INESA能源管理系统总体设计.docx

INESA能源管理系统总体设计文件状态： 草稿 正式发布 正在修改文件标识：20131028当前版本：2.0作 者：周野、吴兆之完成日期：2014.2.11版 本 历 史版本/状态作者参与者起止日期备注1.0无目录1.引言31.1 国内能源管理现状31.2 发展趋势41.3 项目研发需求51.4 项目创新点52系统总体结构62.1 系统结构62.2 系统层次82.3 系统应用模式82.3.1 单体建筑模式92.3.2 分布式建筑模式102.3.3 云平台建筑模式123. 系统功能模块133.1 基础数据模块143.1.1 操作员管理143.1.2 角色管理153.1.3 系统权限管理153.1.4 设备类别管理163.1.5 设备登记管理163.1.6 网关管理173.1.7 供应商管理173.1.8 建筑登记管理183.2 数据采集模块183.2.1 点位导入管理183.2.2 人工录入193.2.3 图形管理193.2.4 设备配置管理203.2.5 数据采集组件213.3 数据监测模块213.3.1 图形显示213.3.2 实时设备数据监测223.3.3 实时数据发布，大屏显示233.4 报警通知模块243.4.1 报警监测243.4.2 报警处理243.4.3 报警历史查询253.4.4 报警统计263.4.5 报警通知组件263.5 数据统计分析模块273.5.1 设备数据查询273.5.2 电量统计分析273.5.3 分时电量分析293.5.4 抄表信息管理313.5.5 功率因素统计323.5.6 负荷统计MD需量申报分析333.5.7 电费账单分析343.5.8 租户结算353.6 数据转发上传模块373.6.1 数据转发组件373.6.2 数据上传组件384.数据库结构395.软件运行环境39附录140附录2421. 引言1.1 国内能源管理现状对于水、电、燃气、热力等能源多为各自网络独立运行与管理，还未真正建立有效的能源管理系统， 其中在用能状况、能源利用、管理方面存在的问题尤为明显：（1）整体缺乏节能意识。主观上希望节能，但没有付出行动，宁愿投资扩大再生产也不愿进行节能技术改造，寄希望于增加产品产量来降低产品单耗。但实际上单产能耗并没有降低，能耗总量反而增加，没有达到节能的目的。（2）能源管理制度不完善。能源管理基础工作薄弱，制度不健全。能源管理和统计工作不能规范化。缺少对能源使用情况的记录和分析，能源管理没有可靠的数据依据。（3）能源加工转换和使用效率低。主要表现在燃煤锅炉、窑炉热效率低，电机综合效率低，照明用电浪费，余热余压不能充分利用。（4）生产用能和生活用能混杂在一起，没有实行分项统计。（5）用能浪费现象普遍，大功率设备存在“大马拉小车”现象，没有根据设备运行时间和负荷率进行节能技术改造。2011年9月国务院办公厅发布了国务院关于印发“十二五”节能减排综合性工作方案的通知，明确提出了节能减排工作的重要性、紧迫性和艰巨性，根据目前政府政策引导以及国内企业的总量基数分析，结合相对简单的节能设备改造工程已基本实施完成的现状，预计近几年国内的能源管理在智慧化能效分析和数据管理方面会迅速发展。1.2 发展趋势资料显示，未来几年内，我国的写字楼、公寓、饭店、会展中心等大型公共建筑会大幅度增加，在2020年前我国将新增约10亿m2大型公共建筑。而我国约90%以上的大型公共建筑是典型的耗（电）能大户。将水、电、天然气等能源使用状况，实行集中监视、管理和分散控制的管理与控制系统，从而实现能耗在线监测和动态分析的功能。通过现场部署的用能数据采集点将准确的用能数据进行采集和汇总，通过预设的标准接口传送到以云计算为基础架构的后台，通过初步的数据处理后，可采用PaaS或SaaS的方式将数据或应用通过预定义标准服务的方式进行发布，以提供最终用户进行能耗、能效的分析和改进。