能效管理系統(tǒng)在化工企業(yè)中的應(yīng)用

張娜

[摘 ? ?要 ]能效管理系統(tǒng)為重點(diǎn)用能行業(yè)提供精細(xì)化的能源管理模式。通過部署能效管理系統(tǒng)，可實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的自動采集、統(tǒng)計、分析和發(fā)布。文章從用能企業(yè)的需求出發(fā)，對企業(yè)集抄系統(tǒng)升級、改進(jìn)，提高企業(yè)用能管理水平，降低運(yùn)營管理成本。

[關(guān)鍵詞]能效管理系統(tǒng);能耗診斷;斷點(diǎn)續(xù)傳;實時傳輸

[中圖分類號]F426.7 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）06–0–03

[Abstract]Energy management system provides refined energy management mode for key energy consumption industries. Through the deployment of energy efficiency management system， energy consumption data can be automatically collected， counted， analyzed and released. This paper starts from the needs of energy consuming enterprises， upgrades and improves the centralized reading system of enterprises， improves the management level of energy consumption of enterprises， and reduces the cost of operation and management.

[Keywords]energy management system; energy consumption diagnosis;breakpoint resume;real-time transmission

隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，用電的安全性、可靠性、穩(wěn)定性以及與其直接掛鉤的社會政治影響、經(jīng)濟(jì)效益、管理效率和運(yùn)行成本日益成為社會各方考慮的問題。隨著科技的不斷進(jìn)步，由于計算機(jī)、通信、互聯(lián)網(wǎng)及云計算等技術(shù)的廣泛應(yīng)用，各行各業(yè)的發(fā)展開始越來越趨于方便快捷的自動模式，基于企業(yè)網(wǎng)、廣域網(wǎng)的電力集抄及能效管理系統(tǒng)是新時期電力系統(tǒng)的新發(fā)展，是電力系統(tǒng)的自動化智能化的體現(xiàn)，這不僅為電力系統(tǒng)管理者減輕了壓力，同時保障了企業(yè)用電的安全性、準(zhǔn)確性、便捷性。

1 實施背景

某煤化工企業(yè)煤間接液化項目是國家“十二五規(guī)劃”重點(diǎn)項目。項目主要原料為煤，主要產(chǎn)品為油品，油品設(shè)計產(chǎn)量為110萬t/a;同時利用副產(chǎn)蒸汽、馳放氣發(fā)電，發(fā)電除廠內(nèi)自用外還與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)并網(wǎng)，實現(xiàn)對外售電。廠內(nèi)設(shè)置1座110 kV變電所，15座10 kV變電所，全廠集抄能效管理系統(tǒng)主站設(shè)置在總變電所值班室內(nèi)，實現(xiàn)全廠的電力數(shù)據(jù)實時采集、統(tǒng)計分析及精細(xì)化管理。2015年5月投入運(yùn)行的一期集抄管理系統(tǒng)整體雖然運(yùn)行穩(wěn)定，但也存在問題與不足，針對一期系統(tǒng)進(jìn)行測試分析，提出了升級擴(kuò)容改造方案，以滿足新的應(yīng)用需要，原系統(tǒng)存在問題及不足如下。

（1）Web瀏覽需增加。實現(xiàn)企業(yè)局域網(wǎng)內(nèi)，通過IE瀏覽器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程查詢，方便用電單位查詢與數(shù)據(jù)分析。

（2）集中與分散存儲。集抄系統(tǒng)共計20多個站，站內(nèi)設(shè)備采用RS-485通信，分站與總站之間采用光纖連接，存儲服務(wù)器放于301總變，對網(wǎng)絡(luò)依賴性高;電量采集對總站服務(wù)器的穩(wěn)定性、可靠性要求較高，一旦出現(xiàn)問題，在恢復(fù)正常之前電量無法存儲。

（3）通信網(wǎng)絡(luò)需優(yōu)化。系統(tǒng)為主備網(wǎng)，但通信不穩(wěn)定，偶爾出現(xiàn)數(shù)據(jù)風(fēng)暴導(dǎo)致通信斷開，導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法存儲，需優(yōu)化網(wǎng)路結(jié)構(gòu)，調(diào)整協(xié)議方式。

（4）計量數(shù)據(jù)需擴(kuò)容。因計量及精細(xì)化管理需要，部分外品牌電能表計需接入抄表系統(tǒng)，部分新站計量點(diǎn)接入抄表系統(tǒng)。

（5）無線測溫系統(tǒng)需擴(kuò)容。因需監(jiān)測各變電站電纜接頭溫度，系統(tǒng)需要外接無線測溫點(diǎn)接入集抄系統(tǒng)。

