概況等基礎信息、建筑用能支路及監(jiān)測儀表安裝等的配置信息、用戶權限信息等進行錄入和維護。

5.4系統(tǒng)軟件功能

系統(tǒng)具有豐富的軟件功能，包括：數據采集、圖形展示與交互、事件記錄與報警、數據存儲與查詢、數據分析與展示、能源生產系統(tǒng)運行管理、能源生產計劃管理、能源生產標準管理、基于工作流及工單的能源生產流程管理、生產信息發(fā)布、技術資料、文檔管理、用戶及基礎信息管理等。

6.Acrel-EIOT能源物聯網云平臺

（1）概述

Acrel-EIoT能源物聯網開放平臺是一套基于物聯網數據中臺，建立統(tǒng)一的上下行數據標準，為互聯網用戶提供能源物聯網數據服務的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯網傳感器，選配網關，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業(yè)數據服務。

該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監(jiān)測、電能質量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，并支持多平臺、多語言、多終端數據訪問。

（2）應用場所

本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統(tǒng)集成商、小型物業(yè)、智慧城市、[]()變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業(yè)能耗、智能燈塔、[]()電力運維等領域。

（3）平臺結構

審核編輯 黃宇