智能能耗管理系统方案设计

摘要：智能能耗管理系统基于“互联网+”，采用物联网技术、网络通信技术、大数据分析和预测技术，对企业“电、水、气”等能源消耗及供能、用能设备状态的动态监控和数字化管理，起到提质、增效、降本、减存的作用。

关键词：互联网+；物联网；大数据；能耗管理

1 概述

1.1背景

随着国家及社会层面对“绿色经济”，“低碳经济”的深入推广，工业企业对自身的能耗水平也日益重视，并采取节能措施来降低企业能耗成本，提高工业企业能源利用率和经济效益。

根据2016年所发布的发改能源文件要求，国家能源委员会已经联合财经小组联合召开会议，并对智慧能源发展做出部署，从而使智能消耗符合新经济常态的发展要求，从长远角度对能源产业进行布局，遵从绿色低碳理念，将智能化作为能源体系的发展基础，当信息技术和能源结构组合在一起，能够推动能源产业建设和创新，促使能源产业符合供给侧的结构要求。在遵从该文件要求的情况下，我国智慧能源发展能够实现从能源大国到能源强国的转变，并提升能源利用效率。

1.2目标及范围

通过对供电、供气、空调等相关能源进行统一的监控管理，包括智能电表、智能气表、车间环境温度、风柜、吊柜、气阀、压力等进行统一的监控，实现数据的集中化管理，同时系统会根据业务需求，通过大数据分析制定相对应的能源智能控制策略，实现提质、增效、降本、减存的目的。

2 系统拓扑图

如图1所示，系统从开始的终端设备（传感器设备）采集，通过数据的转换、汇聚到网络控制器、设备控制箱，实现将串口协议信号转换为TCP/IP协议数据，然后由系统根据预先设定的采集频率，把这些不同厂家产品的16进制数据集中转换成系统标准的数据，集中存储在服务器的数据库中进行处理、过滤、统计。

图1

3 系统设计

能源管理系统架构采用基于J2EE框架，使用B/S结构的MVC设计模式。B/S结构可移植性强，可运行于不同操作系统（Windows、RedHatLinux等），实现了跨平台部署。在MVC模式中，由于按层把系统分开，3个层各施其职，一旦哪一层的需求发生了变化，只需要更改相应的层中的代码而不会影响到其他层中的代码。也更有利于开发中的分工，网页设计人员可以进行开发视图层中的JSP，对业务熟悉的开发人员可开发业务层，而其他开发人员可开发控制层。MVC模式首要的作用是利于组件的重用。可以把业务层或控制层打包成独立的jar，供项目调用。

3.1接口

能耗管理系统管理的是大量的传感器设备，传感器设备采集到的是硬件数据，不同厂家还有不同的标准。这就需要能耗管理系统根据国家或行业的相关标准，制定出一套统一的接口标准，统一的数据格式，灵活地可根据用户需要设定的采集频率，把硬件数据转换成关系型数据库能存储易于使用的数据。这个接口标准应该能兼容现在大多数厂家的设备，并要考虑后续技术升级带来的可扩展性。

3.2报表

报表统计分析是能耗管理系统运维质量的度量依据，报表生成灵活，呈现多样，能满足用户不断变化的统计需求，报表分析能够有序地展现能耗及能耗设备的所有指标，生成各种分析报告和图表，呈现系统的能耗使用情况、设备资源、告警统计、系统运行状况等，为故障诊断、领导决策提供科学的、可量化的依据。

能耗管理系统的表报分析主要的途径就是用图表的方式，直观地展示能耗的使用情况。丰富的图形展示方式，是本系统的一大特点。因此在系统中使用了大量的图表，不同的图形显示方式。有折线图、曲线图、面积图、饼形图，甚至3D图。

在能耗管理系统中使用了Highcharts。Highcharts是一个用纯JavaScript编写的一个图表库，能够很简单便捷地在Web网站或是Web应用程序添加有交互性的图表。HighCharts界面美观，由于使用JavaScript编写，所以不需要像Flash和Java那样需要插件才可以运行，而且运行速度快。另外HighCharts还有很好的兼容性，能够支持当前大多数浏览器。