（6）部分儀表超量程?，F(xiàn)有計量儀表的表計量程為99999999 kW·h，因個別回路用電負(fù)荷非常大，各變電站進(jìn)線表計短時間內(nèi)存在超量程問題。全廠電力集抄系統(tǒng)的升級和能耗管理系統(tǒng)的應(yīng)用可以徹底解決上述問題，并實現(xiàn)功能擴(kuò)充，達(dá)到可靠計量、精確計量、遠(yuǎn)程查詢、能源管理、服務(wù)生產(chǎn)等目的。

2 集抄升級和能耗管理系統(tǒng)的研發(fā)部署

在認(rèn)真調(diào)研國內(nèi)外集抄系統(tǒng)、電力需求側(cè)管理系統(tǒng)和研究企業(yè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有集抄系統(tǒng)的運(yùn)行實踐，通過理論分析、數(shù)值測試、試運(yùn)行試驗與現(xiàn)場實測相結(jié)合的研究技術(shù)路線，形成以斷點(diǎn)續(xù)傳與Web服務(wù)器為核心的升級擴(kuò)容技術(shù)體系，并在實際工程中進(jìn)行應(yīng)用，以檢驗理論與技術(shù)研究成果的合理性、安全性、可靠性、方便性。

本項目通過對一期集抄系統(tǒng)的深度測試、調(diào)研分析，對系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、Web服務(wù)器、集抄服務(wù)器主站、集抄子站、計量儀表等環(huán)節(jié)的設(shè)計與研制，在多個方面提出系統(tǒng)整體優(yōu)化解決方案，實現(xiàn)系統(tǒng)升級、擴(kuò)容改造，以達(dá)到可靠計量、精確計量、遠(yuǎn)程查詢、能源管理、最終服務(wù)生產(chǎn)等目的。研究內(nèi)容如下。

（1）系統(tǒng)整體拓?fù)鋱D設(shè)計?；谛碌难邪l(fā)內(nèi)容設(shè)計新系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，新網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D基于原拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)擴(kuò)容，升級擴(kuò)容改造。

（2）EasyEEM能效管理系統(tǒng)研發(fā)部署。Web能效管理系統(tǒng)的軟件開發(fā);Web服務(wù)器配置安裝;能效服務(wù)器與集抄服務(wù)器數(shù)據(jù)對接;Web服務(wù)器部署;Web客戶發(fā)布。

（3）集抄管理軟件的升級研發(fā)部署。集抄主站軟件升級開發(fā)，增加斷點(diǎn)續(xù)傳功能;集抄子站軟件升級開發(fā)，增加斷點(diǎn)續(xù)傳功能及本地電度數(shù)據(jù)存儲功能;集抄工作站配置安裝。

（4）系統(tǒng)集成及工程實施。信息系統(tǒng)集成與工程實施最終目的是在工程上實現(xiàn)該研發(fā)方案，確保研發(fā)成果落地實施，且升級改造不影響原有系統(tǒng)的運(yùn)行，使系統(tǒng)更安全、穩(wěn)定、長期運(yùn)行，保證系統(tǒng)年24×30×12 h連續(xù)運(yùn)行，為化工系統(tǒng)生產(chǎn)做好動力監(jiān)控與計量保障。

3 項目實施難點(diǎn)

通過軟件工程及工程實踐技術(shù)方法找到項目實施過程中的難點(diǎn)，找到相應(yīng)完善的解決措施，難點(diǎn)如下。

（1）系統(tǒng)運(yùn)行過程中，電度數(shù)據(jù)失缺問題。電度數(shù)據(jù)的失卻或錯誤在集抄系統(tǒng)不可避免，這會導(dǎo)致系統(tǒng)局部或整體數(shù)據(jù)統(tǒng)計錯誤，或需通過人工進(jìn)行修正，數(shù)據(jù)連續(xù)性、可靠性、正確性是集抄與能效系統(tǒng)基本要求。通過電度數(shù)據(jù)斷點(diǎn)續(xù)傳、電度數(shù)據(jù)在集抄采集器本地存儲等技術(shù)措施實現(xiàn)。

（2）C/S架構(gòu)系統(tǒng)與B/S架構(gòu)系統(tǒng)融合問題。基于斷點(diǎn)續(xù)傳技術(shù)研發(fā)升級C/S架構(gòu)Easycontrol集抄主站軟件，基于該工程研發(fā)B/S架構(gòu)EasyEEM能效管理系統(tǒng)，實現(xiàn)EasyEEM能效服務(wù)器與Easycontrol集抄系統(tǒng)服務(wù)無縫對接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速檢索、查詢，保證軟件系統(tǒng)向前兼容、工程配置向前兼容。

