科技创新

项目在能耗模拟模型、能效诊断与评价、节电计量与验证等方面取得了技术突破与创新：

(1) 提出了工商业用户供配电、中央空调、风机、水泵等8个典型用能系统的移动能效检测实验室集成方案和设计方法，并提出了开发了基于实时数据收集的综合能源消耗模拟和能源效率。 集诊断、节能辅助决策等功能为一体的能效检测移动实验室。

(2) 基于基线标定能耗的节能分析理论，提出了四类典型项目节能和永久/临时节电测量验证方法，并开发了实用的技术工具，解决了存在的不足解决了电力需求侧节电验证方法和工具的问题。

(3) 提出了一种基于三相周期精确测量数据的工商业供配电系统能耗模拟与节能潜力分析方法，为供配电提供了全过程分析工具。配电系统能效评价与节能辅助决策。

(4) 建立了基于瞬时系统仿真的热泵仿真模型，可以模拟建筑物、地埋管道、热泵空调机组的全系统，模拟多种设计方案和多种工况。

（5）提出了适用于多参数、多通道、自模块化采集终端的总体技术方案和设计方法，开发了能效数据采集终端、能效集中终端等系列设备，解决了传统设备采集参数类型单一、扩展性差、通信协议不一致、现场能效监测分析难以实施等。

成果应用及福利

该项目极大地提高了节能服务机构的技术能力和业务水平，为工商企业等用能单位提高能源管理水平和能源效率利用做出了贡献。 在降低用能单位能源支出的同时，也提高了社会节能意识。 其中，《电力需求侧管理项目节电量计量验证方法》通过国家发改委发函在全国推广，移动能效检测实验室在北京、山东、辽宁、安徽等地。 项目成果为年投资1000亿元以上节能项目的评价提供了技术依据，为国家10亿元奖励资金的分配提供了技术支撑，促进了国家的发展。电力需求侧管理。

截至2014年，该项目已实现经济收入7151万元，利润1430.2万元，预计未来五年可实现直接经济效益36750万元。 项目成果能效检测及节能评价体系应用后，预计北京市每年可节约标准煤142.72万吨，减排二氧化碳395.69万吨，间接经济效益8.57亿元。 该成果已在山东、辽宁、安徽等地推广应用，预计每年可带来经济效益25.7亿元。

完成单位介绍

中国电力科学研究院用电与能源效率研究所主要从事智能用电、能效管理、电动汽车充换电等领域的基础理论和重大关键技术研究，研发与应用。核心设备、技术支持服务和试验检测。 电力消费与能源效率的综合性专业研究机构。 拥有北京市电动汽车充换电工程技术研究中心、国家能源智能电网技术研究开发（实验）中心、电网安全与节能国家重点实验室。 是政府电力需求侧管理工作的核心支撑单位。 被工信部评为工业领域一流电力需求侧管理服务机构。 是我国电能消耗与能效领域的综合性专业研究机构。 委员会秘书处与全国低碳计量委员会低碳动力工作组秘书处为挂靠单位。

完成单位：中国电力科学研究院、国网北京市电力公司、北京国网普瑞特高压输电技术有限公司

完成者：闫华光、钟鸣、江利民、熊敏、郭冰清、苗长海、陈松松、何贵雄、曲波、孟俊雅、黄伟、程玲、郭燕飞、杨旭、雪莉

项目背景

截至2014年，我国共有节能服务企业和能效评价机构4000多家。 然而，在开展节能服务过程中，节能服务机构缺乏理论方法和系统的技术工具来支撑能效评估和节电验证。 在国家推进电力需求侧管理实施过程中，电力需求侧管理试点城市财政补贴分配和电网“两千分之三”节电考核没有统一的考核依据企业。 因此，开展理论方法、仿真建模、系统开发等研究工作迫在眉睫。

为解决上述问题，2011年起，中国电科院等单位开展了“典型用能系统能耗模拟与节能分析技术研究、系统开发及工程应用”项目的研究。 ，并开发了方便的能效数据收集系统。 是集专业用能系统能耗模拟分析、能效快速诊断评价等功能于一体并开展实际应用的综合移动运营平台。

节能服务远程技术支持中心工作场景

能效检测移动实验室现场节能服务工作场景

项目介绍

该项目属于新能源与节能技术领域，涉及电气工程、热能工程、暖通工程、通信工程等专业。 通过自主创新忻州焦化公司能耗管理系统，形成了一批具有自主知识产权的创新成果和发明专利。 在项目研发过程中，项目第一完成人闫华光带领项目团队开展关键技术攻关，形成了适合我国国情的电力需求侧管理项目评价方法体系，建立了完整的电力需求侧管理项目评价方法体系。需求侧管理技术标准体系，涵盖能效管理、电能替代和需求响应等，这些标准的编制和发布促进了电能服务市场的规范发展，促进了电能服务产业化。 依托项目研究，发表《移动电源能效检测系统研发及应用方法研究》等论文8篇，申请《电源能效监测终端》、《电源供应器》等9项专利（已授权3项）及配电系统能效监测和节能“评价”等软件工程，编制国家电网公司关于电力能效监测、节电计量与检定等国家标准和企业标准共16项。

