智慧能源综合管理系统技术.pdf

　　由东方电子集团有限公司自主研发的智慧能源综合管理系统，整合电、热、冷、气、水能源数据，兼顾常规能源、可再生能源及工业余废热等能源形势的协调应用，提供数据存储、实时监控、可视化管理、数据分析、风险控制、能效分析、能源规划等功能。通过对来自各能源企业的数据进行统一分析比较，为行业发展方向提供数据支持，并达到节能减排的目的。充分利用云计算、大数据及互联网技术，加大节能力度，凸显透明度，提供融资、运营依托。为能源监管提供便利，提高效率，从数据中得出清晰明确的分析报告，为监管单位的能源决策提供依据。达到多种能源经济高效、智慧、综合利用，高度融合，进而推动能源结构的优化。

　　系统总体架构

　　智慧能源综合管理系统采用分层、分块的设计思路，开发不同的功能模块，还能够根据不同的业务、使用场景分成不同层级、不同模块的子系统。综合能源管理系统由能源管理平台、通信系统、终端三部分组成。

　　终端根据管理平台的信息及控制需要，装设数据采集及自动化控制设备，实现对能源网各环节的信息传感采集以及用能设备的物联接入。通信系统按照“专网专用、辅以公网”的原则，建设能源系统全覆盖的通信网络，实现信息的传输与控制。

　　系统平台：系统平台由ESB总线、平台基础服务、SOA治理及运行开发环境三部分组成。系统建设以分布式总线方式建设，通过总线实现横向多业务系统的互联，纵向多级能源管理系统的贯通。

　　基于统一的基础设施，在统一的模型及服务接口标准基础上，构建一体化支撑平台及ESB企业服务总线，在系统基础平台上构建不同业务应用松耦合的WebService服务，通过注册中心统一管理、发布，基于动态发现协议的名称服务，真正实现即插即用，并内置服务的负载均衡与失效备援机制。遵循IEC61970、IEC61968标准，具备IEC61970组件访问接口，遵循SVG/G标准实现图形的标准化。在IEC61970-301电力系统公用数据模型的基础上，扩展CIM/E，解决了CIM/XML方式进行描述时的效率问题。

　　全景数据中心：全景数据中心以统一模型、图形和实时运行数据为核心内容，以统一编码规范为先导，以CIM模型标准为参考，进行电、热（冷）水、气等相关能源数据的汇集和整合，消除冗余和不规范的信息，形成面向全局的统一、标准的数据中心。

　　基于数据中心的专业应用：智慧能源综合管理系统的建设以信息多维度分析和跨专业业务整合为切入点，设计开发一系列满足业务需求的基于全景数据中心和ESB的实用化业务应用，主要包括数据整合存储及服务，技术数据分析的综合监控、定制化分析、有效性分析、关联分析等，数据管理和数据安全方面也开展相应的开发工作。

　　可视化综合展示：可视化综合展示主要涵盖系统监视、综合展示、业务整合三大部分内容。系统监视主要侧重于对一次、二次运行状况的智能分析及故障处理；综合展示主要侧重于全景状态、综合分析结果、决策结果的展示等。业务闭环管理部分主要侧重于梳理各专业的信息、流程，实现跨专业的信息及流程整合。

　　基于大数据技术的能源数据挖掘：能源大数据在生产和使用过程中产生，数据来源涉及源、网、荷、储多个环节。本系统将大数据处理技术与数据仓库技术相结合，将PI数据库中的数据通过Storm加载到HBase中，使用Spark或者Mapreduce对其中的数据进行计算，并将计算结果存储在HBase中。在Oracle中建立数据立方，将HBase中存储的计算结果转存到Oracle的数据立方中，然后使用Oracle中的数据立方提供报表查询，以替代传统数据仓库技术中的ETL过程。

　　软件架构

　　系统可分为物理层、平台层、应用层及交互层等。物理层主要包括硬件设施层及ICT层，其中ICT层包括网络传输的建设，按照“专网专用、辅以公网”的原则，在应用场景建设“彻底覆盖、无死角”的通信网络。平台层根据应用层的信息及控制需要，进行服务封装。在应用层，分上采用分层、分块的设计思路，按照常规能源、新能源、旅游能源、建筑能源、市政能源等多种方向不同的业务、使用场景分成划分为不同的子系统，完成各个业务方向的能源成本、效率、平衡分析，以需求侧做为输入，以用能来引导产能的优化协调。