（3）計量儀表超量程問題。因個別回路用電負(fù)荷非常大，原計量儀表的表計量程為99999999 kW·h，尤其各變電站進(jìn)線表計短時間內(nèi)存在超量程問題。超量程儀表數(shù)據(jù)無法正常顯示，出現(xiàn)死鎖狀態(tài)，需人工現(xiàn)場手動斷電重啟解決。此次升級已將此問題解決，當(dāng)儀表到達(dá)門檻值后，通信采集裝置自動向超量程儀表下達(dá)數(shù)據(jù)清零指令，實現(xiàn)儀表清零，避免出現(xiàn)儀表死鎖現(xiàn)象。為防止儀表清零后影響集抄系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集統(tǒng)計及計算。同時在集抄系統(tǒng)后臺增加基值累加功能，每次清零時會把清零數(shù)據(jù)添加到基值。

（4）大數(shù)據(jù)存儲穩(wěn)定性與查詢快速性問題。集抄系統(tǒng)負(fù)責(zé)全廠電度數(shù)據(jù)集抄，因此計量表計多，存儲數(shù)據(jù)量的，隨系統(tǒng)運(yùn)行時間延長，數(shù)據(jù)庫增量巨大，導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行效率越來越低。目前大數(shù)據(jù)應(yīng)用越來越廣泛，“大數(shù)據(jù)”這個詞本身也變成了一個很流行的詞匯。但是，如何保證大數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的高效運(yùn)行始終是開發(fā)人員必須面對的一個問題。現(xiàn)有許多應(yīng)用系統(tǒng)，剛剛運(yùn)行時，效率很高、運(yùn)行速度很快，但是隨著運(yùn)行時間的不斷增長，數(shù)據(jù)量不斷增大，系統(tǒng)的運(yùn)行效率越來越低。過了一段時間后，運(yùn)行速度慢到用戶難以接受的程度。雖然數(shù)據(jù)庫設(shè)計，可以通過優(yōu)化庫表結(jié)構(gòu)、優(yōu)化索引等等方式來改善系統(tǒng)效率。但是，當(dāng)數(shù)據(jù)表大到一定程度時，例如單表數(shù)據(jù)量超過1000萬條記錄時，這些優(yōu)化措施無法從根本上解決問題，數(shù)據(jù)量越大，系統(tǒng)效率越低幾乎成了大多數(shù)應(yīng)用軟件系統(tǒng)的普遍規(guī)律。

4 項目實施關(guān)鍵技術(shù)

通過對現(xiàn)有集抄系統(tǒng)的深度分析，確認(rèn)升級擴(kuò)容改造研究及工程的關(guān)鍵內(nèi)容，涵蓋計量儀表、集抄子站、集抄主站、WEB服務(wù)器等環(huán)節(jié)。

4.1 軟件工程技術(shù)方向

（1）斷點(diǎn)續(xù)傳就是在數(shù)據(jù)傳輸過程中由于網(wǎng)絡(luò)中斷或者其他原因造成傳輸中斷，這時數(shù)據(jù)只傳輸了一部分，在下次傳輸時能夠接著前面的傳輸進(jìn)度繼續(xù)進(jìn)行，而沒有必要重頭開始上傳下載，可以節(jié)省時間，提高速度。

（2）基于斷點(diǎn)續(xù)傳技術(shù)升級集抄系統(tǒng)的主站軟件Easycontrol。

（3）基于斷點(diǎn)續(xù)傳技術(shù)升級集抄系統(tǒng)的子站HMI與EMU3000軟件。

（4）基于B/S架構(gòu)EasyEEM能效管理系統(tǒng)開發(fā)Web服務(wù)器軟件。

（5）通過大數(shù)據(jù)存儲技術(shù)，實現(xiàn)電力集抄遙脈數(shù)據(jù)與電力運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)的海量存儲及快速查詢。

4.2 儀表技術(shù)方向

基于儀表嵌入軟件升級解決超量程計量儀表。

4.3 工程技術(shù)方向

（1）集抄服務(wù)器和采集器軟件升級。

（2）第三方品牌計量儀表兼容接入。

（3）擴(kuò)充新變電站的計量儀表的接入。

（4）擴(kuò)充點(diǎn)無線測溫裝置的接入。

（5）工程組態(tài)配置技術(shù)。

（6）綜合調(diào)試、集成測試、系統(tǒng)測試。

5 項目實施創(chuàng)新點(diǎn)

（1）研發(fā)了“實時采集與斷點(diǎn)續(xù)傳”協(xié)同數(shù)據(jù)處理技術(shù)，應(yīng)用于集抄主站軟件，解決了實時響應(yīng)數(shù)據(jù)實時性與電度計量數(shù)據(jù)可靠性傳輸難題，極大提高了系統(tǒng)可靠性。

