基于物联网的园区智慧能效管理平台建设研究

目录错误！文档中没有指定样式的文字。PAGE8第一章绪论开发背景和研究意义1.1.1开发背景2014年6月，国家对我国的能源生产和能源消费提出“四个革命、一个合作”。2015年3月，中共中央国务院发布了《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》（9号文）提出“管住中间，放开两头”的总体框架，着力释放电力发、配、售、用各环节的市场红利。2015年7月，国务院印发了《国务院关于积极推进“互联网”行动的指导意见》（国发[2015]40号），推进能源生产智能化、建设分布式能源网络、探索能源消费新模式和发展基于电网的通信设施和新型业务。2016年7月4日，国家发展改革委、国家能源局《关于推进多能互补集成优化示范工程建设的实施意见》，强调了创新管理体制和商业模式。2016年7月26日，国家能源局发布《关于实施“互联网+”智慧能源示范项目的通知》，鼓励在工业园区或者开发区等，推动绿色能源的灵活自主微平衡交易，开展化石能源互联网交易平台试点，开展分布式电源直供负荷试点，在试点区域内探索过网费标准和辅助服务费标准、交易监管等政策创新。浙江省是一次能源生产小省、能源消耗大省。浙江省为建设和贯彻国家能源革命战略，提出了《浙江省进一步加强能源“双控”推动高质量发展实施方案（2018-2020年）》、《浙江省建设国家清洁能源示范省行动计划（2018-2020年）》、《浙江省建设国家清洁能源示范省行动计划（2018-2020年）》，要求提高能源利用效率，加强能源消费总量和能源消费强度双控。到2020年，全省基本建成国家清洁能源示范省，能源清洁化水平基本达到国际先进水平。建立园区综合能源服务体系是浙江省实现能源“双控”和建设清洁能源示范省必由之路。工业园区是社会经济发展的重要载体，也是各类生产要素集中配置、产业资源聚集发力的特定区域。目前，国家和省（区、市）两级各类工业园区超过2500家，其他各类工业园区总数超过20000家。工业园区是以工业负荷为主的复杂能源系统，涵盖多主体、多能源、多层次的综合能源系统，涉及电、冷、热等多种能源的生产、转移和利用。园区因发展阶段、产业结构各异，相应的用能特性差异，负荷需求具有多样性、时空异质性。园区积聚了大量企业，对冷、热、电等多种能源及气、水等载能公共产品的需求量大且集中，对供应可靠性、质量要求较高。工业园区能源负荷特性复杂、供能可靠性要求高，对输配送系统的运行调度要求高，清洁、高效、可靠、经济的综合能源供应服务需求强烈。1.1.2研究意义综合能源服务是未来的发展方向，综合能源智慧管理平台是提供综合能源服务的必要抓手，是开展综合能源投资项目开发工作的核心基础，能耗数据的采集具有排他性，能提高综合能源项目开发的竞争力。能耗数据采集对分布式能源的接入、直供电、数据增值服务、节能改造等生产活动提供了数据支撑，有利于某集团公司发展分布式能源、直供电等业务。大型产业园区是本项目推广的方向，综合能源智慧管理平台的建立为集团公司和各个工业园区建立能耗数据共享提供了基础条件。在工业园区应用的基础上可扩展至地区、城市。宁波石化经济技术开发区可以作为试点项目，成功推广后具有示范意义。项目推广后，基于大数据分析，掌握用能企业能源消费特性，促进能源供给侧改革。数据的经济效益参考目前在数据价值挖掘领域走在前列的国内互联网公司业务发展来看，将远远大于初期的投入。面对复杂的能源供需变化和新趋势，我国面临着巨大的能源需求压力、能源供给制约较多、能源生产和消费对生态环境损害严重、能源技术水平总体落后等问题，以往高耗能低效率的能源生产与消费方式难以为继，需要从根本上改变传统的能源生产与消费方式，重塑能源生产、运输、消费、存储的链条，实现产消结合，即生产者和消费者的有机整合。