浅析电力物联网在建筑电气节能中的应用

　　摘要：随着电力体制改革的不断深化，电力用户借助分布式发电、储能系统和电动汽车等新兴技术已经具备了参与电力交易的能力，但传统电力系统的运行控制方式却难以适应新时代开放电力市场的需求。国家电网有限公司所提出的泛在电力物联网（ubiquitouspowerinternetofthings，UPIoT）战略可以实现电力系统各环节互连、状态全面感知和优化控制，是建设开放电力市场的有效技术支撑。基于此，分析了新时代电力系统发展所面临的挑战以及建设泛在电力物联网的必要性；研究了泛在电力物联网在开放电力市场中的典型应用；对面向电力市场的泛在电力物联网关键技术进行了讨论，为构建现代化开放电力市场提供参考。

　　关键词：物联网技术；智能建筑；能源管理；有效运用

　　0引言

　　全球经济一体化的发展，虽然在很大程度上推动了各国经济的快速增长，但是在不断增长的经济中，能源问题一直以来都是全球关注的重点。很多国家为了能够实现经济与能源协调发展目标，出台了一系列的节能减排政策，这也足以说明国家对于能源还是比较重视的。近几年建筑行业发展速度，人们居住环境更加优美、舒适，但是对于能源的需求也在日益增长，为此环保以及能源节约变得极其严峻。

　　智能建筑发展中，对于技术的要求较高，物联网、云计算、大数据的融入更是为智能建筑能源管理带来了新的发展契机。而此次通过对物联网技术在智能建筑能源管理中的有效运用进行分析，为物联网技术更好地服务于人类给予了相关建议，在推动智能建筑快速发展的同时，以达到物联网技术对能源管理效果提升的目的。

　　1物联网技术概念

　　物联网技术是以互联网为依据，其具备了较强的交流与沟通功能，属于智能应用系统，目的是为了使服务的智能对象能够有效地连接在一起，从而获得不一样的体验。物联网*为显著的特点就是可以将不同类型的设备连接起来，为*终端客户提供服务。在物联网相关信息的传播过程中，互联网则是核心。物联网的构成部分主要包括传感设备、传输网络、应用控制网络，具备了全面感知、可靠传递、智能处理以及综合应用特征。其中全面感知作为物联网的基础，通过ＲFID标签的使用、不同类型的传感器、二维条形码等来将物体的信息进行收集整理；而可靠传递则是由不同的通信网络结合互联网，及时的传递物体的相关数据信息，其是异地感知实现的基础；智能处理主要运用的是大数据以及云计算等，来分析大量数据，物体的管理实现了智能化；综合应用以不同行业的不同业务特点为依据，使其独立存在与应用，既包含着挖掘、分析、整合数据，并且做出决策，对多个领域数据进行管理。

　　2智能建筑能源管理的重要性

　　（1）智能建筑能源管理是发展国民经济的需要

　　目前世界经济增长迅速，不管是发展格局，还是面临的危机，都与能源有着千丝万缕的关系，同样我国经济的快速发展，能源也发挥了不容忽视的作用。而经济发展中能源的短缺一直以来都是制约因素，所以要想推动经济不断增长，节能减排工作必须要做到位。*近几年，经济水平呈现出日益增长的趋势，而人们的生活条件也越来越好，在建筑行业不同类型的高消耗设备被广泛地应用其中，并且从当前的情况来看，应用的速度仍未减缓，未来对于能源的需求会越来越高，所以建筑能源的使用增长速度是非常快的，必然会对我国经济发展带来较大的影响。所以，为了能够确保国民经济持久且稳定的增长，建筑节能工作就必须要做好。

　　（2）智能建筑能源管理是改善广大人民的建筑热环境的需要

　　由于我国受到地域环境的影响，冬寒夏热是非常明显的天气变化。在冬季人们是需要供暖的，而到了夏季则对于空调就有了较高的需求，以此来降低温度，采暖以及制冷都需要有能源给予支持，而我国人口众多，但是能源却非常有限，果无节制地使用能源势必会造成能源短缺。当代社会建设，日益改善的生活水平，人们开始追求舒适建筑热环境，这也在很大程度上表明对于能源的需求越来越大，所以要以能源节约为根本，并且科学合理的开发能源，使人们对于建筑热环境得到改善。