实现以下效果：（1）对设备能耗情况进行监视，提高整体管理水平；（2）找出低效率运转的设备；（3）找出能源消耗异常；（4）降低峰值用电水平。最终目的是降低能源消耗，节省费用。1.3 项目研发需求2011年9月国务院办公厅发布了国务院关于印发“十二五”节能减排综合性工作方案的通知，明确提出了节能减排工作的重要性、紧迫性和艰巨性，并要求严格落实节能减排目标责任，进一步形成政府为主导、企业为主体、市场有效驱动、全社会共同参与的推进节能减排工作格局。同时发布了“十二五”节能减排综合性工作方案，明确了节能减排总体要求和主要目标，对于具体实施也有了明确的指导性意见。根据目前政府政策引导以及国内企业的总量基数分析，结合相对简单的节能设备改造工程已基本实施完成的现状，预计能效分析、节能管理改进的市场会在近几年集中爆发。当前企业的经营发展趋势正在向大型集团型方向迈进。集团公司所管理的企业分布在不同的区域，有的甚至跨地区管理，就目前上海仪电控股（集团）公司在全市不同区域的工业企业达到30多个、经营管理的商务楼和智能园区的建筑面积达100万平方。因此集团公司迫切需要建立一个能管理分布在不同区域或跨地区的工业企业和智能建筑的智慧化能源管理综合管理服务平台、实现统一管理、实时监管，进一步降低集团的运行成本，提高集团公司的能源管理水平，达到节能减排的目标。1.4 项目创新点本项目的创新点在于采用传感器识别、传感器组网及数据传输等物联网技术采集企业现场大量底层的能效基础数据，通过建立在云计算基础架构上的能效分析模型，对大规模的能效基础数据进行统计及分析，最终向企业用户提出能效管理改进解决方案。2系统总体结构2.1 系统结构2.2 系统层次现在将整个平台架构分为4层： 应用层应用层是指用户使用本系统的层面，可以使用PC电脑、平板电脑以及手机通过浏览器进行访问使用。 管理层管理层即未来的云层，它是提供给用户各种服务的核心层，包括数据库，网站服务器、信息推送服务器等。一些需要即时告知用户的信息将通过推送服务器进行发送，比如一些需要实时监控的数据。 驱动层驱动层作为系统支撑的数据采集层，包含Driver 与 Driver Manager， Driver 只负责与设备之间进行数据交互，其他的数据库相关操作以及业务处理由Driver Manager管理。这样各尽其职， 避免数据库地址迁移后每个 Driver 都要更改连接指向，现在只需一次更改Driver Manager 指向，同时防止数据库帐号密码泄漏带来了安全隐患。这样的主从关系让系统更加安全，任何数据都要经过Driver Manager的审核，防止数据的伪造以及未经授权的用户使用。 系统层系统层主要为信息采集设备，它将系统所需要的相关数据收集并通过驱动层上传至管理层。2.3 系统应用模式为了满足各种不同的用户需求，目前能源系统一共推出了3种应用场景：2.3.1 单体建筑模式单体建筑模式主要是针对单个建筑进行能源数据采集以及分析所设计的。该模式主要利用单体建筑中的内部局域网将安装好的各类表记数据（水、电、燃气、集中供热、集中供冷等）通过数据采集设备采集并存储在管理电脑中，能源管理软件根据采集的相关能源数据生成统计、分析报告。该模式另外提供2种数据上传接口，一种是可以将采集的能源数据上传至企业能源管理中心，能源管理中心可以根据得到的数据进一步进行分析。另一种是可以将采集的能源数据上传至上海市区级公共建筑用能监测系统，完成政府部门对能源数据的监测。