基于B/S架構能源調度系統的設計與實現

方凱能，仲梁維

（上海理工大學機械工程學院，上海200093）

0 引 言

隨著國家不斷重視環保和清潔能源的使用，很多重工業園區已經形成了太陽能、電能的混合能源的利用。太陽能不僅無污染，而且投入使用后，比火力發電經濟得多。由于太陽能的發電量會隨著光的強度和天氣陰晴而變化，同時又受太陽能發電效率的影響，一般不能完全滿足園區的需求。那么如何合理的在太陽能和電能之間進行切換，以及如何在不同容量變壓器之間合理切換，達到能源的合理利用，成為困擾企業的難題。

大規模太陽能集中并用對用電量大的園區和節能減排意義重大，但太陽能發電不同于常規能源電力，其自然特性給電力系統調度所帶來的一系列復雜問題也是前所未有的［1］。之前重工業園區電力系統在規劃之初，并未考慮太陽能接入問題。如果能對太陽能發電量進行有效預測，或者系統中有足夠的可靈活調節的備用容量，則太陽能的隨機性對園區電力系統的影響可大大降低。如果僅依靠火電應對太陽能的隨機性，在太陽能比例或負荷峰谷差增大到一定程度時，為園區提供供能的發電站的火電機組將頻繁啟停或運行在深度調峰狀態，嚴重時將影響電網的安全經濟運行。這是目前大型園區中太陽能幾乎棄風、利用率低的重要原因之一。因此，在太陽能大規模集中接入的形勢下，園區電力系統調度必然要建立多源相濟協調機制，通知相應發電站做好發電計劃，以提高太陽能利用率，實現清潔能源在大范圍內的優化配置。

針對目前企業能源管理中存在的諸多問題，建立能源調度系統已經迫在眉睫，而隨著信息技術的發展，企業能源信息的閉塞與原始和企業生產辦公的高度信息化越來越不協調，能源使用的信息化變得越來越迫切［1］。企業急需能源調度系統，完成能源管理方式的轉化，從粗放型向經濟型轉變，從而節約能源，提高效率。

1 系統研究意義

在市場經濟的形勢下，高耗能企業的利潤逐漸減弱。一大批企業都進駐重工業園區，對他們來說電能也是一筆很大的成本。如果園區經過合理有效調度，那么企業在正常生產的前提下能夠在電費上節約很大的開支。不論是對于企業個體還是國家，合理的能源調度系統的開發和使用都意義重大。

能源調度系統不僅承擔起不同能源以及不同容量電站的自動切換，而且是園區和企業溝通和交流的平臺。

對于企業而言，好的能源調度系統可以輔助提交具體生產計劃，以及各個車間的設備功率等數據，交由園區審核。能源調度系統能夠使園區和企業能源管理實現自動化，可以實時動態掌握能耗數據，實時監控能源使用異常情況，按照能源費用最低對生產運行進行優化調度，實現能源使用實時、定量分折與控制，使企業能源使用管理實現自動化與定量。其次，能夠實現能源管理制度化。這個系統能幫助園區或企業進行能源消耗統計分析和能量平衡分析，制定合理高效的生產計劃。各種數據采集、分析、預測、控制都可方便自如。使企業的能源管理制度更為健全，企業將生產計劃提交園區，經過園區和系統的審核和計算，生成合理的排班表。再次，實現對企業工藝的分析與管理，各種參數的實時監測，有利于安全生產，降低能耗進而降低了能源成本，為企業帶來效益，提高行業競爭力。

傳統的能源調度系統存在不少弊端。（1）系統功能單一。不少系統只是能源集中監控系統，管理功能薄弱，沒有充分挖掘出能源統計數據的價值。（2）系統與生產脫節。能源管理系統脫離了生產，成為單一的監控系統，管理節能效果降低［2］。（3）運行情況不容樂觀。我國的企業特別是國有企業的管理機構比較復雜，而能源的管理牽涉到生產部門、計劃部門、信息部分等多個部門，多個部門之間水平方向溝通困難。（4）以前的調度系統只是電能的調度，沒有太陽能等清潔能源的調度。（5）切換電源和變壓器一般沒有實現智能化，還只是人工根據監測結果，手動切換。因此，企業采用新的能源調度系統后，只要操作得當，合理使用，既保證了安全生產，也實現了全程監測以及數據記錄分析，最重要的是最大效率地利用了電能，提高了競爭力。