　　（3）智能建筑能源管理是贯彻国家可持续发展战略的重大部署

　　国家在可持续发展战略方针目标设计与实施过程中，将节约能源以及建筑行业节能管理作为了重点，并且给予了高度重视。由于当前我国人均资源的应用总量非常稀缺，但是建筑业在能源使用方面则较大，进而造成了大气的污染日益严重，为此人们对于居住环境温度改善的需求也越来越紧迫，为此建筑设计与施工环节将节能工作做到位就显得非常重要了，既可以满足人们日益增长的需求，又是对国家可持续发展战略目标重大部署认真贯彻。

　　3智能建筑能源管理系统与物联网的融合

　　在信息技术快速发展的当代社会，智能建筑作为一种新兴的产物，被广泛地应用于建筑行业中，其将建筑物作为了平台，通过运用智能技术对建筑中涉及的不同设备进行改进，使人们的居住环境更加舒适，同时也使整体建筑更加安全、高效、节能与环保。社会的进步，时代日新月异，若要实现建筑智能化管理，能源就成为了重点，综合协调以及控制不同的系统，建筑管理实现统一化，降低建筑内部整体的能源消耗水平。

　　智能建筑能源的管理系统由现场层、网络层以及管理层三方面构建，其中现场层涉及的主要是现场施工过程中不同类型的设施设备，例如传感器以及智能仪表等，现场层中的通信多以现场总线为标准。网络层作为现场层以及管理层间交流与沟通的纽带，主要负责发送设备采集的相关指令与信息。管理层负责对现场中所有的设备实施统一的监督、管理、控制，保存现场收集整理的所有数据信息，另外其重要的

　　功能就是报警。这三方面为智能建筑能源管理、物联网有效的融合做好了铺垫。在现场层中可以运用物联网技术所需要的不同智能化的设备；网络层可以将过各种方法实现通信，使物联网远程管理需求得到满足；而管理层在对数据进行处理的时候则可以使用物联网云计算技术。智能建筑能源管理与物联网技术的有效融合中，不仅要做到科学合理的分析智能建筑能源管理系统，以便于完善相应的措施，而且要求进行完善以后的智能建筑能源管理系统可以有效的与物联网平台对接，充分发挥物联网技术的作用，使二者的融合更加密切。

　　4物联网技术在智能建筑能源管理中的有效运用建议

　　（1）云计算与感应设备有效融合，自动整合智能建筑能源管理数据信息

　　在智能建筑能源管理过程中，要想实现能源消耗的降低，物联网则成为了问题解决非常有效的技术保障。在具体操作中此技术主要划分为上层云计算以及下层感应设备两大部分，云计算采用的是有线模式，而感应设备则体现的是无线模式，二者的有效融合使能源的管理更具实效性，并且将其控制在可随时变化的范围中。物联网技术通过计算机优势的运用，使其计算功能、存储功能、信息读取功能等充分利用，将不同的数据信息集合在一起，构建起海量数据处理站，而数据分析中心负责的是这些数据的整合、分析与处理。当这一系列动作完成后，系统便以提示为依据对有用的数据与信息进行保存，进而完成下一步操作，自动的将无用数据清除。

　　（2）构建有效的物联网信息系统，解决智能建筑能源管理问题

　　虽然在智能建筑能源管理中，管理的水平日益提高，但是随着物联网技术的普及与广泛应用，仍然无法满足高科技高速发展的建筑行业需求。物联网技术中涉及了多样化的技术手段与运用方法，为此将管理水平提高，构建起系统化信息系统显得极其重要。物联网技术在对核心数据进行采集与整理时，需要与其他信息技术有效结合，而且在不久的将来物联网发展计划日益完善，所以智能建筑能源管理内容不断满足的同时需要将传统管理模式进行改变。智能建筑能源管理中运用物联网技术，将信息数据作为了核心，而未来发展计划则是前提条件，对于智能建筑能源管理存在的问题可以有效的解决。

　　（3）物联网数据有效呈现，使智能建筑能源管理更便捷

　　物联网技术有效的运用到智能建筑能源管理中，将计算机功能充分发挥，实现建筑物中的水、电、气、温、湿等相关的数据有效采集、分析，将*终分析结果和标准量比较，若高于标准量，物联网便会自动采用相应措施进行科学合理的控制。另外物联网应用层会将此次分析处理的结果通过显示屏呈现，将每一次的数据分析结果清楚明了的向用户展示，为用户提供了较大的便捷。与此同时物联网技术中还设有监控，能够对整个建筑内进行监督管理，例如主要的通行要道（电梯、楼梯等）、地下车库等，确保了居民居住更加安全，同时也时刻监控着能源消耗具体情况，既方便又快捷。

