全球能源日益緊缺，清潔能源裝機容量發(fā)展迅速，能源的使用效率、清潔能源的消納等問題亟待解決。能源結(jié)構(gòu)向分布式發(fā)展，園區(qū)內(nèi)的各種能源需要集中監(jiān)管，統(tǒng)一維護(hù)。在保證園區(qū)內(nèi)能源供應(yīng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，亟需探討如何提高管理效率，減少運維工作量、提高發(fā)電率，從而提升園區(qū)內(nèi)能源生產(chǎn)管理水平，提升效率。
本文研究了園區(qū)智能綜合能源管理運營中心的建設(shè)思路及建設(shè)過程，并介紹了傳統(tǒng)機房模式和基于云平臺的兩種典型建設(shè)模式。同時闡述了系統(tǒng)在監(jiān)視、采集、功率預(yù)測、Web瀏覽等方面的應(yīng)用功能。對于園區(qū)業(yè)主、清潔能源廠商及運營方，建立集中統(tǒng)一的智能管理運營中心，將推進(jìn)綜合能源管理向著少人管理方向發(fā)展，提高園區(qū)多種能源的監(jiān)管及運維效率，從而提升系統(tǒng)的整體效益。在未來的綜合能源發(fā)展進(jìn)程中，系統(tǒng)將集成更多品類的能源數(shù)據(jù)，發(fā)揮更大的經(jīng)濟效益。
隨著全球能源危機的出現(xiàn)，人們越來越重視可再生能源的利用，而能源的利用效率，以及新能源的消納，成為能源界重點關(guān)注并著手解決的問題。結(jié)合國家能源改革政策、行動計劃大綱和指導(dǎo)意見來看，能源結(jié)構(gòu)調(diào)整一直在進(jìn)行。
目前國內(nèi)處在能源變革的時期，能源形勢也逐步從集中向分布式轉(zhuǎn)變，資本方面的政策也相對放開，導(dǎo)致了能源格局從大電網(wǎng)超高壓遠(yuǎn)程輸送向區(qū)域形態(tài)發(fā)展。園區(qū)綜合能源的建設(shè)也從試點開始逐步推廣發(fā)展。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，全國現(xiàn)有200余個國家級產(chǎn)業(yè)園區(qū)，1300余個省級產(chǎn)業(yè)園區(qū)，逾萬個縣級產(chǎn)業(yè)園區(qū)。多能互補示范項目23個，智慧能源項目55個，增量配網(wǎng)項目300余個，新能源微電網(wǎng)示范項目28個。
歐洲最早提出綜合能源系統(tǒng)概念并付諸實施，早在歐盟第五框架（FP5）中就開始提及，如分布式發(fā)電、運輸和能源（distributed generation transport and energy, DGTREN）項目、Energie項目及Microgrid項目對綜合能源系統(tǒng)研究側(cè)重能源協(xié)調(diào)、協(xié)同優(yōu)化及用戶側(cè)友好開發(fā)。
美國注重綜合能源管理相關(guān)理論技術(shù)的研發(fā)。美國能源部在2001年即提出了綜合能源系統(tǒng)，管理系統(tǒng)建設(shè)注重各類能源系統(tǒng)間實現(xiàn)協(xié)調(diào)配合。日本的綜合能源管理系統(tǒng)則致力于引導(dǎo)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，促進(jìn)可再生能源規(guī)模化開發(fā)，這與日本能源嚴(yán)重依賴進(jìn)口的因素密不可分。
國內(nèi)，綜合能源服務(wù)尚處于起步階段，電、熱、氣各自都有相對獨立的供應(yīng)、傳輸、使用體系，對應(yīng)建設(shè)管理系統(tǒng)，但缺乏整體協(xié)調(diào)管理，存在能效低、棄風(fēng)棄光、環(huán)境污染等問題，國家發(fā)改委能源局為推動能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，提升能效，相繼發(fā)布相關(guān)政策，各能源各綜合能源服務(wù)商積極探討改變以前的豎井式單體能源管理向智能綜合管理發(fā)展。
