王璐月
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：智能能耗管理系統(tǒng)基于“互聯(lián)網+"，采用物聯(lián)網技術、網絡通信技術、大數據分析和預測技術，對企業(yè)“電、水、氣"等能源消耗及供能、用能設備狀態(tài)的動態(tài)監(jiān)控和數字化管理，起到提質、增效、降本、減存的作用。
關鍵詞：互聯(lián)網+；物聯(lián)網；大數據；能耗管理
1 概述
1.1背景
隨著國家及社會層面對“綠色經濟"，“低碳經濟"的深入推廣，工業(yè)企業(yè)對自身的能耗水平也日益重視，并采取節(jié)能措施來降低企業(yè)能耗成本，提高工業(yè)企業(yè)能源利用率和經濟效益。
根據2016年所發(fā)布的發(fā)改能源文件要求，國家能源委員會已經聯(lián)合中央財經小組聯(lián)合召開會議，并對智慧能源發(fā)展做出部署，從而使智能消耗符合新經濟常態(tài)的發(fā)展要求，從長遠角度對能源產業(yè)進行布局，遵從綠色低碳理念，將智能化作為能源體系的發(fā)展基礎，當信息技術和能源結構組合在一起，能夠推動能源產業(yè)建設和創(chuàng)新，促使能源產業(yè)符合供給側的結構要求。在遵從該文件要求的情況下，我國智慧能源發(fā)展能夠實現(xiàn)從能源大國到能源強國的轉變，并提升能源利用效率。
1.2目標及范圍
通過對供電、供氣、空調等相關能源進行統(tǒng)一的監(jiān)控管理，包括智能電表、智能氣表、車間環(huán)境溫度、風柜、吊柜、氣閥、壓力等進行統(tǒng)一的監(jiān)控，實現(xiàn)數據的集中化管理，同時系統(tǒng)會根據業(yè)務需求，通過大數據分析制定相對應的能源智能控制策略，實現(xiàn)提質、增效、降本、減存的目的。
2 系統(tǒng)拓撲圖
如圖1所示，系統(tǒng)從開始的終端設備（傳感器設備）采集，通過數據的轉換、匯聚到網絡控制器、設備控制箱，實現(xiàn)將串口協(xié)議信號轉換為TCP/IP協(xié)議數據，然后由系統(tǒng)根據預先設定的采集頻率，把這些不同廠家產品的16進制數據集中轉換成系統(tǒng)標準的數據，集中存儲在服務器的數據庫中進行處理、過濾、統(tǒng)計。
圖1
3 系統(tǒng)設計
能源管理系統(tǒng)架構采用基于J2EE框架，使用B/S結構的MVC設計模式。B/S結構可移植性強，可運行于不同操作系統(tǒng)（Windows、RedHatLinux等），真正實現(xiàn)了跨平臺部署。在MVC模式中，由于按層把系統(tǒng)分開，3個層各施其職，一旦哪一層的需求發(fā)生了變化，只需要更改相應的層中的代碼而不會影響到其他層中的代碼。也更有利于開發(fā)中的分工，網頁設計人員可以進行開發(fā)視圖層中的JSP，對業(yè)務熟悉的開發(fā)人員可開發(fā)業(yè)務層，而其他開發(fā)人員可開發(fā)控制層。MVC模式首要的作用是利于組件的重用。可以把業(yè)務層或控制層打包成獨立的jar，供項目調用。
3.1接口
能耗管理系統(tǒng)管理的是大量的傳感器設備，傳感器設備采集到的是硬件數據，不同廠家還有不同的標準。這就需要能耗管理系統(tǒng)根據國家或行業(yè)的相關標準，制定出一套統(tǒng)一的接口標準，統(tǒng)一的數據格式，靈活地可根據用戶需要設定的采集頻率，把硬件數據轉換成關系型數據庫能存儲易于使用的數據。這個接口標準應該能兼容現(xiàn)在大多數廠家的設備，并要考慮后續(xù)技術升級帶來的可擴展性。
3.2報表
