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浅谈基于云平台的能效管理系统研究及应用
  • 发布日期:2020-06-16      浏览次数:79
    • 蒋超萍

      江苏安科瑞电器制造有限公司 江苏江阴 214400

      【摘要】通过分析云平台的基本特点与能效管理系统平台特性,提出了基于云平台的能效管理服务系统。介绍了应用云平台的能效管理服务系统的背景和意义,设计了云平台能效管理系统的框架和核心功能,并对各功能模块进行了详细说明;分析了 能效数据采集传输和存储、能效实时监控、能效分析等需求侧管理;通过工程应用展示云服务能效管理系统在用电管理和能效分析方面实现的社会效益、管理效益与经济效益等节能成果。

      关键词:云平台;能效管理;能效监控;能效分析

      0  引言

      当前,企事业用电仍以传统的能效管理系统为主,对电能仍实行粗放型管理。此外,这些管理系统的建设普遍存在规划不合理、硬件资源浪费严重、设备使用率低、安全性和共享性差等问题。在加强节能的举措中,重要的一点就是提高企事业单位用电能效管理水平,以辅助实现节能的目的。因而,在企事业单位中,尤其是高能耗的企业当中,推广用电能效管理和监控的信息化、可视化,以管理的手段深入挖掘用电的节能潜力是非常有必要的。

      另外,传统能效管理系统需要企事业单位自行组织人力物力搭建起一套完整的运行环境,包括运行系统所必须的服务器硬件系统、数据存储系统以及与之相关的软件资源。对企事业单位而言,这是一项巨大的前期成本投入,而后期的设备与系统的维护也需要巨大的成本支持。与此同时还伴随有系统潜在的可靠性、安全性等风险。

      基于云平台的能效系统釆用的云计算是一种新型的计算模型K',具有可靠性和安全性能高、超大数据存储处理、灵活的可维护性即可扩展性、资源利用效率高等优势,针对企事业用户可通过提供便捷的能效管理云服务,节省企业前期采购成本和后期维护成本,保证数据的共享性与安全性,结束原有小、散、乱的局面,提升企事业单位的能效管理、监控以及优化水平。

      1  云平台能效管理系统简介

      基于云计算技术基础的能效管理云服务系统,是结合现代计算机技术、网络通信技术和分布式控制技术,并以服务接口的方式为企事业单位 提供能效管理服务的平台。其充分利用网络计算资源,实现可靠的电能数据采集、存储和分析等;具有风险性低、易扩展等特性;在此基础上建立完善的能耗监测、管理体系,来实现能源消耗动态过 程的信息化、可视化、可控化,对企业生产过程中能源消耗的结构、过程及要素进行精细化管理,进一步提高能源使用效率。

      1.1云平台能效管理系统拓朴结构

      基于云平台能效管理系统网络拓朴结构如 图1所示。

      基于云平台能效管理系统包含以下几个组成 部分:用户设备监控与数据釆集层、网络传输链路层、云平台能效管理服务层和用户服务层。

      用户设备监控与数据釆集层由各类智能可通 信数据采集器、测控装置、保护装置等构成。并通过通信管理机(协议转化、规约转化、集线器功能)将数据传输至云平台云端。

      网络传输链路层提供用户设备信息通向云端的链路。

      云平台能效管理服务层由云传输中心、云数据中心和云应用中心组成。云传输中心保证远程通信数据传输的安全性和可靠性;云数据中心提供对用户大规模设备数据的存储预处理;云应用中心提供给用户群访问接口,同时对用户服务、用户权限进行管理。

      1.2能效管理云平台业务应用

      通过云平台访问服务接口(SaaS-软件即服 务),用户可以远程监控设备的负荷管理,进行能 效分析与诊断,智能优化调度,实时处理故障,浏览曲线走势报表与故障告警信息⑸云平台业务层次框图如图2所示。

      (1)负荷管理:企事业单位或楼宇管理用户可以根据能效管理云服务系统,实时查看设备的负荷特性和当前负荷、实际申报需量、峰/谷时段等,智能优化大功率设备的投切方案,从而达到较大负荷、削峰填谷的作用,获得一定的经济效益。

         (2)能效分析诊断:用户通过能效管理云服务提供的能效分析诊断模块,针对用户变压器平均负 载率、日平均功率、日负荷率进行实时监测与数据采集,并根据采样结果进行统计分析和智能诊断, 为优化运行方式、优化能耗配置,减少电能损耗提供支持。同时,分析排查能源利用方面存在的问题和薄弱环节、挖掘节能潜力、寻找节能方向。