　　5 Acrel-EIOT能源物联网云平台

　　（1）概述

　　Acrel-EIoT能源物联网开放平台是一套基于物联网数据中台，建立统一的上下行数据标准，为互联网用户提供能源物联网数据服务的平台。用户仅需购买安科瑞物联网传感器，选配网关，自行安装后扫码即可使用手机和电脑得到所需的行业数据服务。

　　该平台提供数据驾驶舱、电气安全监测、电能质量分析、用电管理、预付费管理、充电桩管理、智能照明管理、异常事件报警和记录、运维管理等功能，并支持多平台、多语言、多终端数据访问。

　　（2）应用场所

　　本平台适用于公寓出租户、连锁小超市、小型工厂、楼管系统集成商、小型物业、智慧城市、变配电站、建筑楼宇、通信基站、工业能耗、智能灯塔、电力运维等领域。

　　（3）平台结构

　　（4）平台功能

　　电力集抄

　　电力集抄模块可以实现对各种监测数据的查询、分析、预警及综合展示，以保证配电室的环境友好。在智能化方面实现供配电监控系统的遥测'、遥信、遥控控制，对系统进行综合检测和统一管理；在数据资源管理方面，可以显示或查询供配电室内各设备运行（包括历史和实时参数，并根据实际情况进行日报、月报和年报查询或打印，提高工作效率，节约人力资源。

　　变压器监控

　　配电图

　　能耗分析

　　能耗分析模块采用自动化、信息化技术，实现从能源数据采集、过程监控、能源介质消耗分析、能耗管理等全过程的自动化、科学化管理，使能源管理、能源生产以及使用的全过程有机结合起来，运用先进的数据处理与分析技术，进行离线生产分析与管理，实现全厂能源系统的统一调度，优化能源介质平衡、有效利用能源，提高能源质量、降低能源消耗，达到节能降耗和提升整体能源管理水平的目的。

　　能耗概况

　　预付费管理

　　1）登陆管理：管理操作员账户及权限分配，查看系统日志等功能；

　　2）系统配置：对建筑、通讯管理机、仪表及默认参数进行配置；

　　3）用户管理：对商铺用户执行开户、销户、远程分合闸、批量操作及记录查询等操作；

　　4）售电管理：对已开户的表进行远程售电、退电、冲正及记录查询等操作；

　　5）售水管理：对已开户的表进行远程售水、退水、记录查询等操作；

　　6）报表中心：提供售电、售水财务报表、用能报表、报警报表等查询，本系统所有的报表及记录查询，都支持excel格式导出。

　　预付费看板

　　充电桩管理

　　通过物联网技术，对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控，同时对各类故障如充电机过温保护、充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警。云平台包含了充电收费和充电桩运营的所有功能，包括城市级大屏、交易管理、财务管理、变压器监控、运营分析、基础数据管理等功能。

　　充电桩看板

　　智能照明

　　智能照明通过物联网技术对安装在城市各区域的室内照明、城市路灯等照明回路的用电状态进行不间断地数据监测，也可以实现定时开关策略配置及后台远程管理和移动管理等，降低路灯设施的维护难度和成本，提升管理水平，并达到一定节能减挂的效果。

　　监控页面

　　安全用电

　　安全用电采用自主研发的剩余电流互感器、温度传感器、电气火灾探测器，对引发电气火灾的主要因素（导线温度、电流和剩余电流）进行不间断的数据跟踪与统计分析，并将发现的各种隐患信息及时推送给企业管理人员，指导企业实现排查和治理，达到消除潜在电气火灾安全隐患，实现“防患于未然”的目的。

　　智慧消防

　　通过云平台进行数据分析、挖掘和趋势分析，帮助实现科学预警火灾、网格化管理、落实多元责任监管等目标。填补了原先针对“九小场所”和危化品生产企业无法有效监控的空白，适应于所有公建和民建，实现了无人化值守智慧消防，实现智慧消防“自动化”、“智能化”、“系统化”、用电管理“精细化”的实际需求。