以能源互联互通、信息化智能化为特点的“互联网+”智慧能源成为能源生与消费革命最重要的支撑和推动力。智慧能效管理平台具有安全生产预警防控、能效管理、能源监管、能源调度、能源交易等功能，依托互联网的优势，通过智能采集、监测、统计分析用能数据，结合有效的科学技术，进一步提高能源管理水平、提升能源利用效率。通过平台的资源聚合效应，打造围绕综合能源的产业生态，培育新的业务领域、新的业态形式、新的商业模式，为产业相关用户提供信息交互、供需匹配、交易撮合等公众服务，实现基础供能之外的行业赋能，与政府的智慧城市管理平台进行数据交互，辅助进行产业规划和结构调整。智慧能效管理平台将在以下四个方面发挥重要作用：一是服务于政府。智慧能效管理平台作为重要的信息栽体，基于能源大数据服务，为政府宏观决策提供有力支撑，提升能源规划的决策水平，推进能源体制机制和监管模式创新；二是服务于企业。智慧能效管理平台能够动态反映企业内总的能源消耗情况，通过数据实时监测和分析，提高企业用能管理水平，实现科学、合理、节能用能，降低用能成本，提高市场竞争力；三是服务于运营机构。为运营机构提供持续的能源数据监测服务，通过大数据挖掘，及时掌握项目信息，提供个性化的能效管理与节能服务，拓展市场潜力；四是服务于产业发展。汇聚政策服务、技术研发与推广、项目融资及咨询服务等资源，促进各类企业平等、协同、共赢，推进产业体系发展。国内外研究现状1.2.1相关技术发展概况随着能源互联网技术，分布式发电供能技术，能源系统监控、控制和管理技术，以及新的能源交易方式的快速发展和广泛应用，综合能源服务近年来在全球迅速发展，引发了能源系统的深刻变革，成为各国及各企业新的战略竞争和合作的焦点。智慧能效管理平台为综合能源服务的重要信息平台。1.2.2国外研究现状及发展趋势欧洲各国除了在欧盟框架下统一开始综合能源相关技术研究外，还根据自身需求开展了大量更为深入的有关综合能源系统的研究，如英国HDPS项目大量可再生能源与电力网间的协同，HDEF项目关注智能电网框架下集中式能源系统和分布式能源系统的协同等；而德国自2011年开始，在环境部和经济与技术部等机构的统一领导下，每年追加3亿欧元，从能源全供应链和全产业链角度，实施对能源系统的优化协调，近期关注的重点则是可再生能源、能源效率提升、能源储存、多能源有机协调以提高能源供应安全等方面。1.2.3国内研究现状及发展趋势智慧能效管理平台，依托计算机网络技术、通信技术、计量控制技术等信息化技术，通过对主要用能企业的能源利用状况进行实时、量化、准确的动态监管，实现能源与节能管理的数字化、网络化和空间可视化，创新能源监督管理模式，支持能源与节能宏观综合决策，实现政府信息化建设相关资源的共享，构建智慧能效管理平台。随着互联网+、物联网、大数据、云计算、人工智能等技术的快速发展及普及，使跨单位跨区域生产、能耗等数据的采集、分析成为可能，也为智慧能效管理平台的建设奠定坚实的基础。在国内，如朗坤智慧科技股份有限公司已开发智慧能源管理EMS并初步应用于水泥相关企业，但尚未应用于城市、园区等大范围区域。论文研究的主要内容论文研究内容是基于某集团公司综合能源项目，主要研究用能企业能耗数据采集，用能企业能耗监测中各类能源购进、消费、产出等相关数据，通过无线或4G信号传送，将用能企业相关能耗数据进行统一协议转换，并上传至云平台数据中心；研究数据分析、建模，搭建云数据中心，接收来自各个用能企业能耗监测端设备所上传的数据，并经过数据标准化及自定义处理、分类、规整，实现数据统计、分发等功能；智慧能效管理平台涉及的各类功能模块。具体包括：能源消费监测、能耗对标、能耗预测、节能管理、节能技术服务、节能分析决策、碳排放管理、能源智能调度、能源交易等；展示所面向的对象，涉及政府相关管理部门、相关企业、公众群众等，它所体现的是智慧能效管理平台的展示界面。