本文結(jié)合多年來從事智能電網(wǎng)、調(diào)度、配網(wǎng)以及新能源相關(guān)工作的經(jīng)驗，探討智能綜合能源管理運營中心的建設(shè)。在能源監(jiān)視、調(diào)度的基礎(chǔ)上，將運營和維護(hù)功能一體化。目的在于減少園區(qū)能源監(jiān)管的工作量、實現(xiàn)不同類型基礎(chǔ)能源的統(tǒng)一監(jiān)管、多層監(jiān)控、從而實現(xiàn)少人值守的運營模式，建設(shè)集監(jiān)控、管理、運維一體化的智能運營管理中心。從而實現(xiàn)對多種能源集中高效的監(jiān)管，提高園區(qū)能源供應(yīng)的穩(wěn)定性和可靠性，提高區(qū)域能源的運行管理效率，對提升生產(chǎn)運行管理水平，降低生產(chǎn)運行和設(shè)備維護(hù)成本有著重大的意義。
1 園區(qū)智能綜合能源管理運營中心建設(shè)思路
系統(tǒng)建設(shè)要充分考慮園區(qū)能源的特性及發(fā)展需求，時刻關(guān)注能源領(lǐng)域的特點和要求，針對性解決綜合能源集中監(jiān)管及多能互補問題。系統(tǒng)在建設(shè)過程中集中采集電、熱、冷、氣等資源，整合原本分散的熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)（combined cooling heating and power, CCHP）、光伏、風(fēng)電、儲能信息，實現(xiàn)對園區(qū)能源的集中監(jiān)視、檢修、運營，使分散式的能源有了集中統(tǒng)一的監(jiān)管中心。
通過與人力資源（human resource, HR）、財務(wù)管理（financial management, FM）、ITSM系統(tǒng)的互聯(lián)以及資金和技術(shù)的合理調(diào)配與運用，達(dá)到資源的優(yōu)化利用，實現(xiàn)園區(qū)經(jīng)濟效益最大化，為能源優(yōu)化、多能互補策略提供技術(shù)支撐。
如圖1所示，智能綜合能源管理運營中心主體部署在園區(qū)層，各種能源由通信網(wǎng)絡(luò)集中到中心，改變傳統(tǒng)的單一本地監(jiān)控為集中管理。
一方面遠(yuǎn)程實時監(jiān)控各設(shè)備運行狀況、發(fā)電量、電站功率、設(shè)備功率，提供電站設(shè)備查詢，生成實時報表等；另一方面為用戶建立標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化的運行維護(hù)管理平臺，實現(xiàn)實時標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信息共享、自動化管理、電站設(shè)備故障預(yù)警、遠(yuǎn)程專家咨詢和分析評估、收益結(jié)算等功能。從而及時發(fā)現(xiàn)園區(qū)內(nèi)能源發(fā)、輸、配、用等環(huán)節(jié)的故障和利潤損失，統(tǒng)一能源監(jiān)視，全景展示，省時省力。
同時，可將能源數(shù)據(jù)信息統(tǒng)一納入智能運營系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，并根據(jù)用戶需求將指定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至當(dāng)?shù)仉娏?、企業(yè)集團(tuán)、各省市節(jié)能環(huán)保中心、可再生能源中心等各類數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的多向共享。
圖1 智能綜合能源管理運營中心建設(shè)層次
2 系統(tǒng)建設(shè)
系統(tǒng)采用集中監(jiān)管、分區(qū)運行的運維模式，通過分布式實時的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理，統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲、系統(tǒng)管理，靈活的責(zé)任分區(qū)、數(shù)據(jù)分流、信息分類技術(shù)，實現(xiàn)異構(gòu)環(huán)境下的分布、可擴展的大集控全面解決方案。
如圖2所示，智能綜合能源管理運營中心系統(tǒng)分為以下層次實現(xiàn)：展示層、應(yīng)用層、總線服務(wù)層、基礎(chǔ)ICT（information communications technology）層及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集層，每層負(fù)責(zé)各自的處理，最終通過組合形成可使用的系統(tǒng)功能。應(yīng)用層完成與用戶的交互，將用戶所需數(shù)據(jù)以直觀、合理的方式按照需求展現(xiàn)，并記入用戶的輸入信息或操作指令，以傳遞給總線服務(wù)層進(jìn)行處理。