　　硬件架构及部署

　　传统机房部署：主要涉及的硬件部署包括全景中心能源管理系统、区域能源管理系统、当地监控及数据采集设备。系统要提供双网、主要服务器双机热备用、故障自动恢复、磁盘阵列、硬件物理隔离设备、防火墙等设备保证系统的稳定运行，在支撑平台的设计上提供了一系列的安全保证，对重要的服务器进程进行一级守护，对数据库、服务、Web系统的访问提供了不同级别的权限管理，保证了系统安全、可靠、高效的运行。

　　智慧能源综合管理系统底层数据来自于大量电、热、冷、气、水终端采集设备，主要包括电力电力终端设备：如发电厂和变电站保护监控设备、智能电表或集抄器、配电馈线终端单元，天然气终端设备：主要有变送器、仪表包括流量计（电磁、超声、涡轮等）、压力变送器、温度变送器、泄漏报警器以及电动阀门、变频器、接触器等执行机构等。热、冷、水、油终端设备：主要有智能流量表、压力表、液位计、电动阀门、工艺机泵远行监视终端等设备。

　　云部署：系统依托虚拟化及云服务等技术，将数据中心部署到云上，数据库服务器、总线服务器、实时处理服务器、功率预测服务器、设备管理服务器、分析处理服务器都部署在云上，采用虚拟机的形式。虚拟服务器之间通过虚拟网络通信，这在选用服务器时需要确定虚拟网络的通道带宽。

　　与其他系统的融合接口

　　与其它平台之间接口：智慧能源综合管理系统需要与其它平台建立通信，以多种数据做支撑，保证数据分析的可靠性。其中包括电、热、冷、气、水、油等诸多能源生产、运输、销售企业的监测平台，气象部门、智慧社区、交通部门、安防部门等诸多政府行政管理部门、环境基础设施部门的监控平台。

　　终端设备之间接口：在直采的情况下，智慧能源综合管理系统要与终端设备建立通信。其中包括电、热、冷、气、水、油的终端计量仪表、管网保护设备、自动工控设备、测控单元等设备。同时支持其他系统数据的转发接入。

　　系统功能介绍

　　综合监视

　　系统建设全景能源调度指挥中心，实现电热冷气水全面的能源监视及KPI指标的展示。能源监视系统的动态显示对能源系统各种能源进行实时监视，并提供从概貌到具体的动态图形显示。

　　完成电网运行监视，清晰准确地展示电网的概况和运行情况。完成发电监视、各区调负荷情况、变电站接线图监视等，展示母线信息、开关变位信息、开关跳闸信息、设备重载信息、系统频率等信息。

　　天然气管网监测：系统将地理信息系统（GIS)、数据采集与监控系统（SCADA)、设备管理系统等进行无缝集成，结合用户生产运营业务流程，以管网管线生产运行调度为主线，基于地理信息系统和实时数据采集进行构建，为优化调度、故障分析、辅助决策提供科学的手段。可以用工艺图的方式显示管网监测信息，并实现阀井监测及视频联动功能。

　　供水监测：供水系统由调度中心和各水厂、加压站、管网端站组成，各分站可以通过VPN通信网络或GPRS无线网络连接到调度中心。调度中心采集各远程监测站点的管网工况信息，并存入数据库，同时将各类信息分别处理，根据公司其他部门对不同信息的需求，向各部门提供有关的数据。调度中心可与数字化市政平台、企业ERP等其它系统共享数据。

　　冷热监测：冷热能源管理规划功能模块主要包括：冷热负荷预测、冷热负荷实时监视、冷热负荷管理子功能。

　　负荷监视：负荷监视管理主要是通过对负荷历史数据统计分析，掌握实际的负荷各种需求指标，根据这些指标优化系统运行参数。同时掌握负荷对用气量和用电量的影响，进而优化气源和电力调度，也可以根据这些指标制定政策导向。

　　负荷预测

　　系统实现电力负荷预测、燃气负荷预测以及冷热负荷预测等。负荷预测就是根据历史负荷值，在满足一定精度的情况下决定未来某特定时刻的负荷值。根据不同的预测目的，负荷预测可分为超短期、短期和中长期的预报。负荷预报的方法多种多样，包括线性回归、时间序列、卡尔曼滤波、人工神经网络、模糊推理等，这些方法从简单到复杂，但总的看来，目前尚无一个固定的方法可以适用于一切负荷预测问题，并保证优于其他方法。所以，在实际应用中，要对负荷实际变化规律及影响因素做细致的分析。

