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(wèn)題亟待解決。能源結構向分布式發(fā)展，園區內的各種能源需要集中監管，統一維護。在保證園區內能源供應穩定的基礎上，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，從而提升園區內能源生產(chǎn)管理水平，提升效率。
本文研究了園區智能綜合能源管理運營(yíng)中心的建設思路及建設過(guò)程，并介紹了傳統機房模式和基于云平臺的兩種典型建設模式。同時(shí)闡述了系統在監視、采集、功率預測、Web瀏覽等方面的應用功能。對于園區業(yè)主、清潔能源廠(chǎng)商及運營(yíng)方，建立集中統一的智能管理運營(yíng)中心，將推進(jìn)綜合能源管理向著(zhù)少人管理方向發(fā)展，提高園區多種能源的監管及運維效率，從而提升系統的整體效益。在未來(lái)的綜合能源發(fā)展進(jìn)程中，系統將集成更多品類(lèi)的能源數據，發(fā)揮更大的經(jīng)濟效益。
隨著(zhù)全球能源危機的出現，人們越來(lái)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(diǎn)關(guān)注并著(zhù)手解決的問(wèn)題。結合國家能源改革政策、行動(dòng)計劃大綱和指導意見(jiàn)來(lái)看，能源結構調整一直在進(jìn)行。
目前國內處在能源變革的時(shí)期，能源形勢也逐步從集中向分布式轉變，資本方面的政策也相對放開(kāi)，導致了能源格局從大電網(wǎng)超高壓遠程輸送向區域形態(tài)發(fā)展。園區綜合能源的建設也從試點(diǎn)開(kāi)始逐步推廣發(fā)展。據相關(guān)統計，全國現有200余個(gè)國家級產(chǎn)業(yè)園區，1300余個(gè)省級產(chǎn)業(yè)園區，逾萬(wàn)個(gè)縣級產(chǎn)業(yè)園區。多能互補示范項目23個(gè)，智慧能源項目55個(gè)，增量配網(wǎng)項目300余個(gè)，新能源微電網(wǎng)示范項目28個(gè)。
歐洲最早提出綜合能源系統概念并付諸實(shí)施，早在歐盟第五框架（FP5）中就開(kāi)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研究側重能源協(xié)調、協(xié)同優(yōu)化及用戶(hù)側友好開(kāi)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，管理系統建設注重各類(lèi)能源系統間實(shí)現協(xié)調配合。日本的綜合能源管理系統則致力于引導能源結構優(yōu)化，促進(jìn)可再生能源規?；_(kāi)發(fā)，這與日本能源嚴重依賴(lài)進(jìn)口的因素密不可分。
國內，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、傳輸、使用體系，對應建設管理系統，但缺乏整體協(xié)調管理，存在能效低、棄風(fēng)棄光、環(huán)境污染等問(wèn)題，國家發(fā)改委能源局為推動(dòng)能源結構調整，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。
本文結合多年來(lái)從事智能電網(wǎng)、調度、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(yíng)中心的建設。在能源監視、調度的基礎上，將運營(yíng)和維護功能一體化。目的在于減少園區能源監管的工作量、實(shí)現不同類(lèi)型基礎能源的統一監管、多層監控、從而實(shí)現少人值守的運營(yíng)模式，建設集監控、管理、運維一體化的智能運營(yíng)管理中心。從而實(shí)現對多種能源集中高效的監管，提高園區能源供應的穩定性和可靠性，提高區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)運行和設備維護成本有著(zhù)重大的意義。
1 園區智能綜合能源管理運營(yíng)中心建設思路
系統建設要充分考慮園區能源的特性及發(fā)展需求，時(shí)刻關(guān)注能源領(lǐng)域的特點(diǎn)和要求，針對性解決綜合能源集中監管及多能互補問(wèn)題。系統在建設過(guò)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（combined cooling heating and power, CCHP）、光伏、風(fēng)電、儲能信息，實(shí)現對園區能源的集中監視、檢修、運營(yíng)，使分散式的能源有了集中統一的監管中心。
