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。在保證園區(qū)內(nèi)能源供應穩(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、功率預測、Web瀏覽等方面的應用功能。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意見來看，能源結(jié)構(gòu)調(diào)整一直在進行。
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，導致了能源格局從大電網(wǎng)超高壓遠程輸送向區(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)則致力于引導能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，促進可再生能源規(guī)模化開發(fā)，這與日本能源嚴重依賴進口的因素密不可分。
國內(nèi)，綜合能源服務尚處于起步階段，電、熱、氣各自都有相對獨立的供應、傳輸、使用體系，對應建設(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準化、精細化的運行維護管理平臺，實現(xiàn)實時標準數(shù)據(jù)信息共享、自動化管理、電站設(shè)備故障預警、遠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?shù)仉娏尽⑵髽I(yè)集團、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、應用層、總線服務層、基礎(chǔ)ICT（information communications technology）層及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集層，每層負責各自的處理，最終通過組合形成可使用的系統(tǒng)功能。應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，以傳遞給總線服務層進行處理。
總線服務層完成業(yè)務的實際處理、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、應用發(fā)布應用端及遠程監(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?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)中心進行集中管控，基于數(shù)據(jù)中心之上部署應用。以Web形式發(fā)布并實現(xiàn)負載均衡，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、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)的硬件服務器、工作站及其他硬件設(shè)施進行部署。
（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)庫服務器、總線服務器、實時處理服務器、功率預測服務器、設(shè)備管理服務器、分析處理服務器都部署在云上，采用虛擬機的形式，虛擬服務器之間通過內(nèi)部虛擬網(wǎng)絡通信，這在選用服務器時根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰_定虛擬網(wǎng)絡的通道帶寬，一般為2Mbit/s。
（2）自建機房模式
系統(tǒng)建設(shè)依托硬件實體服務器、工作站及網(wǎng)絡安全設(shè)備，具體如圖3所示。系統(tǒng)建設(shè)過程首先部署服務器，服務器上安裝Unix/Linux/Windows操作系統(tǒng)。在服務器上安裝Oracle或其他商用數(shù)據(jù)庫，建立庫表，導入初始參數(shù)，開始部署應用軟件。
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。從服務配置方面來看，云模式可以按業(yè)務量靈活配置，而自建機房模式一般在建設(shè)時考慮業(yè)務峰值。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隊來完成日常的維護工作。
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、模形庫以及拓撲關(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的架構(gòu)（service- oriented architeture, SOA）設(shè)計思想，自下而上提供應用服務。下層應用不需關(guān)心上層應用的邏輯，只需提供本層應用的數(shù)據(jù)接口，所有交互由上層應用發(fā)起。以Webservice形式與公司的財務、采購、品質(zhì)、研究、HR等其他部門進行標準對接，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、燃氣輪機、電表、水表、熱表、匯流箱、逆變器、電源設(shè)備、保護模塊、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。
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)分析預報、未來上網(wǎng)電量數(shù)據(jù)預報。
2）發(fā)電功率預測
功率預測目標在于能源平衡，而功率預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)值天氣預報數(shù)據(jù)，對單個或全網(wǎng)光伏發(fā)電進行功率預測。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)預測的時間尺度可分為超短期預測（0～4h）、短期（日前）預測（0～24h）、中長期預測。
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、是否復歸、是否確認等。
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，進行擬票、審核、預發(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。根據(jù)《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護規(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)絡專用、橫向隔離、縱向認證”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。現(xiàn)場有部署于云平臺的系統(tǒng)，還有基于純硬件平臺的。現(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、表達清晰、簡潔美觀、響應快速的用戶使用環(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。另外分類進行數(shù)據(jù)、圖像、信息、圖表、曲線和關(guān)鍵性能指標的展示，支持模型驅(qū)動的可視化顯示，為用戶提供任務導向的決策支持能力，具備告警、預警、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、應用業(yè)務劃分、系統(tǒng)建設(shè)方面進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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