浅谈数字化智慧校园的能源监管平台建设与应用

安科瑞 刘迈

　　摘 要：当前社会发展进入全新的信息时代、数字时代，随着信息网络建设的高速发展，各行各业都在运用大数据进行运算分析，智慧校园建设也已成为高水平大学建设的必然趋势，高校的节能工作也面临着跨时代的改革。文章以济南大学能源监管系统平台为例，结合安科瑞 AcrelEMS‑EDU 校园智慧能源管理平台工程实践，从高校节能管理的视角阐述了能源监管平台建设标准、参数要求以及应用方法与经验。

　　关键词：数字化；智慧校园；能源监管平台；节能管理；建设；AcrelEMS‑EDU

　　1 建设能源监管平台的意义

　　智慧校园建设是当前社会发展进入全新信息时代、数字时代的必然趋势，高水平大学建设是智慧型校园、数字化校园的有机结合。学校依据实际情况，采用 “统一规划，分步实施" 的原则，建设适合大学特色的节能监管平台，既要跟随时代进步，也要贴合自身实际。

　　能源监管平台将有助于后勤保障工作及时顺利的进行，同时也将提升各部门沟通协作的便捷性，通过对学校不同建筑类型的水、电、暖等各用能监测点进行实时监测，并为各用能单位提供准确的用能计量，初步实现二级乃至三级计量。安科瑞 AcrelEMS‑EDU 校园智慧能源管理平台采用云‑边‑端分层架构，设备层包含多功能电力仪表、物联网水表、宿舍用电终端、边缘计算网关 ANet 等硬件，传输层依托校园网、4G/NB‑IoT 无线链路，实现对教学楼、宿舍、商铺、配电房等区域水、电、暖能耗数据的采集传输。

　　“能源监管平台建设的总体架构是在校园网 / 无线网的基础上，通过终端数据采集设备，实现对所需计量的能耗部位及公共区域设施的用水、用电、用暖等能耗的数据采集和监控管理，通过能源监管平台能够直观地监视各水表、电表、热表的数据传输状态"。能够及时查看各个用能区域的历史、实时能耗分项数据和汇总数据，为学校节约能源工作提供及时准确的数据和详备的计量分析依据。同时依据设置的用能限制条件对其进行节能控制，能实现数据的导出或打印输出，具备数据的网络报表与能源消耗的日志功能。AcrelEMS‑EDU 还拓展了电气火灾预警、宿舍恶性负载识别、智慧照明、空调管控、充电桩运维、预付费计费等业务，兼顾能耗监管与校园安全管理，契合绿色学校创建行动方案政策要求。

　　2 能源监管平台设计规范及标准

　　能源监管平台由多系统集成架构组成，包括用水监测管理子系统、用电监测管理子系统、中央空调能耗控制子系统、信息管理子系统以及供暖监测管理等子系统。“平台具备身份验证、数据采集、能源消耗数据的实时监测、数据统计、数据存储、图表显示、指标对比、能耗分析、报表管理、节能控制、数据上传等诸多功能。达到了《高等学校校园建筑节能监管系统建设技术导则》的技术要求"。安科瑞 AcrelEMS‑EDU 平台遵循该系列导则开发，同时支持与校园一卡通、智慧校园平台接口对接，实现数据互通共享。

　　能源监管平台的软件设计以住房和城乡建设部、教育部等有关部门发布的标准和规范为基础 (但不限于此)：

　　《高等学校节约型校园建设及管理技术导则 (试行)》；

　　《高等学校校园建筑节能监管系统运行管理技术导则》(建科 [2009] 163 号)；

　　《高等学校校园建筑节能监管系统建设技术导则》(建科 [2009] 163 号)；

　　《高等学校节约型校园指标体系及考核评价办法》(建科 [2009] 163 号)；

　　《高等学校校园设施节能运行管理办法》(建科 [2009] 163 号)；

　　《高等学校校园建筑能耗统计审计公示办法》(建科 [2009] 163 号)；

　　《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统软件开发指导说明书》。

　　3 能源监管平台的主要功能与参数

图1 校园智慧用电云平台

　　(1) 平台支持多种类型的用能计量设备的数据传输采集设备，主要包括：电力监测设备、电能表、流量计、冷热量计、水表、燃气表等；并具有开发性的扩展接口协议，可自由开发不同接口的程序；单个采集器的采集点数量不少于 256 台 / 套计量设备，最大可扩展至 320 个采集点。安科瑞 ANet 边缘计算网关支持多路 RS485，兼容 DL/T645‑1997、CJ/T188‑2004、Modbus 等主流仪表协议，可接入 ADW300 物联网电表、LXSY 物联网水表、DOSY1352‑xDM 宿舍用电管理终端等设备，适配校园各类计量终端接入，同时支持向多台服务器同步转发数据。

　　(2) 平台标准板载 Intel Atom D525 (1.8GHz/1MB) CPU；2.0GB DDR3；标准板载 30G 内存容量。安科瑞方案采用边缘网关 + 后台服务器部署模式，网关负责现场协议解析、本地缓存，服务器承担业务运算，可适配本地服务器部署或者云平台部署两种模式。