功能模块：功能模块功能子模块序号必选/可选基础数据模块操作员管理1必选角色管理2必选系统权限管理3必选设备类别管理4必选设备登记管理5必选网关管理6必选供应商管理7必选建筑登记管理8必选数据采集模块点位导入管理1必选图形管理2必选设备配置管理3必选数据采集组件4必选数据统计分析模块图形显示1必选设备数据查询2必选电量统计分析3必选分时电量分析4必选抄表信息5必选功率因素统计6必选负荷统计MD申报分析7必选电费账单分析8必选数据转发上传模块数据转发1可选数据上传2可选2.3.2 分布式建筑模式该模式实现了分区统一管理，能源管理中心可以管理旗下所有建筑的能耗数据，并生成相关节能分析报告。能源管理中心的数据来源是各个建筑的能源管理系统，各建筑中都有各自独立的能源管理系统和服务器，建筑能源数据是通过通讯程序上传到能源管理中心，能源管理中心与各建筑之间的网络问题不会影响各建筑能源管理系统的运行。在管理中心还提供2种数据上传接口，一种是可以将采集的能源数据上传至INESA企业策云平台，另一种是可以将采集的能源数据上传至上海市区级公共建筑用能监测系统，完成政府部门对能源数据的监测。 功能模块：功能模块功能子模块序号必选/可选基础数据模块操作员管理1必选角色管理2必选系统权限管理3必选设备类别管理4必选设备登记管理5必选网关管理6必选供应商管理7必选建筑登记管理8必选数据采集模块点位导入管理1必选图形管理2必选设备配置管理3必选数据采集组件4必选数据监测模块图形显示1必选实时设备数据监测2必选实时数据发布，支持大屏显示3必选报警通知模块报警监测1可选报警处理2可选报警历史查询3可选报警统计4可选报警通知组件5可选数据统计分析模块图形显示1必选设备数据查询2必选电量统计分析3必选分时电量分析4必选抄表信息5必选功率因素统计6必选负荷统计MD申报分析7必选电费账单分析8必选租户结算9可选数据转发上传模块数据转发1可选数据上传2可选2.3.3 云平台建筑模式此模式是基于互联网的模式，此模式的优势在于使用客户并不需要配备系统服务器以及机房等相关软硬件。所有的管理系统都在云端，用户只需要使用授权的帐号通过互联网浏览器即可直接访问能源管理云平台，根据云平台给出的节能分析报告进行节能优化即可。云平台数据来源是客户现场安装的数据采集设备，它能将所有能源数据采集并上传至云端。功能模块：功能模块功能子模块序号必选/可选基础数据模块操作员管理1必选角色管理2必选系统权限管理3必选设备类别管理4必选设备登记管理5必选网关管理6必选供应商管理7必选建筑登记管理8必选数据采集模块点位导入管理1必选图形管理2必选设备配置管理3必选数据采集组件4必选数据监测模块图形显示1必选实时设备数据监测2必选实时数据发布，支持大屏显示3必选报警通知模块报警监测1可选报警处理2可选报警历史查询3可选报警统计4可选报警通知组件5可选数据统计分析模块图形显示1必选设备数据查询2必选电量统计分析3必选分时电量分析4必选抄表信息5必选功率因素统计6必选负荷统计MD申报分析7必选电费账单分析8必选数据转发上传模块数据转发1可选数据上传2可选3. 系统功能模块INESA能源管理系统一共包含6大功能模块，如图所示： 3.1 基础数据模块3.1.1 操作员管理管理系统中的管理员。管理员的信息有帐号、姓名、状态、手机、邮箱、有效期等属性。3.1.2 角色管理角色管理是按系统的使用功能多少进行分级，使操作员能够快速的创建新的不同权限管理员而设定的。3.1.3 系统权限管理不同的管理员有着不同的分工与职责，为了使各个管理员更好的分工协作而互不干涉，权限管理模块可以根据分工分配相应的系统使用功能，让大家各尽其责。3.1.4 设备类别管理设备类别能够对能耗设备更好的区分和细化3.1.5 设备登记管理随着各类能耗设备使用数量的不断增多，对其统一管理相对来说越来越麻烦，设备登记模块能够解决此问题。它能够将各种类别设备的详细信息录入至系统进行综合管理并提供维保有效期到期提醒。