　　设备生产管理

　　电热冷气水等设备的全生命周期的管理，是以设备台帐为基础，利用预防性保养和临时性维修工单的执行和汇报为驱动，与GIS地理信息、SCADA无缝融合的一体化管理平台。主要包括设备台帐管理、设备运维管理、设备缺陷管理、设备参数管理等功能。同时提供生产计划管理、生产统计管理等功能。在完善企业设备管理规章制度同时，规范了人员的工作方式，减轻了人员的管理成本，减少了闲置设备，并提高设备生命周期的利润率，直接为企业创造价值。

　　对外发布功能

　　系统支持B/S架构，将历史及最新的能源数据（趋势，报表，账单）发布在网上，并提供功能强大的基于Web的分析工具，供各部门能源管理者查询，分析，跟踪。

　　高级应用功能

　　用能需求预报：采集终端客户用能数据，统计用能需求总量，将用能需求预报比例发布给用各生产单位及产能、输送企业，以方便各企业制定生产计划。

　　用能策略：手机APP提供移动业务，提供智慧能源客户端，以方便用户事实查询各能源价格，及自身用能情况，以方便用户制定自己的用能策略。

　　多能协调优化。本着以清洁能源优先使用、就地消纳的原则，基于用能和产能的数据，进行同种能源的生产优化及不同种能源的相互转换，优化供能结构，提高供能效率。

　　风险预测：通过对所有硬件设备的信息采集，根据设备正常情况下的管网情况、各设备使用寿命、设备缺陷，结合温度、湿度、雨量、风速、空气质量、可见度等气象预报信息、实时数据、历史数据，预测出可能出现问题的设备位置、故障时间、故障类型。向用生产及运输企业实时的发送风险预测，并向各企业提供检测、保养、维修、抢修方案。

　　应急预案：当区域内遇到自然灾害时，通过气象预报和历史数据，向能源生产、输送、消费企业及终端用户，发布灾害预警。预警包括能源生产设备、输送管网、消费设备可能出现问题的设备位置、故障时间、故障类型等信息。结合政府的应急预案，向企业和用户提供灾害情况下的能源保障及抢等应急解决方案。

　　节能降耗：智慧能源综合管理系统的建设致力于打造分层分区的综合能源监控管理系统。监控电、热、冷、气、水、油等多种能源的生产、输送及使用等基础信息，找到浪费根源，估算节能空间，锁定可节省环节，优化流程，制定最优节能策略。

　　综合统计分析：系统提供综合分析功能，主要包括用户用能分析、供能分析、供需平衡分析、管网相关分析、存储计划与统计分析等功能。

　　数据呈现与可视化

　　系统采用RIA/ExtJS/SVG/FLASH技术，提供丰富的组件库及定制/维护工具，提供系统强大的表现能力及灵活方便的交互性，使得系统完全达到桌面程序的可用性。

　　能源优化调度

　　同种能源生产输送优化。系统根据实时监测的信息及历史数据，通过模型计算，获得未来一段时间的各区域各种用能需求。之后根据天气、环境等预报，结合历史数据，以风能、光伏、潮汐、燃气发电、海水淡化、等清洁、可再生能源优先消纳为原则，向各能源企业下达生产计划。得到企业认可后，各企业进行能源生产及输送。根据之前的用能需求统计，结合能源管网动态运行方式，综合调控园区各种能源输送量，实现供需平衡，减少能源浪费。

　　多种能源生产输送优化。通过历史数据分析得到不同时段用户用能习惯，通过这些数据制定能源可替换计划及能源转化策略，找到最经济各能源供给比例。通过改变用能价格、阶梯、时段等方式，引导用户的用能策略及习惯。指导各能源生产企业及时调整能源产量、各类能源的生产比例。结合能源管网动态运行方式，综合调控园区各种能源输送量，从而达到多种能优化互补的目的，减少资源浪费。

　　公司链接

　　东方电子集团有限公司（简称东方电子）始建于1958年，是一家集科研开发、生产经营、技术服务、系统集成于一体的大型高新技术企业集团，是中国能源管理系统解决方案主要供应商之一，将技术和服务输出至东南亚、南亚、非洲、南美洲、中东等国家和地区，出口额同行业位居前列。

　　东方电子拥有包括一个上市公司在内的20个权属及投资企业，员工4700多人，被认定为国家级企业技术中心、博士后科研工作站。目前，东方电子正积极推进向能源互联网转型，基于云、大数据、互联网等打造“自动化+IT+互联网+节能环保”的业务模式，在电力运营、分布式能源、清洁能源、制冷供热、中央空调、企业能源管理、综合节能服务等领域为客户提供智能能源管理系统解决方案。