報表統(tǒng)計分析是能耗管理系統(tǒng)運維質量的度量依據，報表生成靈活，呈現(xiàn)多樣，能滿足用戶不斷變化的統(tǒng)計需求，報表分析能夠有序地展現(xiàn)能耗及能耗設備的所有指標，生成各種分析報告和圖表，全面呈現(xiàn)系統(tǒng)的能耗使用情況、設備資源、告警統(tǒng)計、系統(tǒng)運行狀況等，為故障診斷、領導決策提供科學的、可量化的依據。
能耗管理系統(tǒng)的表報分析主要的途徑就是用圖表的方式，直觀地展示能耗的使用情況。豐富的圖形展示方式，是本系統(tǒng)的一大特點。因此在系統(tǒng)中使用了大量的圖表，不同的圖形顯示方式。有折線圖、曲線圖、面積圖、餅形圖，甚至3D圖。
在能耗管理系統(tǒng)中使用了Highcharts。Highcharts是一個用純JavaScript編寫的一個圖表庫，能夠很簡單便捷地在Web網站或是Web應用程序添加有交互性的圖表。HighCharts界面美觀，由于使用JavaScript編寫，所以不需要像Flash和Java那樣需要插件才可以運行，而且運行速度快。另外HighCharts還有很好的兼容性，能夠支持當前大多數瀏覽器。
4 移動管理
當故障來臨的時候，工程師不在或無法快速到達辦公區(qū)，應該怎么辦？通過微信，運維人員可以對監(jiān)控的告警信息進行接收，通過查看相關的告警信息，從而快速地鎖定問題的所在。
移動運維將使IT運維人員不再受到地域的限制，可以在任何地方通過移動或無線網絡連接到平臺中進行運維工作的處理，再也不會因為突發(fā)事件找不到人員而造成重大后果，也不會因為突發(fā)事件需要趕往現(xiàn)場而延誤處理時間。
運用移動終端運維理念，將運維的監(jiān)控信息和告警信息從傳統(tǒng)的電腦、現(xiàn)場處理，轉化到移動手機終端處理，運維人員可通過手機在出差地、家中、休閑場所等，進行資源監(jiān)控信息的查看，告警信息的查看，擺脫了電腦的束縛。
實現(xiàn)微信小程序的監(jiān)控信息和告警信息的接收功能。
5 功能設計
如圖2所示。
圖2
5.1大屏可視化
在八宮格大屏展示中，設計能源管理系統(tǒng)UI展示4個模塊：供電、供氣、溫度、運維預警。每個模塊通過圖表的形式呈現(xiàn)監(jiān)控數據。供電：雙曲線圖展示用電量趨勢、實時值與限定值對比；供氣：雙曲線圖展示用氣量趨勢、實時值與限定值對比；溫度：呈現(xiàn)溫度趨勢，直觀展示是否超限；運維預警：呈現(xiàn)不同模塊的運行狀態(tài)及系統(tǒng)異常信息。
5.2實時監(jiān)控
通過2D仿真將實際監(jiān)控管理的設備進行數據的綁定，便于呈現(xiàn)實時的數據到系統(tǒng)中，便于上大屏進行管理，如若有告警，則會在當前界面中即使閃爍提示。
5.3實時告警
對當天告警信息進行統(tǒng)計，其中一個為告警等部分為實時告警列表，呈現(xiàn)已經發(fā)生的告警消息。
5.4智能預警報警
在發(fā)生故障時，能源管理平臺可將預警報警信息進行分析，并通過短信、郵件、語音等方式及時將報警信息發(fā)送給相關負責人。
5.5能耗統(tǒng)計
能源消耗狀況分析的主要內容有：用電量、用氣量。分析方法要運用多種分析方法，才能對能源的使用情況進行全面、系統(tǒng)、由量到質的分析和研究、剖析和概括。常用的方法有：對比分析法；統(tǒng)計分組法、結構分析法、動態(tài)分析法、因素分析法。通過使用不同分析方法，希望找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費。
5.6能耗負荷的預測
