工业企业智慧能源管控系统研究及应用

工业企业智慧能源管控系统研究及应用

林峰平

深圳市康必达控制技术有限公司广东深圳518055

摘要：研究及应用工业企业智慧能源管控系统可以对用能单位的生产及能耗进行智慧化全局性的监控、跟踪、预警、能源调度、智能运维和评价。实现工业企业节能的数量化、可视化、可追溯能力及节能财务政策的联动化，保障用能方、供能方、管理方在节能增效过程的和谐稳定，为工业企业能源资产提供科学高效的智慧化管理工具和决策支持保障。大大减少能源成本和设备维护成本，提高企业经济效益，促进新能源产业的发展，带动企业节能减排效果的提升。

关键词：能源管理；节能减排；机器学习；能源预测；

引言

目前我国单位工业产能能耗是发达国家的2~3倍以上，面对如此严峻的事实，再加上习总书记提出国家“双碳”战略目标，节能减排迫在眉睫。而我国大部分工业企业用能单位，特别是民营工业企业用能单位缺乏熟悉计量工作的专业人员（管理、技术），用能单位计量管理水平不高，又没有建立比较完善计量检测体系，特别是能源计量体系的建立。部分工业企业高层管理者对能源计量工作重视不够，认为能源计量是只投入不产出，没有认识到能源计量工作的基础保证作用。所以此时此刻非常有必要对工业企业智慧能源管控系统研究及应用的探讨。

1.概述

工业企业智慧能源管控系统架构是基于国际开放的软硬件控制平台，以高开放性、兼容性和可靠性为基础，利用现代测控技术、数据处理与通讯技术、工业互联网技术、大数据技术以及人工智能技术，基于完善的能耗监测管理手段，采用分散控制器和交流采样技术，凭借功能强大的大流量高可靠性物联网通讯网络，为石油化工、电子、电力、有色冶金、轨道交通和大型基础设施等的能源设施的全时动态的能源管理控制提供全面专业的解决方案，达到对用户能源、用能设备和用能过程的完全掌握。

工业企业智慧能源管控系统是将AI智能算法应用于能源管理和控制领域，技术上我们采用微服务架构，目标使工业企业能源管理系统集成充分利用先进高科技技术，消除行业内因专业技术以及高成本服务造成的节能降耗效果无法满足期望目标要求的困境，为我们未来环保、健康的环境控制提供更佳的解决方案，满足工业企业可持续性高质量发展的要求。

主要体现在以下几个方面：

1. 系统采用分布式数据采集，数据上传到工业互联网云平台，保证多地域的统一性。
2. 可在集团内部搭建能源管控私有云平台，也可以为其他工业企业提供能源管控云服务。
3. 提供能源生产、输送、分配、转换、使用等过程的监视平台；实现对能源的生产、输送、分配、转换、使用等各个关键环节的全面可视化监控和能源调度，实现工业企业节能减排，提高企业经济效益；
4. 建立能源数据分析云平台，实现能源数据统计的客观、实时、高效呈现，提供能效分析决策支持；
5. 保证能源安全生产、稳定供应和合理有效使用，以最小的能源投入取得尽可能大的经济效益；充分优化能源系统，以求实现能源的合理配置、提高能源效率，实现能源成本最低化，提高企业持久核心竞争力；
6. 构建能源云模型，充分利用先进算法及工具，从能源云数据中挖掘信息，促进能效分析决策的持续改进。

2.系统网络架构设计

工业企业智慧能源管控系统网络架构主要分三层：一级平台层、二级平台层、现场采集层。一级平台层一般是工业企业集团总部，二级平台层一般是集团分公司或分厂。一级平台负责按照一定策略接受二级平台的数据，对全厂能源调度、能源拓扑分析、能源优化AI控制、能效对标、能量平衡优化管理、能源计划管理、能源质量管理、能耗统计与分析、能源绩效KPI管理、能源成本管理、能源预测、需求管理、能源审计、GIS管理、DTS培训模拟仿真、大屏数据汇总展示、信息发布等等。二级平台负责辖内监控以及管理运维功能，实现SCADA、视频联动、保护管理、高级应用PAS、数据字典建立与维护、环境监测与分析、智能报警、数据存储、能源管理、能源优化控制等等。现场采集层主要包括数字式通讯管理、高级电能质量监测装置、仪器仪表等设备。