　　（5）系统硬件配置

　　类型型号外观产品功能

　　能源物联网云平台

　　Acrel-EIOT?提供数据驾驶舱、电气安全监测、电能质量分析、用电管理、预付费管理、充电桩管理、智能照明管理、异常事件报警和记录、运维管理等功能，并支持多平台、多语言、多终端数据访问

　　智能网关AWT100-4G?1路下行485，上行可选配4G、WIFI、网口

　　ANet-1E2S1-4G?上行：以太网、4G

　　下行：RS485

　　物联网电表ARTU系列？可扩展DIDO以及多路模拟量输入输出单元。

　　通讯方式：RS485接口，Modbus协议。可扩展2G、Lora、LoRAWAN、NB-IoT、4G、以太网

　　无线测温ARTM-Pn?可监测电压、电流、频率、有功功率、无功功率、电能，可接收60个无线温度传感器温度

　　ATC600?ATC600有2种工作模式：终端（-C）、中继（-Z），可根据项目布局选择配置。可接收240个无线温度传感器温度

　　光伏监控AGF?光伏电池串开路报警，可以配合组串电压进行综合判断；带3路开关量状态监测，用于采集直流断路器、防雷器等输出空接点状态；一次电流采用穿孔方式接入，安装方便，安全性高；测量元件采用霍尔传感器，隔离测量*大电流20A；电压测量功能可测量母线电压*高DC 1500V

　　电力监控AEM96?三相电力参数测量、电压和电流的相角、四象限电能计量、复费率、*大需量、历史电能统计、开关量事件记录、历史极值记录、31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）、开关量、报警输出

　　通讯方式：RS485接口，支持Modbus-RTU 协议

　　AEM72?三相电力参数测量、电压和电流的相角、四象限电能计量、复费率、*大需量、历史电能统计、开关量事件记录、历史极值记录、31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）、开关量、报警输出

　　通讯方式：RS485接口，支持Modbus-RTU 协议

　　ACR系列三相所有电力参数、*大需量记录（ACR320EFL）、分时电能统计及12月电能统计、日期时间显示、LCD显示、RS485通讯，事件记录。

　　通讯方式：RS485，Prifibus-DP、以太网

　　APM系列全电量测量，四象限电能，复费率电能，仪表内部温度测量，总有功、总无功、总视在电能脉冲输出、秒脉冲等可选。三相电流、有功功率、无功功率、视在功率实时需量及*大需量（包含时间戳）。电流、线电压、相电压、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率、电流总谐波、电压总谐波的本月极值和上月极值（包含时间戳）。中文显示，有功电能0.2s级。通讯方式：RS485，Prifibus-DP、以太网

　　物联网电表DDS?有功、无功电能计量，电参量测量：U、I 、P、Q、S、PF、F， LCD 显示， RS485通讯，MODBUS-RTU 和 DL/T645 协议

　　物联网电表DDSD?电能计量：总电能计量（反向计入正向），3 个月历史电能数 据冻结存储电参量测量：U、I 、P、Q、S、PF、F 测量 LCD 显示：8位段式 LCD 显示按键编程：3按键可编程设置密码、通讯地址、波特率、复 费率和通讯协议。

　　脉冲输出：L有功电能脉冲输出复费率：4个时区、2 个时段表、14 个日时段、4 个费率通讯： RS485接口， MODBUS-RTU 、 DL/T645-97 、 DL/T645-07 协议、红外通讯

　　物联网电表DTSD?电能计量：有功电能计量（正、反向）、无功电能计量（正、反向）、 A、B、C 分相正向有功电能电参量测量： U、I 、 P、Q、S、PF、F谐波测量： 2~31 次谐波电压电流LCD 显示： 8 位段式 LCD 显示、背光显示按键编程：4 按键可编程通信、变比等参数脉冲输出： 有功脉冲输出、 无功脉冲输出 、时钟脉冲输出LED 报警： 失压、过压报警 复费率及附带功能：有源开关量输入 、 3 开关量输出 、 支持 4 个时区、2 个时段表、 14 个日时段、4 个费率、*大需量及发生时间 、上 48 月、上 90 日历史冻结数据 、 日期、时间

　　通讯：红外通讯、RS485 接口、 同时支持 Modbus、DL/T645测温：支持 3 外置 NTC 测温

　　物联网电表ADL200?单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。总电能计量（反向计入正向），3个月历史电能数据冻结存储；8位段式LCD显示；有功电能脉冲输出；有功电能精度1级，无功电能2级。