在現(xiàn)在的技術下，電能還不能大量的儲存，保持電力系統(tǒng)在高峰時的供需平衡，并向各類用戶盡可能經濟地提供可靠和合乎標準的電能，以滿足他們對負荷的需求，就是能耗負荷預測的意義。在系統(tǒng)中可以對以往的能源消耗數據進行多個維度的分析，全面、深入的了解能源消耗的設備工作原理，從而計算出企業(yè)在能源消耗方面的負荷信息。
5.7能源調度
利用能源管理系統(tǒng)為調度中心提供相關信息，促使調度中心及時給予正確指揮，實現(xiàn)能源合理化調度，強化對能源的分散或集中控制。
5.8能耗設備
企業(yè)需要對自身的能耗設備進行統(tǒng)一管理，將能耗設備分類，并明確標識，將標識作為管理能耗設備的紐帶，構建關于能耗設備管理的框架，實現(xiàn)臺賬、檢修、缺陷及變更方面的管理。企業(yè)在對能耗設備實時管理的情況下，其能夠了解設備的具體運行狀態(tài)及效率，并及時將能耗較大或者是已經出現(xiàn)故障的設備進行維修或淘汰，避免因為設備故障而造成安全事故。
5.9能耗對標
針對企業(yè)的年度、季度能源消耗數據進行分析，了解單個產品的能耗、整個工廠的能源消耗、產品生產工序的能源消耗，從多個維度對企業(yè)進行能耗分析，能夠了解企業(yè)本身和其他同行業(yè)企業(yè)之間的差距，優(yōu)化企業(yè)的生產工藝，對設備進行改造升級。
5.10能耗指標
強化對企業(yè)生產工序的管理，明確不同工序所需要消耗的能源指標，根據企業(yè)自身所具備的資源狀況，構建關于能源指標的管理體系，優(yōu)化不同生產工序的能源消耗狀態(tài)，對生產設備進行對比，選擇其中能耗較小的設備，有效落實企業(yè)能源管理工作。
5.11能源審計
收集企業(yè)能源消耗數據，對企業(yè)能源消耗情況進行審計，了解企業(yè)在能源節(jié)省方面所存在的缺點，擬定企業(yè)能源改造方面的目標，并將該目標數據提交給審計部門，確保企業(yè)能夠為了能源改造的目標實現(xiàn)而努力。
5.12系統(tǒng)配置
系統(tǒng)配置主要包含用戶管理、角色管理、權限管理、報警策略配置、系統(tǒng)參數維護等功能，便于用戶維護系統(tǒng)數據，配置用戶權限、報警策略等。
6 安科瑞能耗監(jiān)控系統(tǒng)介紹
Acrel-5000能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)是用戶端能源管理分析系統(tǒng)，在電能管理系統(tǒng)的基礎上增加了對水、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與分析，通過對用戶端所有能耗進行細分和統(tǒng)計，以直觀的數據和圖表向管理人員或決策層展示各類能源的使用消耗情況，便于找出高耗能點或不合理的耗能習慣，有效節(jié)約能源，為用戶進一步節(jié)能改造或設備升級提供準確的數據支撐。用戶可按照國家有關規(guī)定實施能源審計，分析現(xiàn)狀，查找問題，挖掘節(jié)能潛力，提出切實可行的節(jié)能措施，并向縣級以上人民政府管理節(jié)能工作的部門報送能源審計報告。
6.1平臺結構
Acrel-5000能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)以計算機、通訊設備、測控單元為基本工具，根據現(xiàn)場實際情況采用現(xiàn)場總線、光纖環(huán)網或無線通訊中的一種或多種結合的組網方式，為大型公共建筑的實時數據采集及遠程管理與控制提供了基礎平臺，它可以和檢測設備構成任意復雜的監(jiān)控系統(tǒng)。開放性、網絡化、單元化、組態(tài)化的采用面向對象的分層、分級、分布式智能一體化結構。建立如下層次結構：