總線服務(wù)層完成業(yè)務(wù)的實際處理、數(shù)據(jù)運算、處理流程的控制；數(shù)據(jù)采集層完成與接入設(shè)備的通信，從設(shè)備中獲取數(shù)據(jù)，并進(jìn)行解析，轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)能夠識別的數(shù)據(jù)格式。同時，還提供以上的逆向處理，即將系統(tǒng)發(fā)送給設(shè)備的信息組織成設(shè)備能識別的格式并傳送給設(shè)備。其中，多數(shù)據(jù)點并發(fā)問題由數(shù)據(jù)處理服務(wù)器按照集群分組的模式并發(fā)處理完成。
圖2 智能綜合能源管理運營中心系統(tǒng)架構(gòu)
2.1 系統(tǒng)部署
總體部署分為基礎(chǔ)能源數(shù)據(jù)輸入端、應(yīng)用發(fā)布應(yīng)用端及遠(yuǎn)程監(jiān)管部分，核心為數(shù)據(jù)中心。能源數(shù)據(jù)根據(jù)其隸屬權(quán)限的不同，分為園區(qū)直管，直接上傳到園區(qū)平臺層。另一種是通過當(dāng)?shù)乇O(jiān)控或者部署通信管理機的形式將數(shù)據(jù)集中到數(shù)據(jù)中心。在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行集中管控，基于數(shù)據(jù)中心之上部署應(yīng)用。以Web形式發(fā)布并實現(xiàn)負(fù)載均衡，客戶端通過端口訪問。
1）平臺部署
系統(tǒng)部署可以采用兩種模式：一種為基于云服務(wù)、虛擬化部署系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，在云數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)上部署應(yīng)用功能，實現(xiàn)綜合能源運營管理功能；另一種為基于傳統(tǒng)的硬件服務(wù)器、工作站及其他硬件設(shè)施進(jìn)行部署。
（1）基于云平臺的集中部署
系統(tǒng)建設(shè)依托虛擬化及云服務(wù)等技術(shù)，將數(shù)據(jù)中心部署到商用云上，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、總線服務(wù)器、實時處理服務(wù)器、功率預(yù)測服務(wù)器、設(shè)備管理服務(wù)器、分析處理服務(wù)器都部署在云上，采用虛擬機的形式，虛擬服務(wù)器之間通過內(nèi)部虛擬網(wǎng)絡(luò)通信，這在選用服務(wù)器時根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰_定虛擬網(wǎng)絡(luò)的通道帶寬，一般為2Mbit/s。
（2）自建機房模式
系統(tǒng)建設(shè)依托硬件實體服務(wù)器、工作站及網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備，具體如圖3所示。系統(tǒng)建設(shè)過程首先部署服務(wù)器，服務(wù)器上安裝Unix/Linux/Windows操作系統(tǒng)。在服務(wù)器上安裝Oracle或其他商用數(shù)據(jù)庫，建立庫表，導(dǎo)入初始參數(shù)，開始部署應(yīng)用軟件。
圖3 傳統(tǒng)機房模式的硬件部署圖
（3）模式分析
從投資角度來說，云模式按周期付費，而自建機房需要一次性投資，投資額較大。從服務(wù)配置方面來看，云模式可以按業(yè)務(wù)量靈活配置，而自建機房模式一般在建設(shè)時考慮業(yè)務(wù)峰值。從運維角度考慮，云模式運維可以依托云提供商來完成，自建機房模式需要靠運維團(tuán)隊來完成日常的維護(hù)工作。
自建機房模式在數(shù)據(jù)安全性方面更有優(yōu)勢，這主要原因在于云模式的通信方式要采用專網(wǎng)與公網(wǎng)相結(jié)合的通信方式，而自建機房模式更多的通過專網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，所以數(shù)據(jù)保密性和安全性能更高。用戶可以根據(jù)自身的要求，選擇適合自身需求的建設(shè)模式。
