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淺談機場能源管理系統改造項目設計思路

時間： 2023-10-30 發布人：周靜思

【摘要】針對國內機場用能設備類型多、分布區域廣、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設計思路及系統選擇，為機場能源管理系統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改造項目是在原有手動計量、自動遠程抄表或傳統能源管理系統的基礎上進行升級，以達到更節能、更有效、更便捷的目的。很多機場在探索節能改造的途徑，但多數機場改造難度較大，存在能流梳理困難、多期系統接口不統一等問題，難以達到預期目標。本文基于某機場能源管理系統改造項目，選用了人工智能物聯網系統平臺，*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改造方案。

１機場能源管理系統現狀及需求分析

機場一般設有飛行區、航站區、辦公生活區、塔臺、通訊導航站、氣象觀測站、供油站、機務維修區、消防應急、貨運站等區域設施，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、有效、透明的系統支撐，無法便捷、快速地掌握機場的用能狀況，無法集中、自動和實時監控各類用能設備的運行狀態和用能負荷的變化情況。

機場能源管理系統對于系統的安全性和可靠性要求很高，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：

（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，項目實施過程中需要具備豐富的專業電力項目實施經驗與供配

電系統對接，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，系統需定制化功能。

（5）新老系統對接，充分利用原有系統，降低項目實施成本。

（6）系統不同于簡單抄表系統，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、區域管理、設備臺賬管理等功能。面對目前機場能源管理系統的現狀及挑戰，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，選用人工智能物聯網架構系統平臺，并可根據管理需求部署在管理中心。

2建設思路和規劃原則

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

管理、技術支持及維修能力等方面綜合評估、選型，確保系統運行的可靠性和穩定性，達到*優效果。

根據系統能流梳理情況結合機場的整體規劃設計，建立一套能源管理平臺，提供標準統一的接口，具有良好的開放性、兼容性，同時擁有多元化的數據，可與電力監控系統、樓宇自動控制系統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——節能規劃設計——節能改造實施——節能效果評估——節能持續優化——節能運營監控”九部分統一融合的能源監管流程，體現機場節能一體化服務的優勢，*終成為一個有效運行管控系統。

建立機場多能源在線監測系統，可針對機場各類能耗進行遠程采集和實時監控以及主要設備的狀態采集和故障告警；可從已有的第三方系統獲取相關運行數據，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；對能耗進行統計分析，建立能耗審計、能效測評以及公示系統，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，以此為基礎采取節水、節熱、節電以及其他節能措施，逐步將機場的節能工作落實，采取具有針對性的節能措施，實現能耗的合理、節約使用。

3建設目標

通過對機場行業能源管理系統的深入了解，結合多年機場項目經驗，使系統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不僅包括能耗監測，還包括電能量管理模塊（供電科遠程監控）、能耗監測模塊（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。

系統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專業的解決方案，實現對用戶能耗設施、能耗細節和能耗過程的完全掌控。達到以下目標：

（1）全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歸屬等信息進行歸納，同時為保證系統有效工作，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有效查詢服務，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，對電力系統進行歸類分析。

4.6節點位置梳理

用于計算和統計電力／水／氣的傳輸損耗量。

4.7區域歸屬梳理

對集中數據采集的表計進行歸類，進行可歸類傳輸的區域數量統計。

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系統選擇

采用集中管理、分散布置的模式，分層、分布式系統結構，由中*監控室主站系統、各大分區操作分站、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測設備等部分組成。

系統中各應用模塊的功能相互之間相對獨立，以提高系統的穩定性和可維護性。根據項目需求和平臺化的基本原則，各組件之間通過統一的系統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，系統的局部改動將不會影響整體。