（2）研發(fā)了“子站存儲與斷點(diǎn)續(xù)傳”冗余數(shù)據(jù)處理技術(shù)，消除因網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴引起的電度計量數(shù)據(jù)失缺問題。

（3）通過“C/S與B/S混合架構(gòu)”軟件工程技術(shù)，實現(xiàn)Easycontrol電力集抄系統(tǒng)與EasyEEM能效管理系統(tǒng)的融合，實現(xiàn)集抄數(shù)據(jù)在集抄局域網(wǎng)與企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)的WEB查詢。

（4）通過“大數(shù)據(jù)存儲”技術(shù)，實現(xiàn)電力集抄電度計量數(shù)據(jù)與電力運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)的海量存儲及快速查詢。

（5）基于“工業(yè)企業(yè)數(shù)據(jù)倉庫業(yè)務(wù)藍(lán)圖”技術(shù)，并借商業(yè)智能實施數(shù)據(jù)倉庫的最佳實踐，解決了項目開發(fā)過程中涉及的關(guān)鍵技術(shù)難題主要為數(shù)據(jù)倉庫設(shè)計與處理。通過部署Web服務(wù)器實現(xiàn)在企業(yè)網(wǎng)上通過IE瀏覽器實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)查詢，通過升級改造徹底解決目前存在的問題，通過擴(kuò)容進(jìn)一步接入新的計量點(diǎn)細(xì)化計量數(shù)據(jù)。最終達(dá)到消除系統(tǒng)隱患，保障集抄系統(tǒng)的可靠性、數(shù)據(jù)完整性、抄表準(zhǔn)確性、查詢方便性等。

6 系統(tǒng)應(yīng)用情況

本系統(tǒng)應(yīng)用在煤化工企業(yè)全廠集抄及能效管理系統(tǒng)中，整體運(yùn)行狀況良好，各項運(yùn)行指標(biāo)穩(wěn)定，具體表現(xiàn)如下。

（1）成功實現(xiàn)了升級系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、長周期運(yùn)行，未出現(xiàn)非計劃停運(yùn)情況。

（2）成功實現(xiàn)了集抄采集器的電度數(shù)據(jù)斷點(diǎn)續(xù)傳、本地存儲，通過模擬測試，在通信恢復(fù)后數(shù)據(jù)正確補(bǔ)錄，避免因網(wǎng)絡(luò)中斷或軟件故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。

（3）成功實現(xiàn)了Web服務(wù)器部署，在企業(yè)網(wǎng)上通過IE瀏覽器實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)查詢，基于IE的能耗發(fā)布、多維度展示、報表查詢，實現(xiàn)基于變電站與組織部門維度的能耗報表、上網(wǎng)用電量、全廠用電量等報表;實現(xiàn)在企業(yè)網(wǎng)上以不同用戶權(quán)限的登陸查詢，提高了數(shù)據(jù)的可用性、查詢及時性。

（4）成功實現(xiàn)了上網(wǎng)高壓回路的計量改造及數(shù)據(jù)上傳，方便與上報電量數(shù)據(jù)的核對。

（5）成功實現(xiàn)了新增計量點(diǎn)的擴(kuò)容接入，實現(xiàn)基于組織的能耗計量考核，細(xì)化全廠的計量數(shù)據(jù)，為企業(yè)或組織降低能耗提供數(shù)據(jù)支撐。

（6）全廠電力集抄能效系統(tǒng)能夠通過指導(dǎo)優(yōu)化調(diào)度、負(fù)荷調(diào)整實現(xiàn)3%～5%的電力能源節(jié)約。工業(yè)企業(yè)普遍用電量極高，直接經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。

7 結(jié)束語

通過項目的實施實現(xiàn)了對電力需求側(cè)的管理，協(xié)助公司在生產(chǎn)用能環(huán)節(jié)找到電力能耗漏洞，對化工生產(chǎn)過程能耗考核有較高的指導(dǎo)意義，從而為企業(yè)日常生產(chǎn)過程中有針對性的節(jié)能降耗和能源優(yōu)化調(diào)度管理提供數(shù)據(jù)依據(jù);實現(xiàn)了全廠全面電力數(shù)據(jù)集抄，準(zhǔn)確計量，優(yōu)化了電能科學(xué)調(diào)度管理，為“十三五”建立“全廠電力需求側(cè)管理”奠定基礎(chǔ)，為“全廠能源管理系統(tǒng)”提供了電力數(shù)據(jù)依據(jù)支持，提高了員工的節(jié)能意識。

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