4 移动管理

当故障来临的时候，工程师不在或无法快速到达办公区，应该怎么办？通过微信，运维人员可以对监控的告警信息进行接收，通过查看相关的告警信息，从而快速地锁定问题的所在。

移动运维将使IT运维人员不再受到地域的限制，可以在任何地方通过移动或无线网络连接到平台中进行运维工作的处理，再也不会因为突发事件找不到人员而造成重大后果，也不会因为突发事件需要赶往现场而延误处理时间。

运用移动终端运维理念，将运维的监控信息和告警信息从传统的电脑、现场处理，转化到移动手机终端处理，运维人员可通过手机在出差地、家中、休闲场所等，进行资源监控信息的查看，告警信息的查看，摆脱了电脑的束缚。

实现小程序的监控信息和告警信息的接收功能。

5 功能设计

如图2所示。

图2

5.1大屏可视化

在八宫格大屏展示中，设计能源管理系统UI展示4个模块：供电、供气、温度、运维预警。每个模块通过图表的形式呈现监控数据。供电：双曲线图展示用电量趋势、实时值与限定值对比；供气：双曲线图展示用气量趋势、实时值与限定值对比；温度：呈现温度趋势，直观展示是否超限；运维预警：呈现不同模块的运行状态及系统异常信息。

5.2实时监控

通过2D仿真将实际监控管理的设备进行数据的绑定，便于呈现实时的数据到系统中，便于上大屏进行管理，如若有告警，则会在当前界面中即使闪烁提示。

5.3实时告警

对当天告警信息进行统计，其中一个为告警等部分为实时告警列表，呈现已经发生的告警消息。

5.4智能预警报警

在发生故障时，能源管理平台可将预警报警信息进行分析，并通过短信、邮件、语音等方式及时将报警信息发送给相关负责人。

5.5能耗统计

能源消耗状况分析的主要内容有：用电量、用气量。分析方法要运用多种分析方法，才能对能源的使用情况进行系统、由量到质的分析和研究、剖析和概括。常用的方法有：对比分析法；统计分组法、结构分析法、动态分析法、因素分析法。通过使用不同分析方法，希望找出能源使用过程中的漏洞和不合理地方，从而调整能源分配策略，减少能源使用过程中的浪费。

5.6能耗负荷的预测

在现在的技术下，电能还不能大量的储存，保持电力系统在高峰时的供需平衡，并向各类用户尽可能经济地提供可靠和合乎标准的电能，以满足他们对负荷的需求，就是能耗负荷预测的意义。在系统中可以对以往的能源消耗数据进行多个维度的分析，深入的了解能源消耗的设备工作原理，从而计算出企业在能源消耗方面的负荷信息。

5.7能源调度

利用能源管理系统为调度中心提供相关信息，促使调度中心及时给予正确指挥，实现能源合理化调度，强化对能源的分散或集中控制。

5.8能耗设备

企业需要对自身的能耗设备进行统一管理，将能耗设备分类，并明确标识，将标识作为管理能耗设备的纽带，构建关于能耗设备管理的框架，实现台账、检修、缺陷及变更方面的管理。企业在对能耗设备实时管理的情况下，其能够了解设备的具体运行状态及效率，并及时将能耗较大或者是已经出现故障的设备进行维修或淘汰，避免因为设备故障而造成安全事故。

5.9能耗对标

针对企业的年度、季度能源消耗数据进行分析，了解单个产品的能耗、整个工厂的能源消耗、产品生产工序的能源消耗，从多个维度对企业进行能耗分析，能够了解企业本身和其他同行业企业之间的差距，优化企业的生产工艺，对设备进行改造升级。

5.10能耗指标

强化对企业生产工序的管理，明确不同工序所需要消耗的能源指标，根据企业自身所具备的资源状况，构建关于能源指标的管理体系，优化不同生产工序的能源消耗状态，对生产设备进行对比，选择其中能耗较小的设备，落实企业能源管理工作。

5.11能源审计

收集企业能源消耗数据，对企业能源消耗情况进行审计，了解企业在能源节省方面所存在的缺点，拟定企业能源改造方面的目标，并将该目标数据提交给审计部门，确保企业能够为了能源改造的目标实现而努力。