　　(3) 2 个标准 10/100/1000Mbps 的网络接口，2kV 的电磁隔离安全防护，支持网络唤醒 (WOL)、网络自动引导启动 (PXE) 的功能；支持静态与动态 IP 地址获取；支持网络协议包括 ARP、DNS、DHCP、HTTP、IP、ICMP、UDP、TCP、L/T645‑1997、CJ/T 188‑2004、GB/T 19582‑2008；支持网络连接的自动恢复功能，建立稳固的 TCP 连接；同时支持两个及以上服务器的连接和通信；支持发现断点自动续传功能，由于网络传输故障等原因未能及时采集到的能耗数据，在网络传输恢复正常之后，数据采集器会自动实现历史数据的断点续传。安科瑞 ANet 网关内置本地缓存，网络中断时保存现场数据，通讯恢复后自动补传历史数据，保障数据不会丢失。

　　(4) 数据采集器需支持同时向多个数据服务器同步发送数据。AcrelEMS‑EDU 网关支持多平台上送，可同时向学校本地平台与省级教育能耗监测平台上传数据。

　　(5) 平台数据采集器需具备本地配置与远程管理功能，支持软件系统的升级扩容功能。安科瑞网关支持网页远程配置、远程固件升级，无需现场拆机调试。

　　(6) 平台数据采集器需具备支持或接受上位机的查询、调整校时命令。

　　(7) 在个体计量装置出现故障或更换维护时，不影响其他部位的数据采集器正常工作。安科瑞总线采集具备设备隔离机制，单台仪表故障不会造成整条总线瘫痪。

　　(8) 数据采集器在无人值守情况下，长时间无应答时应能自动恢复至正常工作状态。网关内置看门狗，异常自动重启恢复采集。

　　(9) 支持同时使用 4 个 USB 2.0 的高速接口。

　　(10) 内置一个高精度时钟，一个标准 Mini PCI‑E X1 的扩展槽。安科瑞网关可扩展 4G/NB‑IoT 通讯模块，适配布线困难的老旧楼宇场景。

　　(11) 支持六个标准串口：其中有 2 个支持 RS‑232 模式的、三个支持 RS‑485 模式的、一个 Mbus 模式的。ANet 网关多路 RS485+MBUS 接口，同时接电表、水表、热量表。

　　(12) 设置两个 SATA 接口，一个 LPT、一个 SIM 卡接口、一个鼠标 / 键盘 USB 2.0 接口或接针，防火墙看门狗以及定时器等基本功能。

　　(13) 平台需支持执行对数据的命令采集和定时自动采集两种采集数据模式，定时自动采集与传输的周期可在 1min 到 24h 的范围内灵活设置；具备三年以上的数据备份储存容量。AcrelEMS‑EDU 支持自定义采集周期，数据库可存储多年能耗历史数据，支持自动备份。

　　(14) 平台所有设备的工作温度范围：‑25℃~85℃；相对湿度范围：5%‑95% 非凝结状体；储存温度范围：‑40℃~85℃无凝露。安科瑞现场仪表、网关工业级设计，可适应配电房、户外设备间恶劣环境。

　　(15) 低耗功率 6W，待机功率 ≤0.1W。支持有线网络和 GPRS 无线网络。安科瑞网关、物联网仪表整体功耗低，适合长期不间断运行。

　　4 能源监管平台的设计原则

　　4.1 保持先进性

　　能源监管平台系统 “是基于 B/S 和 C/S 的复合式结构，监管人员可以随时通过 Internet 浏览器在 PC 机或手机远程登录能源监管平台服务器。监管人员根据各自的权限不同，可浏览不同区域的能源使用情况。工程师可以通过 Internet 浏览器远程登录服务器的后台管理"。安科瑞 AcrelEMS‑EDU 采用 B/S 架构，配套 Web 网页、手机 APP、小程序多终端访问，管理人员、后勤运维、院系、学生分配不同权限，移动端可接收能耗异常报警、故障推送，根据用户要求，实现对监管平台的在线技术维护。

图2 安科瑞智慧校园系统方案

图3 智慧校园管理平台

　　4.2 具备开放性

　　要求软件系统预置开放功能，后期在接口及功能上只需要通过简单的设置修改，通过内置软件的接口与新系统实现无缝对接，即能许可不同的产品融合构成一个新的完整的能源监管平台。AcrelEMS‑EDU 提供标准化 API 接口，可对接校园一卡通、智慧校园平台，兼容第三方旧计量仪表，减少改造投资，吉首大学等高校项目中成功利旧原有电表设备，实现新旧设备混合接入。