2 B/S模式介紹

B／S結構，即Browser／Server（瀏覽器和服務器）結構，又稱“瘦客戶端”。與C／S結構相比，這種結構不需要客戶端安裝相應系統進行邏輯處理，而只需要輸入網址就行，大部分邏輯都在服務器上進行處理，形成所謂三層結構客戶服務器體系。如圖1所示，在三層體系結構中，瀏覽器端接受用戶的HTTP請求，然后向Web服務器提出請求；Web服務器從數據庫服務器中獲得數據，然后將數據送回Web服務器，再將結果處理成瀏覽器能夠接受的形式（HTML），送回發出請求的Web瀏覽器，最后由客戶端將結果呈現給用戶［3］。從而大大簡化了客戶端電腦載荷，客戶端只需要瀏覽器就可進行業務處理，減輕了系統維護與升級的成本和工作量，只需更新服務器端的軟件即可，降低了用戶開發總成本。此外，用戶不用安裝任何專門的軟件就可以在地方進行操作，只需一臺能上網的電腦，客戶端零維護［4］。

圖1 Browser/Server結構模型

3 系統設計

3.1 系統功能設計

能源調度系統是園區和企業能否正常生產和降低生產成本的重要組成部分。能源調度系統的功能結構如圖2所示。

圖2 能源調度系統功能結構圖

該系統主要包括五個模塊，分別是基本信息管理模塊、生產計劃管理模塊、供用能管理模塊、能源調度管理模塊及系統用戶管理模塊。各模塊的具體功能設計如下：

（1）基本信息管理主要包括企業信息管理、工藝信息管理、企業設備管理、計量點和采集項管理。工藝信息管理主要要求企業將產品的工藝以及需要的電能、時間等信息輸入系統，這是園區后來能源優化管理的數據基礎之一。同時，企業也需要將所有設備的相關信息錄入系統并且可以進行維護。計量點和采集項管理主要是對基礎數據進行檢測和存儲。

（2）生產計劃管理是能源調度系統的核心之一，負責企業生產計劃的提交和園區的審核。其功能主要包括企業生產計劃的提交、修改、審核通過后的查詢以及園區與企業、車間與企業進行協調溝通。

（3）供用能管理模塊是能源調度的數據基礎來源，也是園區安全生產的重要環節之一。此模塊主要有三大功能。第一是根據天氣情況和太陽能歷史發電情況，建立相應的數學模型對一段時間太陽能的發電量進行一個較為準備的預測［5］。第二是將所有企業提交的生產計劃進行統計，匯總出月和每天用能總和，同時和發電站溝通，統計各變壓器預估供電總和。第三是實時監測，該模塊不僅可以對各設備的用能情況和各企業的用電情況的實時數據進行展示，并且園區值班人員可以通過它看到和搜索到各個用能設備和車間的安全情況。一旦用能超過警戒線或者電流超過安全電流，可以及時反應，排除安全隱患。

（4）能源調度管理模塊是全系統的核心。它根據企業提交的生產計劃和電站供電情況，通過精確的模型計算和評估，算出每天合適的供用電峰值和用電裕量，以使能源的利用率達到最大［6］。這樣，系統將每天各企業分配的加工時段進行匯總，企業查到自己的生產計劃就成了排班表，實現了智能排班。如果企業要加班或者修改部分生產計劃，得在協調平臺和園區協調，并且重新審核安排才能生產。由于變壓器的容量不同，選用合理的變壓器是節能的關鍵所在［7］。原則是優先使用太陽能進行生產，當太陽能不夠的時候，變電站自動根據系統的信號，通過接口通知plc控制系統進行變壓器合理配置和切換，使電能利用率達到最大。這里以周或者月為一個單位，原則就是提前進行用能規劃，達到合理配置，在完成生產計劃的條件下達到最大的效益。從圖3可以看到一個優化后的企業生產計劃表。