2015年1月22日，中国电力科学研究院牵头的“典型用能系统能耗模拟与节能分析技术研究、系统开发及工程应用”项目通过中国电机工程学会组织的成果鉴定工程。 项目评审会上，由两院院士组成的评审委员会认为：项目成果技术先进、功能齐全、效益显着，便于推广和产业化，对我国具有重要意义。促进节能减排； 项目整体技术填补国内空白，能效检测移动实验室为国内首创，在能效监测技术、能耗模拟与节能分析、节电计量与检测等方面处于国际领先水平。验证等

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一、项目概况

1.1 简介

在工业领域，节能减排是国家提出的战略要求，也是企业发展的方向，对于降低企业生产成本具有重要意义。 以中国钢铁企业宝钢为例，粗略估算，宝钢2009年钢产量约3000万吨，吨钢能源成本约1000元，能源成本为300万亿元。 如果能源利用率能提高1个百分点，就可以节省3万亿元的能源成本，而宝钢只是一家中国企业。 可见，节能减排的研究具有巨大的市场价值。 仔细看，在连续生产企业中，保证流水线连续工作，减少了因某一环节出现故障而造成的重大损失。 在电力生产企业中，其配电装置的正常运行对企业的持续生产具有重要意义。

该方案将实现各生产设备和配电箱的能耗和温度检测。 通过对历史能耗数据的处理，实现能耗数据可视化，对企业发现重点用能设备，精细化管理能耗，进一步加强节能减排具有重要意义。 同时，设备温度的实时检测可以检测管道和配电装置是否工作异常。 当出现异常现象时，及时报警，可以将异常情况造成的损失降到最低。 还可以根据已有的历史数据，预测未来的能耗和温度变化趋势能耗监测与管理系统厂家招聘，提醒管理人员何时可能出现温度异常，提醒他们采取措施或进行维护。

总的来说，能耗检测可以帮助企业节能减排，降低企业的能源成本，而温度检测对于防止因故障造成的损失具有重要意义。

1.2 项目介绍

本项目的系统架构包括传感器节点、汇聚节点和管理节点三部分，如下图所示：

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图1

传感器节点由硬件平台和传感器实现。 它会放置在每台需要测量的生产设备和配电箱上，测量并显示设备的功率和温度信息，并通过通讯模块将测量数据及时发送给对应的。 如果信息异常，则汇聚节点将在发送的数据中添加告警信号。 汇聚节点由PC机、负责通讯的硬件和发出报警信号的硬件实现，每个生产车间或一定数量的生产设备都会配备一个汇聚节点。 它可以存储传感器节点的历史信息，分析一定范围内生产设备的工作状况，最后将获取的数据发送给管理节点进行处理。 管理节点可以由多台PC组成，是整个企业能耗、温度监控的综合信息中心，可以看到企业内所有生产设备的相应信息，为决策提供依据——企业高管的培养。

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2、需求分析

2.1 功能需求

从单个传感器节点的功能来看，将实现对单个生产设备和配电箱的能耗测量和温度测量。 一些节点可以进一步引入交换设备。 在特殊情况下，电路会主动关闭。 在能源供应方面，开发板采用220V/380V电压供电，引入的霍尔传感器采用电池供电。

从网络系统的整体功能来看，将实现对全厂电力、温度信息的实时监控，使相关信息可视化，并提供及时的告警机制； 通过分析历史数据，预测厂内温度变化趋势，提供预警功能，管理人员可在预测的异常温度范围内采取相关措施； 同时，他们可以从时间和空间两个维度了解工厂内部的能源消耗情况，并利用可视化软件将其很好地展示在管理者面前，为管理者加强企业的节能降耗工作。减少消费提供了很好的帮助。

2.2 性能要求

管理者最终看到的能耗和温度信息有一定的延迟。 延迟时间是从传感器节点检测到相应的信息，发送给汇聚节点，再交给管理节点显示所消耗的时间。 同样，预警功能也有一定的延迟，因为预警信息需要从传感器节点发送到汇聚节点。 但是信息显示的延迟不会对整个数据的监控带来太大的负面影响，报警的延迟也是可以接受的，只要控制在允许的范围内即可。

传感器节点向汇聚节点发送数据包时，存在数据包丢失的问题，此时可以引入ACK机制，即汇聚节点成功接收到数据包后，发送ACK帧给汇聚节点传感器节点，以保证数据的可靠传输； 同时，可以对带有告警信息的数据包引入优先级机制，使其优先被汇聚节点处理。 上述改进方案可以改善丢包问题。