3.1.6 网关管理网关在该系统中起着关键的作用，它是数据采集层的主要硬件，该模块主要负责管理网关信息，以及监测网关的通讯状态3.1.7 供应商管理将设备提供商信息进行统一管理，为后续维保检修作保障3.1.8 建筑登记管理系统将根据建筑实际的层次结构进行信息录入，达到建筑层次分明，更好的帮助用户对设备进行分层3.2 数据采集模块3.2.1 点位导入管理点位导入是一种快捷的数据配置方式，它可以快速帮助用户进行系统设备信息录入。下图为点位导入的EXCEL格式：1. 设备导入格式：2. 设备相关属性信息导入格式：系统理论上支持各种不同的设备，以及设备中各种不同的属性信息，这些信息均不是系统固定设计，是可以进行灵活配置的。3.2.2 人工录入考虑到部分能耗数据采集的困难性，人工录入数据能够解决此问题。用户只需要把人工采集好的能耗数据填入EXCEL表格中，然后导入至系统中完成数据的采集。下图为数据导入格式以及导入方式图：3.2.3 图形管理为图形设备管理提供图形添加编辑功能，此功能主要是为了更好的像用户展示建筑的逻辑层次，如图：从地图进入米格天地建筑图3.2.4 设备配置管理在已创建好的图层上可以添加监控设备，对设备可以进行数据配置以便图形设备数据显示。如图：3.2.5 数据采集组件数据采集组件目前主要是从设备或者其他系统中采集能源平台所需要的数据，目前支持的采集方式有：1.通过SNMP协议从INESA网关中将数据采集到能源平台中2.通过OPC协议从系统中将数据采集到能源平台中3.通过104规约从系统中将数据采集到能源平台中4.通过人工录入的方式将能源数据以EXCEL的方式导入到能源平台中3.3 数据监测模块3.3.1 图形显示图形显示主要是通过图形化的方式展示各设备的运行状态以及设备实时数据。如图所示：3.3.2 实时设备数据监测可以通过此功能对所有设备的数据进行监测3.3.3 实时数据发布，大屏显示实时数据发布主要针对用户关心的能耗数据进行大屏显示，起到监测的作用。它可以让用户对能耗数据进行选择排版，将配置好的能耗数据模版发布至显示大屏上。部分功能可参考公司已有的信息发布平台。显示效果如图：3.4 报警通知模块3.4.1 报警监测报警监测能够在第一时间告知管理员哪里有报警事件发生，报警的严重程度，以及报警后短信发送状态。详细功能模块：实时显示报警是否有报警显示所有实时报警信息，当报警自动恢复时红色的报警信息变为绿色。1. 实时显示报警后短信发送情况3.4.2 报警处理对于已发生的报警事件，管理员可以通过报警处理模块将报警原因、报警恢复的过程及方法记录下来。对于报警事件以及处理人员、如何处理都是一直保存在系统中，这些历史处理记录既是一份工作记录报告又是报警事件分析报告。查询未处理的报警事件管理员可以手动对报警信息进行处理，将处理流程结果可以记录备案。3.4.3 报警历史查询对于已处理过的报警数据，系统会保存2年或者根据用户的需求进行时间上的延长。此功能主要帮助客户对历史数据进行查询、统计。3.4.4 报警统计对于已出现过报警的设备进行统计，按照设备、设备组、时间、报警级别等条件进行汇总。3.4.5 报警通知组件报警通知模块的主要为客户提供简单快捷的信息渠道。如遇到系统中有异常发生、有设备报警、用电量超过预期等等情况，该组件可提供手机短信、电话语音、邮件等方式告知用户。如图所示：3.5 数据统计分析模块3.5.1 设备数据查询可查询系统中所有接入设备的当前示值以及点位运行状态。其中设备的数据是灵活可配置的，根据用户的需要进行配置的。