浙江大学远程教育学院本科毕业论文(设计) 第二章园区智慧能效管理平台建设设计方案第二章园区智慧能效管理平台建设设计方案园区智慧能效管理平台建设使用的开发平台本文主要在PCS-9000支撑平台的基础上，采用成熟的企业服务总线技术进行综合能源智慧管理平台的开发与建设，保证系统具备高度开放性、灵活性、通用性的服务访问功能，同时通过IEB信息交互总线技术建立与省能效在线监测平台等的数据接口，实现数据的无缝交互，建设成开放式、模块化的大数据分析、应用、管理平台，将标准管理流程固化其中，提供综合能源服务平台所需的信息流支撑，并能按照用户分类，分别对整个系统、某一种负荷类型用户、某一领域用户、或者单个用户的用能情况进行综合分析，并能够针对用户各用能环节，生成优化用能、节能降耗的综合用能方案。同时，平台通过与互联网连接，具备与用户互动功能，方便用户实时了解自己日常用能情况，以及平台通过大数据分析给出的综合用能方案为用户提供综合用能的整体用能指导，实现能源使用的优化。pcs-9000发电厂厂级监控信息系统系列产品遵从全系统一体化设计原则，拥有统一的基于iec61970标准的应用支撑平台，在此基础上集成了不同的应用子系统，并符合国家安全防护的要求。下面给出典型sis网络结构示意图。图2-1典型sis网络结构示意图园区智慧能效管理平台建设用到的关键技术2.2.1前端框架选型设计前端框架主要技术采用webpack+VUE+Element+ES6+jQuery+SASS。Webpack：模块打包器，主要用于将JavaScript文件打包在一起，打包后的文件用于在浏览器中使用。VUE：构建数据驱动的web界面的库。Vue.js的目标是通过尽可能简单的API实现响应的数据绑定和组合的视图组件。Vue.js自身只聚焦于视图层，非常容易学习，非常容易与其它库或已有项目整合。另一方面，在与相关工具和支持库一起使用时，Vue.js也能完美地驱动复杂的单页应用。Element是一套采用Vue作为基础框架实现的组件库，它面向企业级的后台应用，能够快速地搭建网站，极大地减少研发的人力与时间成本。ES6（ECMAScript

6）是即将到来的新版本JavaScript语言的标准，本项目将采用该新标准进行JavaScript的编写。jQuery是一个使用广泛的JavaScript的库，使用简单、功能完善且使用人员众多，本项目将继续采用jQuery作为JavaScript的主要库。SASS是成熟、稳定、强大的CSS扩展语言，兼容CSS语法，具有更多的扩展功能和特性。2.2.2业务控制层框架选型设计业务控制层主要采用SpringBoot实现。SpringBoot是一个专注于框架的框架。SpringBoot就是对各种框架的整合，让他们集成在一起更加简单，简化了集成过程中的模板化配置，它做了那些没有它你自己也会去做的SpringBean配置。（1）可以创建独立的Spring应用程序，并且基于其Maven或Gradle插件，可以创建可执行的JARs和WARs；（2）内嵌Tomcat或Jetty等Servlet容器；（3）提供自动配置的“starter”项目对象模型（POMS）以简化Maven配置；（4）尽可能自动配置Spring容器；（5）提供准备好的特性，如指标、健康检查和外部化配置；（6）绝对没有代码生成，不需要XML配置。物联网数据采集装置 用能监测端设备应是根据国家发改委重点用能企业能耗在线监测技术规范研发的放置于重点用能企业机房中的集成服务器，由数据接入单元、安全隔离单元、业务处理单元组成，具备能源相关数据在线采集、处理、验证、存储、上传、网络隔离和远程升级等功能。将用能企业能耗数据经无线或4G信号传送采集并进行统一协议转换上传至云平台数据中心，采集通讯网关带单向隔离功能，并通过数字证书保证数据交互的安全性。