2）環(huán)境部署
（1）中間件
Tomcat，Windows/Linux/Unix版本；WebLogic，Windows/Linux/Unix版本。
（2）瀏覽器
IE 8.0及以上版本，以及支持IE內(nèi)核的瀏覽器。
（3）建設(shè)庫表
在應(yīng)用部署之前，數(shù)據(jù)庫安裝之后，要建立相關(guān)的庫表，編制專用腳本，并以批量處理的模式完成庫表的建設(shè)，支持的數(shù)據(jù)庫類型主要包括歷史庫、實時庫、參數(shù)庫、模形庫以及拓?fù)潢P(guān)系庫等。
（4）對外接口部署與支持
系統(tǒng)整體設(shè)計方案采用面向服務(wù)的架構(gòu)（service- oriented architeture, SOA）設(shè)計思想，自下而上提供應(yīng)用服務(wù)。下層應(yīng)用不需關(guān)心上層應(yīng)用的邏輯，只需提供本層應(yīng)用的數(shù)據(jù)接口，所有交互由上層應(yīng)用發(fā)起。以Webservice形式與公司的財務(wù)、采購、品質(zhì)、研究、HR等其他部門進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)對接，數(shù)據(jù)共享。
3）分階段逐步建設(shè)
Ⅰ期建設(shè)專注于基礎(chǔ)功能的建設(shè)，主要包含實時監(jiān)控系統(tǒng)、Web功能、電子值班、功率預(yù)測、故障告警、設(shè)備綜合管理、生產(chǎn)管理、統(tǒng)計分析功能。為每個能源站建設(shè)一路視頻，用于監(jiān)視本變電站的運行情況。在總部部署大屏幕，實現(xiàn)全區(qū)的能源全景展示。Ⅱ期建設(shè)包含園區(qū)能源生產(chǎn)運營分析、能源平衡分析及輔助決策系統(tǒng)等，以便更好地為園區(qū)的整體能源優(yōu)化奠定堅實的基礎(chǔ)。
2.2 應(yīng)用模塊
1）實時在線監(jiān)控
監(jiān)視功能實現(xiàn)全景、全站、設(shè)備（電機、燃?xì)廨啓C、電表、水表、熱表、匯流箱、逆變器、電源設(shè)備、保護(hù)模塊、測控設(shè)備、環(huán)境監(jiān)控設(shè)備等）的監(jiān)視，信息采集和集中展示。建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫，為監(jiān)控平臺和第三方系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)。
統(tǒng)一接入轄區(qū)能源的在線監(jiān)控設(shè)備及第三方系統(tǒng)，包括熱電聯(lián)產(chǎn)、清潔能源、垃圾電廠以及各種余熱利用的各類設(shè)備。實現(xiàn)電、熱、冷、氣的統(tǒng)一運行監(jiān)控、數(shù)據(jù)顯示、設(shè)備故障報警、發(fā)電數(shù)據(jù)分析預(yù)報、未來上網(wǎng)電量數(shù)據(jù)預(yù)報。
2）發(fā)電功率預(yù)測
功率預(yù)測目標(biāo)在于能源平衡，而功率預(yù)測也要按照能源形勢的不同建立不同的模型和算法。以光伏為例，光伏發(fā)電功率預(yù)測主要通過光伏電站端上傳的實時氣象數(shù)據(jù)、實時云圖數(shù)據(jù)、光伏電站運行數(shù)據(jù)，以及來自氣象部門的數(shù)值天氣預(yù)報數(shù)據(jù)，對單個或全網(wǎng)光伏發(fā)電進(jìn)行功率預(yù)測。針對光伏特點，可以采用統(tǒng)計方法，物理方法或者綜合法。根據(jù)預(yù)測的時間尺度可分為超短期預(yù)測（0～4h）、短期（日前）預(yù)測（0～24h）、中長期預(yù)測。
3）綜合智能告警
綜合智能告警支持匯集和處理各類告警信息，實現(xiàn)告警信息在線綜合處理、顯示與推理，對大量告警信息進(jìn)行分類管理和綜合/壓縮，利用形象直觀的方式提供全面綜合的告警提示，對不同需求形成不同的告警顯示方案，內(nèi)容包括告警內(nèi)容描述、告警等級、告警時間、是否復(fù)歸、是否確認(rèn)等。
4）設(shè)備管理