      (3)智能优化调度:该项服务根据用户的生产特点、工艺特性和设备耗电曲线,智能计算生成推荐的生产排班和设备投切计划,利用分时电价政策,在节约电费的同时,实现企业内部的 “削峰填谷”。

          (4)远程实时监控:实时监测和显示企业能 耗分布、流向信息。通过计算、处理诊断每个能耗监测点的能耗效率和损耗情况。

          (5)曲线走势报表:报表分析、统计,可以对不同能耗设备进行横向对比,或者同类设备按时间纵向对比,反馈给企业管理者,了解企业的能源管理水平及用能状况。

      (6)故障告警信息:监测能耗异常报警、专家分析预案处理。

      1.3能效管理云平台访问应用

        由美国国家标准研究院(NIST)提出并被广泛应用的云架构包含3个基本层次血:基础设施层(Infrastructure Layer )、平台层(Platform Layer) 和应用层(Application Layer) 0云平台能效管理系统架构层次图如图3所示。

      在云平台能效管理系统的云架构层次中,每层的功能都以服务的形式提供出来,进而出现了基础设施服务(Infrastructure as a Service,laaS)、平台服务(Platform as a Service, PaaS )和软件服务 (Software as a Service, SaaS )的概念。

      laaS是将基本的基础设施资源提供给用户的 服务。用户无需自行购买、维护硬件设备和相关系统软件,就可以直接在基础设施即服务层上获取自己需求的服务。

      PaaS交付给用户丰富的云中间件资源,包括应用运行时环境、共享服务以及自动化管理服 务等。

      SaaS是指服务提供商以Web Service的方式向用户交付软件的服务。对于软件服务提供商而言,由于与软件相关的所有资源都放在云中,便于进行软件的部署和升级,因此软件产品的生命周期不再明显。

      云平台能效管理系统提供给用户SaaS。采用这种服务交互模式无论是在商业上还是技术上都是一个巨大变革。在能效管理过程中,用户不再需要关心硬件设备的搭建、软件的安装升级,以及后续的IT人员专职系统维护,更不需要预算成本,仅仅根据用户的使用范围和用户权限进行“按需付费”。

      1.4 能效管理云平台优势

      基于云平台的能效管理系统与传统能效管理相比,具有多方面特殊优势。

      (1)有效管理性:能效管理系统包括对设备运行状况的监控系统、降低系统故障率的维护系统。能效管理云系统提供给用户可视化远程互动操作界面,根据系统检测业务负载,有效增减资源进行调度,同时也有效保证关键数据的安全等。

      (2)负载可伸缩性:通过云平台能效管理系统,并依据系统使用负载变化的能力,在负载变大或减小时,利用网络计算资源,釆用节能算法,实时进行智能调整以适应负载。

      (3)可靠性:指一个组件或系统执行其功能的能力,系统成功完成指定功能的概率是衡量系统可靠性的常用指标。云平台能效管理系统采集 传输的数据,均存在云端,保证数据读写的可靠就是保证系统的质量,基于云平台对能效系统可靠性的重要性不言而喻。

      (4)安全性:对于云平台应用,可能有大量用户会在统一时间访问系统,对每个用户的数据安全性要求相当髙,敏感的企业成本数据更是如此, 因此在设计系统时,需严格将各企业的业务数据隔离,从数据级和应用级多个层面保证不同企业的系统数据相互独立、安全。

      (5)多用户有效性:传统的软件运行和维护模式要求软件被部署在用户所购买或租用的硬件资源当中,大多服务于特定的个人用户或者企业用户。在云计算环境中,更多的软件以SaaS的方式发布出去,提供给更多的企业用户共享使用,对用户组进行统一的管理与维护,节约用户成本的同时,实现多用户使用的有效性。

      (6)开放性共享性:基于云平台能效管理系统除了面向企业、楼宇等耗能用户外,还面向对外系统(如区域能源管理调度中心或其他政府行政部门),与外系统进行数据交换c因此,本文介绍的系统,设计统一的标准接口来预留与外系统的通信途径,从而实现跨用户、跨区域数据共享,便于能源中心对资源进行实时调整和优化。

      (7) 低成本性:企业管理和运营软件系统正逐渐伸展到企业业务和管理的各个角落,导致企业在软件系统维护上的人力和物力成本日趋增多。随着信息产业的发展,企业日常运营越来越依赖于软件系统平台。基于云平台的能效管理系统可以有效降低企业能效管理成本。首先是能效管理软件系统建设初期的投入大幅减少,不再需要进行巨大的成本一次性投资,避免初期对软硬件资源的过分投入。另外,对企业用户来说,云平台可以帮助实现应用的自动化管理,且无需单独配置维护人员,直接减低了企业对系统的维护成本。