3.系统软件架构设计

工业企业智慧能源管控系统纵向主体分为SCADA集中平台、基础数据层、大数据平台层、智慧能源管控层四部分。

SCADA集中平台主要从各子系统获取数据，实现数据的实时监控，实现控制。

基础数据层：为整个机场建立多维度的模型，数据清洗、汇聚、根据模型等抽取到中央数据仓库，为各种业务提供数据基础。

大数据平台层：主要包含大数据Hadoop基础框架，微服务基础框架，提供计算、流程、搜索引擎等服务。

智慧能源管控层：系统分能源管控、智能运维、能源分析决策、移动端。能源管控主要提供预测、控制、监控服务。

智能运维主要包含工单管理、资产管理、设备运维、BIM运维等运维相关功能。能源分析决策主要就能源管理方面功能，能源方面有运行参数分析、用电负荷趋势分析、分类分项能源数据采集计量、能耗数据统计与分析、能耗实施监测与管理、能耗成本预算与分析、节能诊断、能效评估、能源体系管理、综合能效评估、能耗分项计量数据上传、系统运行维护管理等。计费方面主要包含分户计量计费与预算付费管理、能源费用账单及缴费功能，可以制定各种收费方式。

4.系统主要技术创新

采用AI人工智能、云计算、物联网、能源调度、大数据等技术，用户可以在互联网及enthernet上任何地方对其所属的能耗数据进行监控、管理；

通过使用SOAP、WSDL等技术，利用XML描述语言对设备及点进行标准化描述和定义，规范了能效管理控制过程中对设备和点的描述；

采用了java的开放式框架结构，强大的热插拔式的更新、添加、删除功能块功能，更方便的给用户提供各种服务；

有效的利用了WebServices的特点，通过Socket方式与各客户端进行通讯，避免了同类应用时需控制终端具备固定IP的缺点，控制终端所在局域网具备访问互联网条件即可进行数据的收发访问；

提供了多种软件接口，开放的数据结构，方便用户进行第三方的数据整合；多层次、多结构的权限管理方式，可满足不同种、不同应用的多种用户使用；加密的数据通信方式，使得用户的通信得到更好的保护；

系统可实现在线升级更新不影响系统运行，控制终端可在线升级、设置，方便用户通过互联网对系统进行调整和设置。灵活的二层分布式结构，网络配置灵活，可按各种需要灵活配置；

完备的高端服务，通过在运行管理、应用管理、数据分析、策略算法、报警管理、运营管理多方面提供多种不同层次的服务，给用户最适合自己的服务；

兼容多种协议和接口，其中接口有：OPC、ODBC、OLE等，协议有：BACnet、LonWorks、Modbus、Profibus、M-Bus、Can-Bus等，对新的协议可简单的通过加载驱动程序的方式来实现；

采用最新的云技术构建的数据中心，通过数据中心对客户的数据进行保护，由专业人员对数据进行维护，极大的增加了客户数据的安全性。同时通过数据中心的强大处理能力为用户提供了更高效的数据处理能力。能源数据中转设备的研发，能够采集多种能耗设备的数据，存储并转发到云平台；

自定义的算法与策略模型，客户可通过我们的专业人员编写的自定义算法与策略模型进行节能优化，同时我们还可以根据不同的客户需求为其编写相应的算法与策略模型；

远程数据调用，为满足个别用户对自身数据的保密性要求，平台设计了远程数据调用的功能，即用户的数据可以放在自己的数据中心，平台的功能模块通过远程调用数据为用户提供相应的服务；

实时运行的检测与报警功能，用户可自定义设备故障规则或由我们的专业人员定制设备故障规则，平台对设备的数据进行实时监测，对各种异常进行实时监视，在异常发生时即提示用户；

自定义服务组态功能，用户可以根据自身需要选择平台提供的服务，组建符合自身需求，按造自身习惯订制的自定义系统；

组态实时监测图，用户可以根据自身的实际情况，通过组态监测图功能构建实时监测图形，获得更加直观、高效、方便的监测方式；

工业企业智慧能源管控系统采用工业互联网架构，系统网络化、应用定制化、服务器集群化。统一磁盘阵列存贮引入，提供统一的存贮资源，保证数据一致性，并且通过冗余备份，提高系统数据安全性和可靠性；通过部署的外部网络接口和基于此的应用，提高数据应用挖掘能力和利用外部网络先进的数据管理功能；全网防病毒和网络威胁系统部署，B/S架构引入、WEB远程维护引入，提高系统架构灵活性，提供无论何时何地，均能够通过web查看设备实时状态、分析能耗数据。

5.系统主要功能设计

5.1能源首页

能耗门户为系统可视化的首页，可支持能源管理相关组件的自由组合，能直观地展示用户关注的信息，提醒用户及时处理异常事件，可根据用户需求灵活调整展示内容，快速准确响应客户对首页展示重点信息的需求。包含指标信息、设备信息、告警信息、能耗统计、碳排放、运维情况、天气信息等。首页可采取大屏显示，支持多页数据的自动滚屏显示。