設(shè)備管理模塊主要由設(shè)備臺賬信息、設(shè)備文檔信息、巡視信息三部分組成，并通過業(yè)務(wù)建模、文檔管理、文檔在線編輯等模塊輔助配置設(shè)備信息界面及存儲相關(guān)文檔信息。設(shè)備包含用戶目前生產(chǎn)過程中所有在用設(shè)備，例如智能表計、清潔能源設(shè)備、配電屏、環(huán)境監(jiān)測、配電設(shè)備等。設(shè)備臺帳信息包含設(shè)備型號、廠家、生產(chǎn)及其銘牌上所列技術(shù)參數(shù)等，并包含自定義信息。同時進(jìn)行設(shè)備的缺陷管理、檢修管理、異動管理、停運管理。
5）生產(chǎn)管理
生產(chǎn)管理緊密結(jié)合生產(chǎn)過程定制，例如可視化流程定制，可追溯定制，管理過程定制，甚至巡檢路線定制等等。同時制定操作票和指令票，實現(xiàn)電子擬票，進(jìn)行擬票、審核、預(yù)發(fā)、執(zhí)行、歸檔的操作票流程化管理功能。
6）Web功能
Web瀏覽方式使得MIS網(wǎng)上的人機工作站上無需任何專用程序支持，并且實時畫面的修改更新均由Web服務(wù)器在實時網(wǎng)上自動得到同步更新，真正實現(xiàn)客戶端免維護(hù)。根據(jù)《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》（國家發(fā)展和改革委員會14號令），系統(tǒng)作為電力監(jiān)控系統(tǒng)需遵循“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證”的原則，在生產(chǎn)控制大區(qū)與管理信息大區(qū)之間設(shè)置安全隔離裝置。Web瀏覽功能屬于管理信息大區(qū)，其Web功能的體系架構(gòu)如圖4所示。
圖4 Web體系架構(gòu)圖
3 現(xiàn)場實施
該系統(tǒng)已經(jīng)在陜西、深圳、廣東、山東等多個現(xiàn)場實施?，F(xiàn)場有部署于云平臺的系統(tǒng)，還有基于純硬件平臺的?，F(xiàn)場運行后，基于云平臺的建設(shè)，在機房設(shè)備運維和購買設(shè)備方面會減少投資。但在數(shù)據(jù)接入時要考慮信息安全和通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的混合性。圖5是現(xiàn)場運行圖。
全景展示部分作為運行人員、管理人員、用戶訪問系統(tǒng)的入口，提供操作簡便、表達(dá)清晰、簡潔美觀、響應(yīng)快速的用戶使用環(huán)境，具備友好的用戶界面和支持能力。支持系統(tǒng)運行、決策、管理等不同用戶全局把握分布式能源站的真實運行狀態(tài)。支持系統(tǒng)運行、決策、管理等不同用戶重點關(guān)注關(guān)鍵事件的要求，用戶可根據(jù)需求實現(xiàn)環(huán)境在線定制。
圖6為目標(biāo)園區(qū)的關(guān)鍵線路的電、水相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計。另外分類進(jìn)行數(shù)據(jù)、圖像、信息、圖表、曲線和關(guān)鍵性能指標(biāo)的展示，支持模型驅(qū)動的可視化顯示，為用戶提供任務(wù)導(dǎo)向的決策支持能力，具備告警、預(yù)警、分析等警示功能。支持3D、觸摸屏等顯示與交互技術(shù)。
圖5 現(xiàn)場園區(qū)全景展示圖
圖6 區(qū)域綜合能源的統(tǒng)計展示
總結(jié)
本文結(jié)合長期的電力、能源系統(tǒng)工作經(jīng)驗，及對集控中心、調(diào)度、運維系統(tǒng)的深入理解，對智能綜合能源管理運營中心實施過程中的建設(shè)思路、軟硬件設(shè)備部署、應(yīng)用業(yè)務(wù)劃分、系統(tǒng)建設(shè)方面進(jìn)行全面地研究和闡述。
目前在國內(nèi)，已經(jīng)實施了多個現(xiàn)場，系統(tǒng)對園區(qū)內(nèi)的能源總體進(jìn)行監(jiān)管，實現(xiàn)能源流、信息流的高度統(tǒng)一，并可以實現(xiàn)智能化檢修和運維。從而提高園區(qū)能源管理的智慧化水平，優(yōu)化園區(qū)內(nèi)供能抵御風(fēng)險的能力，精益化分布式能源管理，為經(jīng)濟效益的提升提供技術(shù)支撐。另外，在國內(nèi)能源轉(zhuǎn)型的過程中，智能綜合能源管理運營中心將發(fā)揮越來越重要的作用，接入更多品類的能源，在用能優(yōu)化、高端決策方面發(fā)揮更大作用。
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