通過(guò)與人力資源（human resource, HR）、財務(wù)管理（financial management, FM）、ITSM系統的互聯(lián)以及資金和技術(shù)的合理調配與運用，達到資源的優(yōu)化利用，實(shí)現園區經(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(yíng)中心主體部署在園區層，各種能源由通信網(wǎng)絡(luò )集中到中心，改變傳統的單一本地監控為集中管理。
一方面遠程實(shí)時(shí)監控各設備運行狀況、發(fā)電量、電站功率、設備功率，提供電站設備查詢(xún)，生成實(shí)時(shí)報表等；另一方面為用戶(hù)建立標準化、精細化的運行維護管理平臺，實(shí)現實(shí)時(shí)標準數據信息共享、自動(dòng)化管理、電站設備故障預警、遠程專(zhuān)家咨詢(xún)和分析評估、收益結算等功能。從而及時(shí)發(fā)現園區內能源發(fā)、輸、配、用等環(huán)節的故障和利潤損失，統一能源監視，全景展示，省時(shí)省力。
同時(shí)，可將能源數據信息統一納入智能運營(yíng)系統數據中心，并根據用戶(hù)需求將指定數據轉發(fā)至當地電力公司、企業(yè)集團、各省市節能環(huán)保中心、可再生能源中心等各類(lèi)數據中心，實(shí)現數據的多向共享。
圖1 智能綜合能源管理運營(yíng)中心建設層次
2 系統建設
系統采用集中監管、分區運行的運維模式，通過(guò)分布式實(shí)時(shí)的數據采集、數據處理，統一的數據存儲、系統管理，靈活的責任分區、數據分流、信息分類(lèi)技術(shù)，實(shí)現異構環(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(yíng)中心系統分為以下層次實(shí)現：展示層、應用層、總線(xiàn)服務(wù)層、基礎ICT（information communications technology）層及基礎數據采集層，每層負責各自的處理，最終通過(guò)組合形成可使用的系統功能。應用層完成與用戶(hù)的交互，將用戶(hù)所需數據以直觀(guān)、合理的方式按照需求展現，并記入用戶(hù)的輸入信息或操作指令，以傳遞給總線(xiàn)服務(wù)層進(jìn)行處理。
總線(xiàn)服務(wù)層完成業(yè)務(wù)的實(shí)際處理、數據運算、處理流程的控制；數據采集層完成與接入設備的通信，從設備中獲取數據，并進(jìn)行解析，轉換成系統能夠識別的數據格式。同時(shí)，還提供以上的逆向處理，即將系統發(fā)送給設備的信息組織成設備能識別的格式并傳送給設備。其中，多數據點(diǎn)并發(fā)問(wèn)題由數據處理服務(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(yíng)中心系統架構
2.1 系統部署
總體部署分為基礎能源數據輸入端、應用發(fā)布應用端及遠程監管部分，核心為數據中心。能源數據根據其隸屬權限的不同，分為園區直管，直接上傳到園區平臺層。另一種是通過(guò)當地監控或者部署通信管理機的形式將數據集中到數據中心。在數據中心進(jìn)行集中管控，基于數據中心之上部署應用。以Web形式發(fā)布并實(shí)現負載均衡，客戶(hù)端通過(guò)端口訪(fǎng)問(wèn)。
1）平臺部署
系統部署可以采用兩種模式：一種為基于云服務(wù)、虛擬化部署系統的數據中心，在云數據中心的基礎上部署應用功能，實(shí)現綜合能源運營(yíng)管理功能；另一種為基于傳統的硬件服務(wù)器、工作站及其他硬件設施進(jìn)行部署。
（1）基于云平臺的集中部署
系統建設依托虛擬化及云服務(wù)等技術(shù)，將數據中心部署到商用云上，數據庫服務(wù)器、總線(xiàn)服務(wù)器、實(shí)時(shí)處理服務(wù)器、功率預測服務(wù)器、設備管理服務(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(guò)內部虛擬網(wǎng)絡(luò )通信，這在選用服務(wù)器時(shí)根據數據傳輸的需要確定虛擬網(wǎng)絡(luò )的通道帶寬，一般為2Mbit/s。