圖3 能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)結構圖
6.2平臺功能
(1)系統(tǒng)可按使用年份統(tǒng)計建筑物各分類能耗——電、水、氣、集中供熱、集中供冷以及其它能源消耗量，自動折算成相應的標準煤消耗量，從而反映建筑物當年各分類能耗用能和綜合能耗。系統(tǒng)以餅圖形式展示建筑4大用電分項能耗的占比情況。系統(tǒng)以曲線圖形展現(xiàn)各類能耗的消耗的消耗趨勢，便于業(yè)主方實時直觀掌握能源消耗情況。
(2)系統(tǒng)可以根據分類能耗的支路名稱查詢用能情況，顯示當日和當月的用能峰值。顯示當日用能、當月用能、當年用能與昨日同期用能、上月同期用能、上年同期用能的比較情況。以條形顯示過去48小時、31天、12個月、3年的能耗情況。右上角顯示過去15分鐘曲線（電表顯示功率曲線，流量表顯示流速曲線）。
(3)系統(tǒng)依據建筑物能源消耗的分布情況進行能耗計量點的選取和設置，使得能耗監(jiān)測系統(tǒng)可以覆蓋整個建筑物。系統(tǒng)使用者可通過相關界面調取該建筑物各能耗節(jié)點的能耗統(tǒng)計報表，減少用能的“跑、冒、滴、漏"和計量誤差。
(4)系統(tǒng)依據住建部分類分項能耗數據采集導則，將建筑物耗電分為照明插座、空調、動力和特殊用電進行計量裝置選型和設置，并按用能區(qū)域或功能區(qū)域等劃分并進行統(tǒng)計，以報表和同、環(huán)比棒圖形式展現(xiàn)該區(qū)域的能源消耗。
(5)系統(tǒng)可針對能源消耗量大的設備或區(qū)域進行準確定位，便于管理層制定節(jié)能績效考核制度，推動節(jié)能降耗的有效執(zhí)行。為用能重點設備建立運行記錄檔案，長期跟蹤記錄設備運行過程中的能效分析評估結果，結合設備維護保養(yǎng)記錄，為設備的運行維護提供依據。
(6)系統(tǒng)提供分級權限管理功能，對具備權限用戶提供開放的信息維護接口，用戶可自行對建筑和系統(tǒng)監(jiān)測范圍內計量點的信息進行增、刪、改和查詢，建筑物信息包括建筑類型、建設年代、建筑面積、建筑物人員數量等。系統(tǒng)還對無法自動采集的計量信息提供手動錄入功能，便于使用者掌握建筑物總體能耗情況。
6.3數據上傳
安科瑞能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)按照重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)技術規(guī)范定義的系統(tǒng)平臺接口協(xié)議規(guī)范的要求，將用能企業(yè)的基礎信息、計量器具信息、用能數據及能效數據上傳至省級或國家平臺，上傳數據經過HTTPS協(xié)議加密傳輸。如果數據傳輸失敗或超時（網絡故障），將重發(fā)數據，直至接收成功反饋消息。
6.4能源計量表具選型
7 結語
能耗管理系統(tǒng)，搭建了一個合理、高效的信息傳輸平臺和管理平臺，形成一套行之有效的節(jié)能減排解決方案，及時預測企業(yè)的能源消耗數據，完成對企業(yè)能耗數據的監(jiān)測和預測，實現(xiàn)對能耗數據的預警，為企業(yè)決策提供了多方位、可視化的數據信息查詢和決策支持服務，達到科學用能、科學管理的目的。
方案沒有實現(xiàn)根據性能指標，設備負荷情況對能耗設備的回斷控制功能，這是下一步系統(tǒng)要升級解決的問題。
更新時間：2023-11-30 
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