5.1系統結構說明

機場能源管理系統由中心信息層、傳輸層、現場設備層組成。系統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節，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通訊協議，將現場能耗數據發送至網絡匯聚層。主要負責采集能耗數據（電、水、汽等）、環境參數數據（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，當監測點位置發生變化時，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，網絡協議采用ＴＣＰ／ＩＰ協議。以能源管理中心，按星型網絡架構向外輻射，以輻射yi級監測點為主，通過yi級監測點作為匯聚點向二級監測點輻射，二級監測點作為匯聚點向三級監測點輻射，*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系統軟件構架

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

（1）數據采集子系統

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

（2）數據處理子系統

數據處理子系統對系統接收的數據包進行校驗和解析，規范采集時間，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

數據上報及接收子系統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，合并整理打包后發送到上一級數據中心發送的系統公告、數據字典更新消息等。

（4）數據分析展示子系統

數據分析展示子系統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，通過靜態表格或者動態圖表方式將能耗數據展示出來，為節能運行、節能改造、信息服務和制定政策提供信息服務。

（5）信息維護子系統

信息維護子系統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系統軟件功能

系統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數據服務。

該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監測、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、樓管系統集成商、小型物業、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業能耗、智能燈塔、電力運維等領域。

（3）平臺結構

（4）平臺功能

電力集抄

電力集抄模塊可以實現對各種監測數據的查詢、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環境友好。在智能化方面實現供配電監控系統的遙測'、遙信、遙控控制，對系統進行綜合檢測和統一管理；在數據資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內各設備運行（包括歷史和實時參數，并根據實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節約人力資源。

變壓器監控

配電圖

能耗分析

能耗分析模塊采用自動化、信息化技術，實現從能源數據采集、過程監控、能源介質消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學化管理，使能源管理、能源生產以及使用的全過程有機結合起來，運用數據處理與分析技術，進行離線生產分析與管理，實現全廠能源系統的統一調度，優化能源介質平衡、有效利用能源，提高能源質量、降低能源消耗，達到節能降耗和提升整體能源管理水平的目的。

能耗概況

預付費管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶及權限分配，查看系統日志等功能；

2）系統配置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數進行配置；

3）用戶管理：對商鋪用戶執行開戶、銷戶、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作；

4）售電管理：對已開戶的表進行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作；

5）售水管理：對已開戶的表進行遠程售水、退水、記錄查詢等操作；

6）報表中心：提供售電、售水財務報表、用能報表、報警報表等查詢，本系統所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導出。

預付費看板

充電樁管理

通過物聯網技術，對接入系統的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監控，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務管理、變壓器監控、運營分析、基礎數據管理等功能。

充電樁看板

智能照明

智能照明通過物聯網技術對安裝在城市各區域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態進行不間斷地數據監測，也可以實現定時開關策略配置及后臺遠程管理和移動管理等，降低路燈設施的維護難度和成本，提升管理水平，并達到一定節能減掛的效果。

監控頁面

安全用電

安全用電采用剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災探測器，對引發電氣火災的主要因素（導線溫度、電流和剩余電流）進行不間斷的數據跟蹤與統計分析，并將發現的各種隱患信息及時推送給企業管理人員，指導企業實現di一時間的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實現“防患于未然”的目的。

智慧消防

通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。填補了原先針對“九小場所”和危化品生產企業無法有效監控的空白，適應于所有公建和民建，實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化”、“智能化”、“系統化”、用電管理“精細化”的實際需求。