5.12系统配置

系统配置主要包含用户管理、角色管理、权限管理、报警策略配置、系统参数维护等功能，便于用户维护系统数据，配置用户权限、报警策略等。

6 能耗监控系统介绍

Acrel-5000能耗在线监测系统是用户端能源管理分析系统，在电能管理系统的基础上增加了对水、气、煤、油、热(冷)量等集中采集与分析，通过对用户端所有能耗进行细分和统计，以直观的数据和图表向管理人员或决策层展示各类能源的使用消耗情况，便于找出高耗能点或不合理的耗能习惯，节约能源，为用户进一步节能改造或设备升级提供准确的数据支撑。用户可按照国家有关规定实施能源审计，分析现状，查找问题，挖掘节能潜力，提出切实可行的节能措施，并向县级以上人民政府管理节能工作的部门报送能源审计报告。

6.1平台结构

Acrel-5000能耗在线监测系统以计算机、通讯设备、测控单元为基本工具，根据现场实际情况采用现场总线、光纤环网或无线通讯中的一种或多种结合的组网方式，为大型公共建筑的实时数据采集及远程管理与控制提供了基础平台，它可以和检测设备构成任意复杂的监控系统。开放性、网络化、单元化、组态化的采用面向对象的分层、分级、分布式智能结构。建立如下层次结构：

图3 能耗在线监测系统结构图

6.2平台功能

(1)系统可按使用年份统计建筑物各分类能耗——电、水、气、集中供热、集中供冷以及其它能源消耗量，自动折算成相应的标准煤消耗量，从而反映建筑物当年各分类能耗用能和综合能耗。系统以饼图形式展示建筑4大用电分项能耗的占比情况。系统以曲线图形展现各类能耗的消耗的消耗趋势，便于业主方实时直观掌握能源消耗情况。T*E*L：1*8*7*6*1*5*0*8*9*6*0*

(2)系统可以根据分类能耗的支路名称查询用能情况，显示当日和当月的用能峰值。显示当日用能、当月用能、当年用能与昨日同期用能、上月同期用能、上年同期用能的比较情况。以条形显示过去48小时、31天、12个月、3年的能耗情况。右上角显示过去15分钟曲线（电表显示功率曲线，流量表显示流速曲线）。

(3)系统依据建筑物能源消耗的分布情况进行能耗计量点的选取和设置，使得能耗监测系统可以覆盖整个建筑物。系统使用者可通过相关界面调取该建筑物各能耗节点的能耗统计报表，减少用能的“跑、冒、滴、漏”和计量误差。

(4)系统依据住建部分类分项能耗数据采集导则，将建筑物耗电分为照明插座、空调、动力和特殊用电进行计量装置选型和设置，并按用能区域或功能区域等划分并进行统计，以报表和同、环比棒图形式展现该区域的能源消耗。

(5)系统可针对能源消耗量大的设备或区域进行准确定位，便于管理层制定节能绩效考核制度，推动节能降耗的执行。为用能设备建立运行记录档案，长期跟踪记录设备运行过程中的能效分析评估结果，结合设备维护保养记录，为设备的运行维护提供依据。

(6)系统提供分级权限管理功能，对具备权限用户提供开放的信息维护接口，用户可自行对建筑和系统监测范围内计量点的信息进行增、删、改和查询，建筑物信息包括建筑类型、建设年代、建筑面积、建筑物人员数量等。系统还对无法自动采集的计量信息提供手动录入功能，便于使用者掌握建筑物总体能耗情况。

6.3数据上传

安科瑞能耗在线监测系统按照用能单位能耗在线监测系统技术规范定义的系统平台接口协议规范的要求，将用能企业的基础信息、计量器具信息、用能数据及能效数据上传至省级或国家平台，上传数据经过HTTPS协议加密传输。如果数据传输失败或超时（网络故障），将重发数据，直至接收成功反馈消息。

6.4能源计量表具

7 结语

能耗管理系统，搭建了一个合理信息传输平台和管理平台，形成一套节能减排解决方案，及时预测企业的能源消耗数据，完成对企业能耗数据的监测和预测，实现对能耗数据的预警，为企业决策提供了多方位、可视化的数据信息查询和决策支持服务，达到科学用能、科学管理的目的。