      2  工程应用分析

      2.1工程概况

      工程应用案例以某电器生产基地基于云平台能效管理系统为例。该基地云平台能效管理系统 图如图4所示。

      该生产基地分布式储能系统、智能楼宇控制 系统、分布式光伏发电系统、分布式风电系统、智能电器及系统以及负荷监控系统,通过分布于基地内的通信管理机来实现与基于云平台的企业电能管理云服务的通信。基地内不需建设覆盖全厂区和配电房的通信专网,也不需架设本地服务器, 只要在互联网区域登录云平台能效管理系统公共服务界面,并经过系统用户验证后即可应用能效管理云服务提供的各项功能。

      2.2 应用分析

      (1)需量控制:作为综合性工业园区,为对该生产基地能耗进行统一管理和优化,需通过能耗的度量模型、测量方法和分析优化算法,针对不同时段选择与实际电容量相匹配的方案,降低支付给电力公司的用电容量费用。.

      通过搭建云平台能耗管理系统,采用云计算技术,统计用电负荷数据、釆取大数据分析进行能 耗度量测量、模型方法和优化算法的实现和验证。

      (2)用电分析:通过云平台能效管理系统,用户无论何时何地即可通过Web访问,并对数据库内一定时期的用电量数据分析,采用图表形式查看各个车间或高能耗设备的用电情况,根据电价浮动自动合理调节负载的运行模式,自动、合理调节负载,既可以降低用户的用电费用,也可以帮助 电网削峰填谷。

      生产基地用电量对比曲线图如图5所示。

      (3)多用户远程监控与用电预测:云平台提供SaaS,实现多用户异地实时监控能耗及查看远程报警信息;通过能耗、趋势分析发现用电不合理之处并提出改进建议,提岀合理的大需量值,达到节能降耗、经济用电的目的。

      (4)智能负荷优化与削峰填谷:通过云平台提供的大数据云计算技术,采用算法对当前系统进行负荷优化。

      以该基地A区二楼办公区域夏季空调电能监控负荷优化为例,优化前负荷曲线如图6所示。 (夏季一周内日平均数据值)

      应用基于云平台能效管理系统,对负荷进行历史数据分析、对当前电力负荷进行预测与需量控制,实时优化用电负荷,根据用电时段(电价时段阶梯)自动调节当前负载的运行模式,既满足降低用电成本,同时协助用户进行电网的“削峰 填谷”。基于云平台能效管理系统优化后的负荷曲线图如图7所示。

      以峰时(8 ~11时)3 h用电平均值250 kWh 为例,A区二楼即可节约电费:(1.044 -0.513) (元/kWh) x250 kWh/d = 132 元/d。初步估算若 整个生产基地有10个类似空调区域,通过云平台 能效管理系统做到低谷时段用电,则一年仅空调 用电(按6个月统计)即可节约24万元。

      3 安科瑞能耗云平台结构

      4 云平台功能    

      5 云平台配置

      6 结语

      本文提出基于云平台能效管理云服务模式,通过前文介绍和应用案例,企业能够有效地低成本,有效率地应用负荷管理,远程实时监控,电能能效分析等,从而实现“削峰填谷”的社会效益和节电、节费的经济效益。此外,基于云平台能效管理云服务还可从以下几个方面有效推动能效需求侧管理,有助于实现节能减排的目标。

      (1)基于云平台能效管理系统,企事业单位用户通过对高电耗用能设备进行远程实时监控, 采集监测设备数据,为合作的专业节能设备公司 提供有价值的能耗数据,有助于这些设备企业采 取积极措施,研发并升级节能技术,为进一步降低设备能耗做准备。

      (2)基于云平台电能能效管理云服务数 据中心可以汇总使用云服务的企事业单位用户的用电数据,并进行数据分析,为政府相关部门提供宏观层面的企业能效数据,进一步掌握所辖范围内企事业单位节能减排执行情况, 并有计划化地改造或淘汰落后用电企业,为进一步实施产业结构调整、淘汰落后产能提供数据支持。

      【参考文献】

      [1]赵静.我国工业终端能源消费与合理用能浅析[J].能源技术经济,2010,22(6)35-38.

      [2]孙丽娜,马海伟,基于云平台的能效管理系统研究.电器与能效管理技术(2015NO.5)

      [3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2019.11版

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