（2）自建機房模式
系統建設依托硬件實(shí)體服務(wù)器、工作站及網(wǎng)絡(luò )安全設備，具體如圖3所示。系統建設過(guò)程首先部署服務(wù)器，服務(wù)器上安裝Unix/Linux/Windows操作系統。在服務(wù)器上安裝Oracle或其他商用數據庫，建立庫表，導入初始參數，開(kāi)始部署應用軟件。
圖3 傳統機房模式的硬件部署圖
（3）模式分析
從投資角度來(lái)說(shuō)，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(lái)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時(shí)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(lái)完成，自建機房模式需要靠運維團隊來(lái)完成日常的維護工作。
自建機房模式在數據安全性方面更有優(yōu)勢，這主要原因在于云模式的通信方式要采用專(zhuān)網(wǎng)與公網(wǎng)相結合的通信方式，而自建機房模式更多的通過(guò)專(zhuān)網(wǎng)傳輸數據，所以數據保密性和安全性能更高。用戶(hù)可以根據自身的要求，選擇適合自身需求的建設模式。
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內核的瀏覽器。
（3）建設庫表
在應用部署之前，數據庫安裝之后，要建立相關(guān)的庫表，編制專(zhuān)用腳本，并以批量處理的模式完成庫表的建設，支持的數據庫類(lèi)型主要包括歷史庫、實(shí)時(shí)庫、參數庫、模形庫以及拓撲關(guān)系庫等。
（4）對外接口部署與支持
系統整體設計方案采用面向服務(wù)的架構（service- oriented architeture, SOA）設計思想，自下而上提供應用服務(wù)。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據接口，所有交互由上層應用發(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(mén)進(jìn)行標準對接，數據共享。
3）分階段逐步建設
Ⅰ期建設專(zhuān)注于基礎功能的建設，主要包含實(shí)時(shí)監控系統、Web功能、電子值班、功率預測、故障告警、設備綜合管理、生產(chǎn)管理、統計分析功能。為每個(gè)能源站建設一路視頻，用于監視本變電站的運行情況。在總部部署大屏幕，實(shí)現全區的能源全景展示。Ⅱ期建設包含園區能源生產(chǎn)運營(yíng)分析、能源平衡分析及輔助決策系統等，以便更好地為園區的整體能源優(yōu)化奠定堅實(shí)的基礎。
2.2 應用模塊
1）實(shí)時(shí)在線(xiàn)監控
監視功能實(shí)現全景、全站、設備（電機、燃氣輪機、電表、水表、熱表、匯流箱、逆變器、電源設備、保護模塊、測控設備、環(huán)境監控設備等）的監視，信息采集和集中展示。建立統一數據庫，為監控平臺和第三方系統提供基礎數據服務(wù)。
統一接入轄區能源的在線(xiàn)監控設備及第三方系統，包括熱電聯(lián)產(chǎn)、清潔能源、垃圾電廠(chǎng)以及各種余熱利用的各類(lèi)設備。實(shí)現電、熱、冷、氣的統一運行監控、數據顯示、設備故障報警、發(fā)電數據分析預報、未來(lái)上網(wǎng)電量數據預報。
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(guò)光伏電站端上傳的實(shí)時(shí)氣象數據、實(shí)時(shí)云圖數據、光伏電站運行數據，以及來(lái)自氣象部門(mén)的數值天氣預報數據，對單個(gè)或全網(wǎng)光伏發(fā)電進(jìn)行功率預測。針對光伏特點(diǎn)，可以采用統計方法，物理方法或者綜合法。根據預測的時(shí)間尺度可分為超短期預測（0～4h）、短期（日前）預測（0～24h）、中長(cháng)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(lèi)告警信息，實(shí)現告警信息在線(xiàn)綜合處理、顯示與推理，對大量告警信息進(jìn)行分類(lèi)管理和綜合/壓縮，利用形象直觀(guān)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，內容包括告警內容描述、告警等級、告警時(shí)間、是否復歸、是否確認等。