5.2能源管理

能耗统计：系统可支持根据选定区域、能源种类、查询时段，实时计算能耗汇总数据，并支持汇总数据的同比环比，支持能耗统计排名，数据展示的方式包含了曲线、棒图、饼图、数据表等多种方式。同时可以区域为统计单元，树状图的方式为客户展示能源流向图，帮助客户分析能源损耗情况，异常数据还具备区别显示，醒目提醒。

能耗分析：支持按时间段和区域分类分项的能耗分析,支持快捷时间查询，如当日、本周、本月。支持按用能单位的能耗分析,如各业务部门、重要驻场单位的能耗分析。

能耗排名：支持多维度(按区域、生产线、单位等)的能耗排名，递增排名和递减排名，能耗排名模型可以根据用户的自定义配置来实现，用户根据需要可以扩展电、水、气等业态能耗模型。支持对多个排名节点的百分比分析。支持对能源分类的能耗排名，支持对能源分项的排名。能耗排名展现形式美观和丰富，排名形式包括柱状图、表格等方式。支持单位指标的排名，可对多个对象的单位面积能耗、人均能耗进行排名。支持转化指标的排名，可对多个对象的转化标准煤、碳排放量进行排名

能耗对比：支持多维度(按区域、生产线、单位等)的能耗对比分析。支持对同一分析对象在多个时间段里能耗对比分析，如按周、月、年的能耗对比。支持对已识别能源分类的能耗对比，支持对已识别能源分项的对比。能耗对比展现形式美观和丰富，展示形式包括折线图、表格等方式；支持算术统计分析，统计多个对比对象的总能耗值、最大值、最小值、平均值等。支持单位指标的对比，可对比多个对象的单位产能能耗、人均能耗。支持转化指标的对比，可对比多个对象的转化标准煤、碳排放量。

对标分析：根据国家、地方或民航的标准创建多组能耗指标体系；与预设的能耗指标体系进行对标分析，并对能耗实际值及能耗标杆值进行统计。根据已选择的对象，查看相应对象对标库的能耗数据对比分析情况，可按月或者按年查询；选择不同对标维度，查看相应维度下的对标数据；根据选定的“对象”及对标维度数据，给出对标数据的措施建议信息。

关联分析:对可设节点的能耗和各种相关参数进行关联性分析，挖掘出强关联参数，参数如温度、湿度、功率、电流、产能等等。

能源预警：通过算法自动将能耗异常点分析出来，支持基于能耗节点的异常分析，同时展示异常节点一定周期内的异常统计。用能异常、能流平衡异常、关联分析异常、峰值分析异常、KPI管理异常等多项能耗异常分析展示，并给出异常原因和建议措施。

5.3成本分析

对区域对象能耗成本的快速分析和各类指标展示。根据已选择的对象、日期、能源类型，可以查看相应对象分类成本信息分析情况；根据不同维度展示了能耗使用情况。

5.4碳排放管理

用户自定义(可分级定义，可按公司、部门、单体楼等维度定义)碳排放指标，并多维度地追踪指标使用进度。碳排放核算：可以根据国际国内碳核算标准进行碳排放的科学计算。碳核算相关功能可以涵盖：核算、核查、阈值以及接口管理等；碳排放量按时间、区域和单位进行碳排放相关能源类型的消耗量和消费金额的录入、查询、删除。碳排放数据智能分析，通过对各类能源、各区域、各部门使用、消耗、转换情况等进行日、周、月、年等时间维度进行绩效分析、排名及报表导出，按照预设的碳排放KPI定额值，预测企业预测未来排放量趋势，为企业碳减排以及开展碳交易支持碳管理决策建议。

5.5智慧能源调度

工业智慧能源管控系统协调控制与优化功能包含：根据环境参数、计划产能对生产工艺参数设定值进行优化。根据能源采集数据应用分析后形成能源应用策略ꎬ相关用能系统应根据此策略自动调整运行参数及运行方式以达到节能目的。根据经济、能效、环保综合指标ꎬ实现综合能源系统冷、热、电多能互补及源荷储协调优化运行。能源预测支持天气预报，各个能源介质（电负荷/冷负荷）按区域进行预测，预测算法支持多种，可根据历史数据自动机器学习修正数学模型。

5.6智能运维

系统提供智能运维功能，包含了运维总览、设备台账、巡检管理、维修管理、保养管理、工单管理、审批管理、值班管理、知识库管理、运维告警等多个功能模块。

结束语

通过工业企业智慧能源管控系统应用示范后将直接给工业企业大大节省运行成本开支，减少故障停电时间，大大减少能源成本和设备维护成本，提高企业管理水平及技术水平，提高企业经济效益。可以大大促进新能源产业的发展，带动全社会节能减排效果的提升，推动能源管控模式的创新。在不断变化的商业环境和产业链中，工业企业智慧能源管控系统能够为企业发展带来巨大的商机和竞争优势，全面提升投资回报率和社会责任。

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