三、方案设计

3.1 系统结构图及模块功能分析

3.1.1 传感器节点结构框图及各模块功能分析

传感器节点的系统结构框图如下：

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图二

传感器节点由五部分组成：供能模块、传感器模块、处理器模块、显示模块和通信模块。 其中，供能模块为其他模块提供能量； 传感器模块采用霍尔传感器测量生产设备的电压和电流，采用工业上常用的镍铬镍硅热电偶测量生产设备的温度，并将信息传送给处理器模块； 处理器模块根据电压和电流信息计算出设备的功率，然后将功率和温度信息传输到显示模块，显示在液晶屏上，并将温度信息与预设的安全阈值进行比较。 如果发现温度异常，则将告警信息添加到电源温度信息中，一起发送给通讯模块。 通信模块将数据打包成数据包后，直接发送给附近的sink节点进行统一解析。

3.1.2 聚合节点结构框图及各模块功能分析

汇聚节点的系统结构框图如下：

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图三

汇聚节点由供能模块、处理器模块、通信模块和告警模块组成。 供能模块为其他模块提供能量； 通信模块随时监听空间中是否有来自传感器节点的信息，并将接收到的信息发送给处理器模块，并将处理模块处理后的信息发送给管理节点； 处理器模块负责区域内所有信息的综合处理，并将处理后的信息传递给通信模块。 如果有异常信息，会把相应的信息传递给告警模块； 报警模块接收到报警信息后，会发出报警声，提示是哪台机器温度超限。

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3.1.3 管理节点结构框图及各模块功能分析

管理节点的系统结构框图如下：

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图四

管理节点由能源供应模块、处理器模块和通信模块组成。 供能模块为其他模块提供能量； 通信模块负责与汇聚节点通信，将接收到的信息发送给处理器模块，处理器模块负责对工厂内的所有信息进行综合处理，从而获得生产设备的能耗和温度情况.

3.2 硬件平台选择及资源配置

选择硬件平台，引入霍尔传感器、报警设备、PC机等硬件搭建整个系统的硬件体系。

3.2.1 传感器节点的硬件使用

开发板实现了温度测量、信息处理、信息显示和通信等功能，引入霍尔传感器实现电流电压的测量。 开发板直接接电源，提供持续供电。 内置温度传感器测量温度。 使用的MCU负责信息处理和指令传输。 它使用一个 4 x 20 的蓝色 LCD 屏幕来显示信息，并通过 USART 与汇聚节点进行通信。 霍尔传感器侧可由内置电池供电，以保持其相对较小的尺寸并易于放置。 同时与开发板连接，将测量到的信息及时传送给开发板。

3.2.2 汇聚节点的硬件使用

汇聚节点的能量供给模块和处理器模块由PC机实现，具有能量供给、信息处理和命令传输功能； 报警模块由报警器实现，报警器接收到报警信号后发出报警声。

通信模块的两个功能是通过不同的硬件来实现的：一是与传感器节点的通信，可以利用信号收发器来实现这一层的通信； 另一种是与管理节点的通信，可以通过全厂PC直接更新。 实现内部数据库服务器的信息，以便管理节点的PC处理相关信息。

3.2.3 管理节点硬件使用情况

每台PC相互协作或功能非常强大的PC处理整个工厂的能耗和温度信息，并通过可视化软件显示出来。

3个

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3.3 系统软件架构

3.3.1 传感器节点软件架构

传感器节点的软件架构图如下：

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图五

以Linux内核为指导，以多种硬件为支持，实现设备通讯和LCD显示功能。 在实际开发过程中，可能还会引入其他应用，所以预留其他应用的API接口。

3.3.2 汇聚节点和管理节点的软件架构

汇聚节点和管理节点由PC实现，因此不再详细画出PC实现的软件架构，给出基于数据库服务器的汇聚节点和管理节点通信的架构图。

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图六

管理节点和汇聚节点的区别在于，管理节点还需要一个能耗和温度的可视化软件，让管理者随时看到整个工厂内部的能耗和温度； 汇聚节点还需要添加告警服务和通信服务，告警服务用于发生异常时报警，通信服务用于与传感器节点通信。 （这里的通信服务是指与传感器节点的通信，由PC机实现，与管理节点的通信由PC机通过数据库服务器实现。）

4个

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3.4 系统运行流程图

3.4.1 传感器节点运行流程图

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图七

3.4.2 汇聚节点运行流程图

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图八

3.4.3 管理节点操作流程图

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图 9

3.4.4 系统运行流程图分析

从以上三个流程图可以看出，上电后各模块开始独立工作，通过检测是否接收到外部信号以及是否有异常信息来确定流程图的流向。

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3.5 系统预期效果

该方案将实现各生产设备和配电箱的能耗和温度检测。 通过对历史能耗数据的处理，实现能耗数据的可视化，对企业发现重点耗能设备，进一步加强节能减排具有重要意义。 同时，设备温度的实时检测可以检测管道和配电装置是否工作异常。 当出现异常现象时，及时报警，可以将异常情况造成的损失降到最低。 还可以根据已有的历史数据，预测未来的能耗和温度变化趋势，提醒管理人员何时可能出现温度异常，提醒他们采取措施或进行维护。

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