圖3 優化后的企業生產計劃表

（5）系統管理包括角色管理、資源管理和用戶管理。它主要用于系統用戶的維護，包括添加、刪除、修改及查看，對不同的用戶分配不同角色，不同的角色分配不同的權限。

3.2 數據庫設計

本系統數據庫采用SQL Server 2008 R2數據庫，系統數據庫名稱為db-resManagement。數據庫dbresManagement中包含17張表。其中包括企業信息表（企業編號id、負責人姓名、Email、固定電話、手機）用于存儲企業的信息；車間信息表（企業編號、車間名稱、責任人名稱、Email、手機、通訊地址、職務）用于存儲車間的基本信息；工藝信息表（公司編號、車間編號、產品名稱、工藝名稱、工藝定時、工藝設備編號）用于存放工藝庫信息；設備信息表（公司編號、車間編號、設備編號、設備名稱、設備功率）用于存放設備的信息。生產計劃表（公司編號、產品名稱、生產數目、交貨時間、審核狀態）用于存儲企業提交的信息、；企業排班表（公司名稱、車間名稱、生產日期、工藝名稱、工藝數量、時間段、備注）用于存儲系統整合所有生產計劃、進行能源調度后的生產安排表。太陽能供電表（日期、天氣情況、預測供電量、實際供電量、供電時間段）用于存放匯總太陽能供電信息。變壓器信息（變壓器編號、變壓器名稱、變壓器容量）用于儲存變壓器基本信息。變壓器供電情況（變壓器編號、時間、供電量、供電線路、供電車間編號）用于記錄變壓器調度情況和使用情況。

3.3 用戶權限分析

為提高能源調度系統的統一用戶管理水平，結合企業業務應用現狀，明確具體人員的權限分配是十分重要的。對于系統用戶來說，用權限矩陣表可以清晰地表示他們的權限。根據系統功能結構圖，權限矩陣表采用樹形結構編碼方式，編碼之中前后碼位之間有主次關系，后面碼位的確定都由前面一個碼位確定。用戶權限矩陣表如表1所示。

表1 用戶權限矩陣

3.4 能源調度系統的實現

新能源調度系統采用B／S模式，很大程度上提高了系統的易用性和可維護性。系統運行在WEB服務器上，可以使用WEB瀏覽器訪問，也可以采用移動設備訪問，采用Apache tomcat 6.0配置，系統后臺選用的編程語言為跨平臺的Java，Myeclipse8.5和Dreamweaver8作為開發工具，系統前端采用easy UI框架，由jsp和javascript組成，采用struts2.0，Spring3.0，Hibernate3.0三大主流框架進行系統開發。圖4、圖5所示是系統的部分功能頁面。

圖4 能源調度系統協調平臺功能頁面

4 系統測試

系統測試是針對整個產品系統進行的測試，目的就是檢測系統的具體功能是否已經滿足了企業需求的定義，找出與需求規定不符合或矛盾的位置。此外，還需要檢驗系統的相關文檔等是否完整、有效，并且測試用例的設計應基于需求分析說明書為依據，需在實際使用環境中進行測試。

圖5 供用能匯總及調度前后對比分析頁面

筆者采用黑盒測試技術對售后服務管理系統進行了測試。先對系統的各模塊功能是否達到規定的需求進行了測試，后對各模塊集成的所有業務流程進行了測試。經過對售后服務管理系統的多次測試，未發現異常，此系統已滿足某企業的使用需求。

5 總 結

對于重工業企業，使用清潔能源并且最大化的利用能源不僅是國家法律的要求，也是贏得市場競爭的重要方法。本文針對一個重型裝備制造園區的能源調度系統實例，開發了基于B／S架構的能源管控系統，能夠快速響應企業生產要求，保證企業安全生產，降低了企業的電能成本，很大程度上提升企業競爭力。隨著信息網絡技術和控制技術的不斷發展，清潔能源會得到更多的利用，這種基于B／S架構的能源調度系統將得到更為廣泛的應用。

［1］顧海濤.企業信息化能源管理系統的研究［D］.廣州：東南大學，2007.

［2］趙 瑁.軋鋼過程生產調度及其優化算法的研究與應用［D］.大連：大連理工大學，2008.

［3］江平宇.網絡化計算機輔助設計與制造技術［M］.北京：機械工業出版社，2011.

［4］何 文.基于B／S結構的網上作業管理系統的設計與實現［J］.信息技術，2012，（12）：49-51.

［5］田 廓，曾 鳴，鄢 帆，等.考慮環保成本和風電接入影響的動態經濟調度模型［J］.電網技術，2011，35，（6）：55-59.

［6］盧 靜，翟海青，劉 純，等.光伏發電功率預測統計方法研究［M］華東電力，2010，38（4）：563-567.

［7］張雅潔.計及大規模風電接入的發電機優化調度研究［D］.天津：天津大學，2012.