　　ACR10R?三相电流/电压/频率/功率因数，有功/无功/视在功率，四象限电能计量，*大需量，复费率电能计量，总谐波含量、分次谐波（2-63次），事件记录和报警功能。电能精度0.5级。

　　通讯方式：RS485接口，支持Modbus-RTU协议

　　ADL10-E有功、无功电能计量，电参量测量：U、I 、P、Q、S、PF、F， LCD 显示， RS485通讯，MODBUS-RTU 和 DL/T645 协议

　　ADL400?三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。（正、反向）有功、无功电能计量；A、B、C 分相正向有功电能计量；2-31次谐波电压电流；12位段式LCD显示、背光显示，电能精度0.5s级。

　　ADW200?4路三相电压、电流、功率、功率因数、频率测量；电压电流相角、电压电流不平衡度测量；电压电流2-31次分次谐波及总畸变测量；当月及上三月的电压、电流、功率极值记录；*大需量及上十二月历史需量记录；事件记录、复费率、四象限电能及历史电能记录；支持12路开关量输入4路开关量输出；支持12路测温4路剩余电流测量；有功电能精度1级。

　　通讯方式：RS485接口，支持Modbus-RTU协议

　　ADW210?4路三相电压、电流、功率、功率因数、频率测量；电压电流相角、电压电流不平衡度测量；电压电流2-31次分次谐波及总畸变测量；当月及上三月的电压、电流、功率极值记录；*大需量及上十二月历史需量记录；事件记录、复费率、四象限电能及历史电能记录；支持12路开关量输入4路开关量输出；支持12路测温4路剩余电流测量；有功电能精度1级。

　　ADW300-4G?三相电压、电流、功率、功率因数、频率测量；电压电流相角、电压电流不平衡度测量；电压电流2-31次分次谐波及总畸变测量；当月及上三月的电压、电流、功率极值记录；*大需量及上十二月历史需量记录；事件记录、复费率、四象限电能及历史电能记录；支持4路开关量输入、2路开关量输出；支持4路测温；支持1路剩余电流测量；支持本地显示及按键设置；有功电能精度1级。

　　通讯方式：支持RS485通讯、Lora无线通讯、4G通讯；WIFI通讯

　　预付费电表DDSY-4G?单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。有功电能计量（正、反向），A、B、C分相正向有功电能，支持4个时区、2个时段表、14个日时段、4个费率*大需量及发生时间，实时需量，历史冻结数据购电记录；8位段式LCD显示、背光显示；有功电能脉冲输出；有功电能精度1级，无功电能0.5s级。

　　DTSY-4G?三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。有功电能计量（正、反向），A、B、C分相正向有功电能，支持4个时区、2个时段表、14个日时段、4个费率*大需量及发生时间，实时需量，历史冻结数据购电记录；8位段式LCD显示、背光显示；有功电能脉冲输出；有功电能精度1级，无功电能0.5s级。

　　直流电能表DJSF1352?1.精度：1级或0.5级，带±12V电压输出用于霍尔传感器供电

　　2.测量：电压、电流、功率、正反向电能，支持双路计量。

　　电气安全ARCM300-Z

　　三相（I、U、Kw、Kvar、Kwh、Kvarh、 Hz、cosΦ），视在电能、四象限 电能计量，单回路剩余电流监测， 4 路温度监测，2 路继电器输出，2

　　路开关量输入，支持断电报警上传

　　AAFD-DU?监测故障电弧、漏电、温度

　　两路无源干接点（开关量）输入

　　两路无源常开触点（开关量）输出

　　充电桩ACX系列？充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。

　　支持投币、刷卡，扫码、免费充电，

　　AEV_AC007?额定功率7kW,单相三线制，防护等级IP65,具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用。

　　通讯方式：4G、蓝牙、Wifi

　　智慧照明ASL200?遥控输出

　　两路无源干接点（开关量）输入

　　两路无源常开触点（开关量）输出

　　6结论

　　科技信息时代已经到来，而物联网技术就是新时代具有代表性的产物之一，其将各行各业推向了一个全新的发展时期，引领了行业技术潮流，成为行业推崇的新技术。所以将物联网技术有效地运用到建筑能源管理中是非常重要的举措，实现了建筑领域能源的远程监控，同时可以进一步采集、分析以及处理海量的数据，建筑能源管理智能化效果更佳。

　　参考文献

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