3.5.2 电量统计分析对所有设备所用的电量进行统计，形成日、月、年等报表，并且可将使用的能耗按照标准煤的公式进行统计，具体标准煤统计方法如下：电的计算特殊，分当量和等价两种电折当量标煤能耗(kgce)=耗电量（kWh）折标系数（0.1229 kgce/kWh），电折等价标煤能耗(kgce)=耗电量（kWh）折标系数（0.404 kgce/kWh），电折合当量一次热量消耗量（GJ）=耗电量（kWh）3600 kJ/kWh/1000000电折合等价一次热量消耗量（GJ）=耗电量（kWh）11838 kJ/kWh/1000000建筑当量标煤能耗=各类能源折标能耗（电取当量标煤能耗）建筑等价标煤能耗=各类能源折标能耗（电取等价标煤能耗）建筑当量一次热量消耗量=各类能源消耗折合一次热量消耗量（电取当量一次热量消耗量）建筑等价一次热量消耗量=各类能源消耗折合一次热量消耗量（电取等价一次热量消耗量）单位面积当量标煤能耗=能耗值折标煤量/建筑面积；单位为kgce/m2 （电取当量标煤能耗）单位面积等价标煤能耗=能耗值折等价标煤量/建筑面积；单位为kgce/m2（电取当量标煤能耗）单位面积当量一次热量消耗=单位面积当量一次热量消耗量(GJ)/建筑面积1000000；单位为kJ/m2（电取当量一次热量消耗量）单位面积等价一次热量消耗=单位面积等价一次热量消耗量(GJ)/建筑面积1000000；单位为kJ/m2（电取等价一次热量消耗量）电量统计效果图如下：3.5.3 分时电量分析统计分析用户日、月、年在峰平谷中所使用的电量以及电费，帮助用户了解峰平谷各区间电的用量，从而能够实现移峰填谷，下图为现行的两部制电价移峰填谷分析： 如果企业每小时耗电量恒定，则按照电价的分时时长以及企业生产时间可以得到一个分时占比，这个分时占比可以作为分时用电节能测算标准之一。 企业曾经达到的历史最佳分时占比可以作为分时用电节能测算标准之二3.5.4 抄表信息管理抄表模块主要是为抄表人员提供便利，通过抄表模块能够查询任意时段的用电信息，并通过一键导出功能导出用电报表。3.5.5 功率因素统计鉴于电力生产的特点，客户用电功率因数的高低，对发、供、用电设备的充分利用，节约电能和改善电压质量有着重要影响，为了提高客户的功率因数并保持其均衡，以提高供、用电双方和社会的经济效益，实行功率因数调整电费。根据用户实际有功总电量和无功总电量计算月平均功率因数，有以0.9、0.85、0.80为基线三种。奖励的基数是扣除代征费用的电费。如下图所示为功率因素与实际电费的关系：3.5.6 负荷统计MD需量申报分析1.基本电价描述基本电价：基本电价是代表电力企业中的容量成本，即固定资产的投资费用。基本电费可按变压器容量计算，也可按最大需量计算。我国规定：对哪类用户选择哪种计算办法可由网局的电力主管部门根据情况决定。2.电费申报方式选择3.最大需量申报衡量指标3.5.7 电费账单分析电费问题分析中可以看到电费详细构成情况以及用电结果总结，帮用户找到用电问题并给出相关建议。电费录入：电费分析：3.5.8 租户结算租户结算功能是针对物业公司而设计的，物业公司承担着向租户收取租金和物业费的职责，为了能够让物业更好的完成向租户收取相关电费，我们进行了如下需求调研:租户与表记的对应关系如下图所示业务描述：角色物业公司结算员业务现存问题时间每月抄表日活动1) 统计租户上月抄表日至本月抄表日的分时用电量；2) 统计租户的分时用电费用；3) 统计租户的基本电费；4) 统计租户的总电费，并分发账单给租户；5) 向租户收取费用。1) 需要自己去现场抄表，劳神劳力，且非同时存在一定的误差；2) 大部分物业公司为了方便会用平均电价核算分时电费，准确性不高，往往到最后会有较大误差；3) 无法确定租户的实际基本电费（是否有超出）；4) 账单需要自己制作；针对分户结算业务活动的描述，我们能够提供帮助的点在于：序号业务活动改进后的业务活动1现场抄表统计租户分时用电量平台按照抄表周期，自动呈现租户各峰、平、谷示值及换算后的峰、平、谷电量。2平均电价核算租户分时电费根据地市所在供电公司规定的分时电价，核算峰、平、谷各电费。