　　4.3 保证安全性

　　能源监管平台所采用的数据库管理储存系统，“保证其原始数据的不可修改性，对用能进行计量、统计和结算的模型等需在相应的派生数据库中运行，且派生库数据在授权许可后才能进行修改，系统建立了可靠的安全防控措施，针对不同等级的用户，分别设立与之相适应的访问浏览权限，以确保系统数据与计费的真实性、严肃性、准确性和合法性。系统同时具有支持数据的人工或自动备份和恢复功能，以保证数据的完整性和安全性"。AcrelEMS‑EDU 采用 RBAC 分级权限，原始能耗记录禁止篡改，数据库定时自动备份；同时配套 ARCM300 电气火灾监控装置，监测剩余电流、线缆温度，实现电气安全预警，兼顾数据安全与现场用电安全。

　　4.4 系统具有可扩展性

　　能源监管平台系统设计方案中的总线承载能力、主板扩展槽、软件资源配置、模块 IO 节点等配置均预留一定的扩展余量，以便今后根据业务需求灵活扩展控制节点。系统方案的设计采取网络化的管理结构模式，充分考虑到用户的功能扩展与业务变化需求，以方便、快捷、经济的方法实现扩容、变更等业务。安科瑞平台模块化设计，后期可按需增加智慧照明、空调监控、光伏监测、充电桩管理模块，不需要整体重构系统。

　　4.5 数据的完整性

　　由于用能数据具有连续性、传递性和累加性等特点，就要求能源监管平台系统在任何情况下都不能丢失原始数据，原始数据的保存尤为重要，为确保数据的完整性，在数据采集、传输以及处理等环节均采用了多种安全、稳妥的技术手段。网关本地缓存 + 服务器双重存储，网络断线不会丢失能耗记录，通讯恢复断点续传，保障计量审计的数据完整。

　　4.6 身份认证统一性

　　每个子系统采用统一身份验证，通过授权以网页形式登陆，在任何地点均可以查询、管理和操控系统。AcrelEMS‑EDU 支持对接校园统一身份认证，单点登录，各子系统不再需要独立账号。

　　5 利用监管平台查找跑冒滴漏

　　在能源监管平台初步实现二级计量的基础上，查看分析各用能单位或公共建筑单位的用能数据，可以选择统计类型，通过按日统计，查看近期或当日的能源消耗状况，能够直观地发现近期或当前存在的问题，以便及时查跑堵漏，减少损失，降低不必要的消耗，示例如下：

　　(1) 正常的用电消耗，用能单位或用能建筑的用能性质在合理的时段内都应该是低耗的或者是零消耗的，如 2 号学生公寓的用电情况统计说明线路无损耗、该楼内无大功率电器、无长明灯现象，用就消耗，夜深人静时不用就零消耗；第八教学楼的用电情况统计说明该楼内有低耗电器设备常开，每小时至低耗电 3kWh，不排除有非正常用电消耗，但也算是合理的能耗范围。

　　(2) 不正常的用电消耗，如第十教学楼，在这样一座既无实验室又无办公区的单纯的教学楼里，在没有学生上课的情况下，夜间 0 时每小时耗电至少 66kWh，上午 10 时至高 87kWh，用电时差不大，耗电量基数不低，说明有大功率电器设备不分昼夜一直在运行。

图4 AcrelEMS EDU用电监控

图5 AcrelEMS EDU恶性负载识别

　　AcrelEMS‑EDU 支持对楼宇设置能耗阈值，识别夜间异常高耗电，自动报警；针对学生宿舍配置 DOSY1352‑xDM 宿舍终端，实现恶性负载识别，识别热得快等违规电器并自动保护跳闸；智慧照明、空调监控模块，可按照课表、作息时间实现公共区域灯具空调定时开关，消除长明灯、空转空调这类隐性能源浪费问题。

图6 智能照明监控

图7 空调在线监测

　　6 结束语

　　通过能源监管平台的分级计量与数据分析，能够及时检查水、电、暖管网线路情况，处理原有线路与新建线路存在的交叉叠加问题。解决一线多楼和一楼多线、线路管网下粗上细等管线拓扑结构不合理现象，减少分支多线损大的问题，在基建施工与维修改造的过程中，树立合理的管线拓扑结构是实现准确计量的基本条件和实现节能降耗的基本保证，以保证能源监管平台数据采集的准确性，既便于计量管理，又利于解决安全隐患，为科学管理，建设智慧校园提供可靠的依据，从而不断强化能源保障供应能力。

　　结合安科瑞 AcrelEMS‑EDU 工程实践来看，完整的智慧能源监管不仅是能耗数据采集统计，还融合电气安全、宿舍管控、设备运维、新能源监测、预付费计费等业务。平台将能耗分析与安全运维融为一体，既满足高校节能监管导则的硬性建设指标，又切实解决高校运维人力紧张、跑冒滴漏难发现、宿舍用电风险高的现实痛点，为绿色低碳智慧校园落地提供技术支撑。

　　参考文献

　　[1] 单联进，基于数字化智慧校园的能源监管平台建设与应用，2022.01

　　[2] 高静。高校智慧校园框架研究 [J]. 中国管理信息化，2019,22 (1):168‑169.

　　[3] 智慧能源综合管理平台大数据信息化平台整体设计方案 [Z]. 互联网文档资源，2019.

　　[4] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2026.1月版