綜合能源管理系統(tǒng)軟件設(shè)計研發(fā)

賈梟

摘要：能源是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展命脈，現(xiàn)在隨著經(jīng)濟(jì)體量的不斷增加，能源的消耗也呈逐年上升趨勢。但不可再生能源的儲存量日漸枯竭，可再生能源的占比不高且利用率低。具備可再生、分布式、互聯(lián)性、開放性、智能化特征的能源互聯(lián)網(wǎng)將成為未來電網(wǎng)發(fā)展的趨勢。因此，一方面節(jié)能降耗是社會、企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急;另一方面企業(yè)通過節(jié)能減排，降低成本，可有效提高企業(yè)在市場的競爭力并降低能源的運(yùn)維壓力。建立能源管理系統(tǒng)，提高能源使用效率具有極其重要的意義。

關(guān)鍵詞：節(jié)能;能源管理;能源互聯(lián)網(wǎng);

引言：綜合能源管理系統(tǒng)作為企業(yè)能源管理的現(xiàn)代化、智能化管理系統(tǒng)，對節(jié)能降耗，提升產(chǎn)品市場競爭力有著重要的作用，本文從綜合能源管理系統(tǒng)構(gòu)建的結(jié)構(gòu)及功能等方面介紹本系統(tǒng)的研發(fā)思路。

一、研究目標(biāo)

1.1總體目標(biāo)

1.1.1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對能耗系統(tǒng)的集中監(jiān)控，滿足對現(xiàn)場的無人值守，滿足對系統(tǒng)運(yùn)行狀況的實(shí)時監(jiān)控，滿足對系統(tǒng)的用能評估;

1.1.2系統(tǒng)既提供綜合應(yīng)用平臺（SCADA、DA、DPAS、GIS等功能），也提供對FTU、DTU、TTU、負(fù)控終端等各種終端設(shè)備的通用綜合數(shù)據(jù)采集平臺，將采集到的數(shù)據(jù)、負(fù)荷狀態(tài)等采用通信通道，完成數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)方控制等功能。通訊協(xié)議兼容：IEC104、IEC101、ModBUS等。

1.1.3能源數(shù)據(jù)在綜合能源服務(wù)平臺匯總、對標(biāo)產(chǎn)品單位能耗指標(biāo)，以及能源梯級利用狀況和排放參數(shù)等，分析后對企業(yè)能源綜合利用方式提供改進(jìn)意見。

1.2預(yù)期成果

1.2.1合理計劃和利用能源，降低單位產(chǎn)品能源消耗，提高經(jīng)濟(jì)效益，降低二氧化碳排放。

1.2.2通過能源計劃，能源監(jiān)控，能源統(tǒng)計，能源消費(fèi)分析，重點(diǎn)能耗設(shè)備管理，能源計量設(shè)備管理等多種手段，使企業(yè)管理者對企業(yè)的能源成本比重，發(fā)展趨勢有準(zhǔn)確的掌握，使節(jié)能工作責(zé)任明確，促進(jìn)企業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展。

1.3產(chǎn)品性能指標(biāo)

1.3.1整體結(jié)構(gòu)

設(shè)備層：通過變電自動化設(shè)備、配電自動化設(shè)備、分布式能源即插即用設(shè)備、能源站控自動化設(shè)備、智能表計設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)冷熱氣電的綜合能源數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控;

通信層：利用無線公網(wǎng)、載波通信、光纖網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)等綜合手段，實(shí)現(xiàn)能源信息的數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程的控制操作、客戶之間的雙向互動;

系統(tǒng)層：統(tǒng)一建設(shè)部署綜合能源運(yùn)營服務(wù)平臺，整個平臺采用B/S架構(gòu)，以數(shù)據(jù)直接采集、客戶自動化系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)、電力系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)集成等手段，實(shí)現(xiàn)包括多源信息采集與集成、分布式電源接入控制、需求側(cè)能源動態(tài)分析、供應(yīng)側(cè)能源分析、能源動態(tài)平衡最優(yōu)方案等具體功能。

1.3.2功能體系

平臺支撐體系設(shè)計采用SG-UAP的整體技術(shù)架構(gòu)體系;采用OSGi標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的核心框架，在數(shù)據(jù)的存儲和處理方面融入了大數(shù)據(jù)處理與云計算技術(shù);在能源信息綜合采集監(jiān)控的基礎(chǔ)之上，進(jìn)行處理和分析，配置四表集抄、能源分析、報表管理、能效控制、輔助決策等相關(guān)應(yīng)用。

1.3.3硬件架構(gòu)

系統(tǒng)采用分層分布式的物理架構(gòu)，主要分為兩個區(qū)域：主運(yùn)行區(qū)和安全控制區(qū)。主運(yùn)行區(qū)面向純客戶資產(chǎn)設(shè)備及系統(tǒng)的信息接入與分析管理，安全控制區(qū)面向增量自有資產(chǎn)的設(shè)備控制，以及公司信息交互接入。

二、主要研發(fā)內(nèi)容

2.1故障綜合研判

基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治雠c故障監(jiān)測信息，綜合判斷故障原因、設(shè)備節(jié)點(diǎn)，給出故障處理策略指導(dǎo)應(yīng)急處置與事后搶修;

2.2多能協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)控制

對集中能源站的冷（熱）機(jī)組和其他能源儲存輔助設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)測并根據(jù)負(fù)荷監(jiān)控情況，以安全穩(wěn)定與能耗最低為約束，實(shí)時調(diào)整機(jī)組出力，保證系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行;

2.3能效審計服務(wù)