3不计算损耗电费根据总表电量与租户电量之和的差值核算每个租户分摊的损耗电费。4手工制作租户电费账单系统自动生成账单。整个业务的流程分为以下四个步骤：. 用户在“智能账单”中录入总表账单；. 用户在“分户结算”页面中选择结算的租户名称（或分表名称），可以多选；. 用户选择结算周期（精确到几点几分），默认为上月25日00:00至本月25日00:00；. 系统生成结算账单，如下图所示。总表数据全来自于“智能账单”，其中包括损失电量公摊 . 如果账单有需要修改的数据可以进行人工手动修改. 用户导出或者打印账单。3.6 数据转发上传模块3.6.1 数据转发组件数据转发组件主要负责将各个单体的能耗数据进行收集并转发至上一级的中心平台，给中心平台提供数据支持。其中部分数据接口协议参考上海市区级平台的上传协议。详情见附录 数据上传组件数据上传组件主要根据针对上海市区级能耗平台，此组件根据上海市区级平台提供的规范进行编写，将电类能耗按用途不同区分为4个分项和一级或二级子项。相关规范见附录2. 4.数据库结构5.软件运行环境名称详细硬件配置CPU:Pentium Dual Core E5200 2,5GHz内存：8GB硬盘：320G软件配置IIS 6及以上版本Window server 2003及以上系统.Net FrameWork 3.5Microsoft SQL Server 2005及以上企业版IE6以上浏览器附录1市级平台提供查询市平均能耗数据的WebService服务，区级通过WebService服务获取制定时间段内的全市平均能耗数据。WebService服务名： EnergyDataService，提供下列方法：1. public byte queryEnergyData (string platformId , byte sequence , byte md5, string startTime,string endTime,string timeType,string buildingType,string buildingFunction)参数说明：platformId：平台代码，参见附录6；sequence：区级平台生成的随机码；md5：区级平台将存储的本地密钥(AES加密密钥)加上生成的随机码（sequence）计算出的md5值；startTime：起始时间，格式 yyyy-MM-dd HH:mm:ss；endTime:结束时间，格式 yyyy-MM-dd HH:mm:ss；timeType:时间类型:day/week/month/yearbuildingType:建筑类型代码，参见附录6buildingFunction:建筑功能代码，参见附录6。返回值： AES加密后的返回值，原始格式如下：服务调用正常返回的消息： XXXXXX city_energy_data说明：（1）common元素，属性说明：l platform _id:市级平台代码，详见附录6l type： city_energy_data, 市级平均能耗数据（2）data元素：l operation属性：操作类型l timeType属性：时间类型l building_type元素：n type属性：建筑类型代码，详见附录6n function属性:建筑功能代码，详见附录6n time元素：n value属性:yyyy-MM-dd HH:mm:ss,时间值u energy_item元素:分类分项能耗l code:分类分项代码l unit_area：单位面积能耗l air_area：单位空调面积能耗服务调用返回的错误消息：如果由于对消息的解密错误或者xml文档格式错误等原因导致文档不能解析，平台将回应下列消息，错误描述在err