（5）系統硬件配置

類型	型號	外觀	產品功能
能源物聯網云平臺	Acrel-EIOT		提供數據駕駛艙、電氣安全監測、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
智能網關	AWT100-4G		1路下行485，上行可選配4G、WIFI、網口
智能網關	ANet-1E2S1-4G		上行：以太網、4G 下行：RS485
物聯網電表	ARTU系列		可擴展DIDO以及多路模擬量輸入輸出單元。通訊方式：RS485接口，Modbus協議。可擴展2G、Lora、LoRAWAN、NB-IoT、4G、以太網
無線測溫	ARTM-Pn		可監測電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、電能，可接收60個無線溫度傳感器溫度
無線測溫	ATC600	$C:\Users\wangshihui\Desktop\智能配電產品圖品2019.12.13\ARTM\ATC\ATC600\7E7A9790.jpg7E7A9790$	ATC600有2種工作模式：終端(-C)、中繼(-Z)，可根據項目布局選擇配置。可接收240個無線溫度傳感器溫度
光伏監控	AGF		光伏電池串開路報警，可以配合組串電壓進行綜合判斷；帶3路開關量狀態監測，用于采集直流斷路器、防雷器等輸出空接點狀態；一次電流采用穿孔方式接入，安裝方便，安全性高；測量元件采用霍爾傳感器，隔離測量大電流20A；電壓測量功能可測量母線電壓高DC 1500V
電力監控	AEM96		三相電力參數測量、電壓和電流的相角、四象限電能計量、復費率、*大需量、歷史電能統計、開關量事件記錄、歷史極值記錄、31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）、開關量、報警輸出通訊方式：RS485接口，支持Modbus-RTU 協議
	AEM72		三相電力參數測量、電壓和電流的相角、四象限電能計量、復費率、*大需量、歷史電能統計、開關量事件記錄、歷史極值記錄、31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）、開關量、報警輸出通訊方式：RS485接口，支持Modbus-RTU 協議
	ACR系列		三相所有電力參數、*大需量記錄（ACR320EFL）、分時電能統計及12月電能統計、日期時間顯示、LCD顯示、RS485通訊，事件記錄。通訊方式：RS485，Prifibus-DP、以太網
	APM系列		全電量測量，四象限電能，復費率電能，儀表內部溫度測量，總有功、總無功、總視在電能脈沖輸出、秒脈沖等可選。三相電流、有功功率、無功功率、視在功率實時需量及*大需量(包含時間戳)。電流、線電壓、相電壓、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數、頻率、電流總諧波、電壓總諧波的本月極值和上月極值(包含時間戳)。中文顯示，有功電能0.2s級。通訊方式：RS485，Prifibus-DP、以太網
物聯網電表	DDS		有功、無功電能計量，電參量測量：U、I 、P、Q、S、PF、F， LCD 顯示， RS485通訊，MODBUS-RTU 和 DL/T645 協議
物聯網電表	DDSD		電能計量：總電能計量（反向計入正向），3 個月歷史電能數據凍結存儲電參量測量：U、I 、P、Q、S、PF、F 測量 LCD 顯示：8位段式 LCD 顯示按鍵編程：3按鍵可編程設置密碼、通訊地址、波特率、復費率和通訊協議。脈沖輸出：L有功電能脈沖輸出復費率：4個時區、2 個時段表、14 個日時段、4 個費率通訊： RS485接口， MODBUS-RTU 、 DL/T645-97 、 DL/T645-07 協議、紅外通訊
物聯網電表	DTSD		電能計量：有功電能計量（正、反向）、無功電能計量（正、反向）、 A、B、C 分相正向有功電能電參量測量： U、I 、 P、Q、S、PF、F諧波測量： 2~31 次諧波電壓電流LCD 顯示： 8 位段式 LCD 顯示、背光顯示按鍵編程：4 按鍵可編程通信、變比等參數脈沖輸出：有功脈沖輸出、無功脈沖輸出、時鐘脈沖輸出LED 報警：失壓、過壓報警復費率及附帶功能：有源開關量輸入、 3 開關量輸出、支持 4 個時區、2 個時段表、 14 個日時段、4 個費率、*大需量及發生時間、上 48 月、上 90 日歷史凍結數據、日期、時間通訊：紅外通訊、RS485 接口、同時支持 Modbus、DL/T645測溫：支持 3 外置 NTC 測溫