面向能源站、新能源、儲能及微電網(wǎng)、用能企業(yè)等，結(jié)合階梯電價、峰谷電價、設(shè)備負(fù)載水平等，以經(jīng)濟(jì)性為約束給出合理能源供給/存儲/消費(fèi)策略;

2.4綜合可視化

實(shí)現(xiàn)區(qū)域能效實(shí)時呈現(xiàn)、歷史查詢、挖掘分析、能耗預(yù)測;綜合利用多媒體、多維互動技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)，全景監(jiān)控，同時面向社會公眾兼顧互動、體驗(yàn)與示范;

2.5自定義節(jié)能服務(wù)

企業(yè)能夠直觀地了解其用能信息，通過分析其商業(yè)模式和歷史用能數(shù)據(jù)，向其提供目標(biāo)明確的、可編制的節(jié)能計劃。根據(jù)用戶選擇的設(shè)施使用與節(jié)能方案調(diào)整情況，定期推送或執(zhí)行策略，并實(shí)時追蹤預(yù)案執(zhí)行的節(jié)能情況;

三、項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)及擬解決的技術(shù)問題

3.1技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

3.1.1綜合能源管理系統(tǒng)不限于數(shù)據(jù)采集、匯總、顯示等初級功能，技術(shù)上將在大量數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，依托人工智能執(zhí)行預(yù)測分析、機(jī)器學(xué)習(xí)，結(jié)合專業(yè)人員輸入不同變量參數(shù)，形成能耗診斷報告。

3.1.2綜合能源管理系統(tǒng)可根據(jù)客戶需求，訂制能耗指標(biāo)預(yù)警系統(tǒng)，通過執(zhí)行預(yù)測分析，提前提醒運(yùn)維人員作出反應(yīng)，保證企業(yè)能源高效利用。

3.1.3綜合能源管理系統(tǒng)不僅在能源輸入端有重要作用，同時也在廢棄物排放端增加監(jiān)測系統(tǒng)，根據(jù)環(huán)保要求及能源利用情況制定合理的環(huán)保投入和工藝管理措施。

3.2主要解決的技術(shù)問題

3.2.1基于數(shù)據(jù)中心的專業(yè)應(yīng)用。智慧能源綜合管理系統(tǒng)的建設(shè)以信息多維度分析和跨專業(yè)業(yè)務(wù)整合為切入點(diǎn)，設(shè)計開發(fā)一系列滿足業(yè)務(wù)需求的基于全景數(shù)據(jù)中心和ESB的使用化業(yè)務(wù)應(yīng)用，主要包括數(shù)據(jù)整合存儲及服務(wù)，技術(shù)數(shù)據(jù)分析的綜合監(jiān)控、定制化分析、有效性分析、關(guān)聯(lián)性分析及數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)安全。

3.2.2可視化綜合展示?？梢暬C合展示主要涵蓋系統(tǒng)監(jiān)視、綜合展示、業(yè)務(wù)整合三大部分內(nèi)容。系統(tǒng)監(jiān)視主要側(cè)重于對一次、二次運(yùn)行狀況的智能分析及故障處理;綜合展示主要側(cè)重于全景狀態(tài)、綜合分析結(jié)果、決策結(jié)果的的展示。

3.2.3基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的能源數(shù)據(jù)挖掘。能源大數(shù)據(jù)在生產(chǎn)和使用過程中產(chǎn)生，數(shù)據(jù)來源設(shè)計源、網(wǎng)、荷、儲多個環(huán)節(jié)，本系統(tǒng)將大數(shù)據(jù)處理技術(shù)與數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)相結(jié)合，將PI數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)通過Storm加載到HBase中，使用Spark或者M(jìn)apreduce對其中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，并將計算結(jié)果存儲在HBase中。在Oracle中建立數(shù)據(jù)立方，將HBase中存儲的計算結(jié)果轉(zhuǎn)到Oracle的數(shù)據(jù)立方中，然后使用Oracle中的數(shù)據(jù)立方提供報表查詢，以替代傳統(tǒng)數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)中的ETL過程。

四、技術(shù)原理

4.1專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)是指利用計算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部已有的很多專業(yè)水平的知識和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行思考和推斷，模擬人類專家解決復(fù)雜問題的計算機(jī)程序系統(tǒng)。

4.2智能控制

智能控制是指系統(tǒng)能在無人的情況下自主驅(qū)動，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，發(fā)出操作指令或執(zhí)行操作調(diào)整。

4.3人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由大量神經(jīng)元互相聯(lián)接而成，是一種運(yùn)算模型;可以模擬大腦思維，自動診斷，實(shí)現(xiàn)問題解決，由于在能源消費(fèi)過程中數(shù)據(jù)量大，過程復(fù)雜，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能基于數(shù)據(jù)，理性判斷問題，從而做出更準(zhǔn)確的反饋。

預(yù)期效益：在經(jīng)濟(jì)效益方面，企業(yè)通過綜合能源管理系統(tǒng)，能夠?qū)崟r準(zhǔn)確的把握生產(chǎn)過程中的能源消耗，根據(jù)數(shù)據(jù)分析，合理配置能源以及合理安排生產(chǎn)流程，通過節(jié)約能源，優(yōu)化系統(tǒng)達(dá)到降低生產(chǎn)成本的目的，最終為產(chǎn)品在市場上提供更大的競爭力。在社會效益方面，綜合能源管理系統(tǒng)具有良好的開放性，采用先進(jìn)、成熟的技術(shù)平臺，總結(jié)和吸收了成功案例經(jīng)驗(yàn)，除了能夠達(dá)到節(jié)能降耗，提高能源利用率外，還能改善環(huán)境問題，構(gòu)建綠色生態(tài)社會。

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