4）設備管理
設備管理模塊主要由設備臺賬信息、設備文檔信息、巡視信息三部分組成，并通過(guò)業(yè)務(wù)建模、文檔管理、文檔在線(xiàn)編輯等模塊輔助配置設備信息界面及存儲相關(guān)文檔信息。設備包含用戶(hù)目前生產(chǎn)過(guò)程中所有在用設備，例如智能表計、清潔能源設備、配電屏、環(huán)境監測、配電設備等。設備臺帳信息包含設備型號、廠(chǎng)家、生產(chǎn)及其銘牌上所列技術(shù)參數等，并包含自定義信息。同時(shí)進(jìn)行設備的缺陷管理、檢修管理、異動(dòng)管理、停運管理。
5）生產(chǎn)管理
生產(chǎn)管理緊密結合生產(chǎn)過(guò)程定制，例如可視化流程定制，可追溯定制，管理過(guò)程定制，甚至巡檢路線(xiàn)定制等等。同時(shí)制定操作票和指令票，實(shí)現電子擬票，進(jìn)行擬票、審核、預發(fā)、執行、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(wú)需任何專(zhuān)用程序支持，并且實(shí)時(shí)畫(huà)面的修改更新均由Web服務(wù)器在實(shí)時(shí)網(wǎng)上自動(dòng)得到同步更新，真正實(shí)現客戶(hù)端免維護。根據《電力監控系統安全防護規定》（國家發(fā)展和改革委員會(huì )14號令），系統作為電力監控系統需遵循“安全分區、網(wǎng)絡(luò )專(zhuān)用、橫向隔離、縱向認證”的原則，在生產(chǎn)控制大區與管理信息大區之間設置安全隔離裝置。Web瀏覽功能屬于管理信息大區，其Web功能的體系架構如圖4所示。
圖4 Web體系架構圖
3 現場(chǎng)實(shí)施
該系統已經(jīng)在陜西、深圳、廣東、山東等多個(gè)現場(chǎng)實(shí)施?，F場(chǎng)有部署于云平臺的系統，還有基于純硬件平臺的?，F場(chǎng)運行后，基于云平臺的建設，在機房設備運維和購買(mǎi)設備方面會(huì )減少投資。但在數據接入時(shí)要考慮信息安全和通信網(wǎng)絡(luò )構建的混合性。圖5是現場(chǎng)運行圖。
全景展示部分作為運行人員、管理人員、用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)系統的入口，提供操作簡(jiǎn)便、表達清晰、簡(jiǎn)潔美觀(guān)、響應快速的用戶(hù)使用環(huán)境，具備友好的用戶(hù)界面和支持能力。支持系統運行、決策、管理等不同用戶(hù)全局把握分布式能源站的真實(shí)運行狀態(tài)。支持系統運行、決策、管理等不同用戶(hù)重點(diǎn)關(guān)注關(guān)鍵事件的要求，用戶(hù)可根據需求實(shí)現環(huán)境在線(xiàn)定制。
圖6為目標園區的關(guān)鍵線(xiàn)路的電、水相關(guān)數據統計。另外分類(lèi)進(jìn)行數據、圖像、信息、圖表、曲線(xiàn)和關(guān)鍵性能指標的展示，支持模型驅動(dòng)的可視化顯示，為用戶(hù)提供任務(wù)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 現場(chǎng)園區全景展示圖
圖6 區域綜合能源的統計展示
總結
本文結合長(cháng)期的電力、能源系統工作經(jīng)驗，及對集控中心、調度、運維系統的深入理解，對智能綜合能源管理運營(yíng)中心實(shí)施過(guò)程中的建設思路、軟硬件設備部署、應用業(yè)務(wù)劃分、系統建設方面進(jìn)行全面地研究和闡述。
目前在國內，已經(jīng)實(shí)施了多個(gè)現場(chǎng)，系統對園區內的能源總體進(jìn)行監管，實(shí)現能源流、信息流的高度統一，并可以實(shí)現智能化檢修和運維。從而提高園區能源管理的智慧化水平，優(yōu)化園區內供能抵御風(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，在國內能源轉型的過(guò)程中，智能綜合能源管理運營(yíng)中心將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，接入更多品類(lèi)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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