物聯網電表	ADL200		單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。總電能計量（反向計入正向），3個月歷史電能數據凍結存儲；8位段式LCD顯示；有功電能脈沖輸出；有功電能精度1級，無功電能2級。
	ACR10R		三相電流/電壓/頻率/功率因數，有功/無功/視在功率，四象限電能計量，*大需量，復費率電能計量，總諧波含量、分次諧波（2-63次），事件記錄和報警功能。電能精度0.5級。通訊方式：RS485接口，支持Modbus-RTU協議
	ADL10-E		有功、無功電能計量，電參量測量：U、I 、P、Q、S、PF、F， LCD 顯示， RS485通訊，MODBUS-RTU 和 DL/T645 協議
	ADL400		三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。（正、反向）有功、無功電能計量；A、B、C 分相正向有功電能計量；2-31次諧波電壓電流；12位段式LCD顯示、背光顯示，電能精度0.5s級。
	ADW200		4路三相電壓、電流、功率、功率因數、頻率測量；電壓電流相角、電壓電流不平衡度測量；電壓電流2-31次分次諧波及總畸變測量；當月及上三月的電壓、電流、功率極值記錄；*大需量及上十二月歷史需量記錄；事件記錄、復費率、四象限電能及歷史電能記錄；支持12路開關量輸入4路開關量輸出；支持12路測溫4路剩余電流測量；有功電能精度1級。通訊方式：RS485接口，支持Modbus-RTU協議
	ADW210		4路三相電壓、電流、功率、功率因數、頻率測量；電壓電流相角、電壓電流不平衡度測量；電壓電流2-31次分次諧波及總畸變測量；當月及上三月的電壓、電流、功率極值記錄；*大需量及上十二月歷史需量記錄；事件記錄、復費率、四象限電能及歷史電能記錄；支持12路開關量輸入4路開關量輸出；支持12路測溫4路剩余電流測量；有功電能精度1級。
	ADW300-4G		三相電壓、電流、功率、功率因數、頻率測量；電壓電流相角、電壓電流不平衡度測量；電壓電流2-31次分次諧波及總畸變測量；當月及上三月的電壓、電流、功率極值記錄；*大需量及上十二月歷史需量記錄；事件記錄、復費率、四象限電能及歷史電能記錄；支持4路開關量輸入、2路開關量輸出；支持4路測溫；支持1路剩余電流測量；支持本地顯示及按鍵設置；有功電能精度1級。通訊方式：支持RS485通訊、Lora無線通訊、4G通訊；WIFI通訊
預付費電表	DDSY-4G		單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。有功電能計量（正、反向），A、B、C分相正向有功電能，支持4個時區、2個時段表、14個日時段、4個費率*大需量及發生時間，實時需量，歷史凍結數據購電記錄；8位段式LCD顯示、背光顯示；有功電能脈沖輸出；有功電能精度1級，無功電能0.5s級。
預付費電表	DTSY-4G		三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。有功電能計量（正、反向），A、B、C分相正向有功電能，支持4個時區、2個時段表、14個日時段、4個費率*大需量及發生時間，實時需量，歷史凍結數據購電記錄；8位段式LCD顯示、背光顯示；有功電能脈沖輸出；有功電能精度1級，無功電能0.5s級。
直流電能表	DJSF1352		1.精度：1級或0.5級，帶±12V電壓輸出用于霍爾傳感器供電 2.測量：電壓、電流、功率、正反向電能，支持雙路計量。
電氣安全	ARCM300-Z		三相（I、U、Kw、Kvar、Kwh、Kvarh、 Hz、cosΦ），視在電能、四象限電能計量，單回路剩余電流監測， 4 路溫度監測，2 路繼電器輸出，2 路開關量輸入，支持斷電報警上傳
電氣安全	AAFD-DU		監測故障電弧、漏電、溫度兩路無源干接點（開關量）輸入兩路無源常開觸點（開關量）輸出
充電樁	ACX系列		充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。支持投幣、刷卡，掃碼、免費充電，
充電樁	AEV_AC007		額定功率7kW,單相三線制，防護等級IP65,具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監測、智能計量、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用。通訊方式：4G、藍牙、Wifi
智慧照明	ASL200		遙控輸出兩路無源干接點（開關量）輸入兩路無源常開觸點（開關量）輸出