数据主要来自现场计量仪表、生产过程控制系统（PLC/DCS）、生产监控管理系统（SIS/MES）、管理信息系统（ERP/MIS）等，并实现可溯源的数据真实性认证。数据主要包括有功功率、累计电能量、开关量、压力、温度、实时流量、累计流量等数据信号。如下图1、2：图2-3数据采集网络拓扑图图2-4数据类型及来源浙江大学远程教育学院本科毕业论文(设计) 第三章园区智慧能效管理平台建设需求分析第三章园区智慧能效管理平台建设需求分析3.1业务需求智慧能效管理平台对用能企业用能数据进行采集、加工、分析、处理，以实现安全生产预警防控、能效管理、能效对标、能源调度、能源交易、节能管理等功能。平台按“一次规划、分步实施、分期建设”的原则进行建设。功能实现分为近期、中期、远期三部分：近期为安全生产预警防控建设；中期为能效管理和能耗对标建设；远期为能源调度和能源交易、节能管理建设。数据采集优先接入21家能耗万吨以上企业。表121家能耗万吨以上企业序号工厂名称电水蒸汽天然气氮气氢气备注1宁波xx石化有限公司进PI进PI////2宁波xx能源有限公司仪表进DCS/进DCS3宁波镇xx化工发展有限公司仪表仪表①高压仪表②中压仪表///4宁波xx化工有限公司仪表仪表①中压仪表②低压仪表///5宁波xx化工有限公司进DCS6宁波xx化学股份有限公司仪表进DCS进DCS进DCS进DCS/7宁波xx科技有限公司仪表进DCS进DCS进DCS进DCS8浙江杭州湾xx有限公司仪表仪表①高压仪表②中压仪表///9恒河xx科技股份有限公司仪表进DCS进DCS进DCS进DCS/10宁波xx热电有限公司进PI进PI///11xx诺贝尔化学品（宁波）有限公司暂无调查12宁波xx化学工业股份仪表进DCS进DCS进DCS未让看表计13宁波xxx合成橡胶有限公司仪表仪表低压仪表/进DCS进DCS14宁波xx针织漂染有限公司仪表仪表仪表仪表//15宁波市xx纺织品有限公司仪表仪表①中压仪表②低压仪表仪表//16浙江xx化工股份有限公司仪表仪表低压仪表17xx（宁波）化工有限公司所有数据进DCS18朗盛（宁波）xx有限公司仪表仪表仪表仪表19宁波市镇海xx电镀有限公司仪表仪表低压仪表20宁波xx绿色电力有限公司进MIS进MIS////所有数据进DCS并镜像至MIS系统21宁波江xx工有限公司所有数据进DCS3.2功能需求分析（1）数据采集与处理通讯规约采用规约库的开发方式，支持CDT、101、104、103、IEC61850、OPC、Modbus等规约通讯，并根据需求后期可进行扩充。实现供给侧产能数据、能源传输网络数据、需求侧用能数据的秒级数据采集，涵盖水（废水、工业水、除盐水、再生水等）、电、热（高、中、低压蒸汽以及热水等）、气（天然气、压缩空气、工业气体等）等多种能源类型。具备从平台外部将各类业务数据汇聚到综合能源管理平台的基本服务能力，具体包括数据集成、消息队列等功能。通过数据服务目录实现安全、友好、可控的对内、对外数据服务统一访问，提供Restful等各类形式的API服务接口的统一注册、管理和调度。（2）实时曲线通过一体化的曲线工具，提供完善的集曲线的定义、显示、存放为一体的图形系统，对前端采集上传的用能数据信息，进行实时监控，包括一级关口表等关键参数，可选择不同的采集点或不同时间段对数据进行对比分析。（3）预警报警通过对用能单位能源消费数据的在线采集，对重要设备进行分类和分析，根据指标进行趋势分析，实现预警功能；对指标超限情况进行分类报警，便于相关用户及时掌握用能状况，并及时应对处理。同时结合告警信息的用户权限管理，实现网格化预警报警，通知网格内的各级政府管理部门，企业管理者等。（4）人员调度人员调度主要针对异常事故、预警或报警发生时，通过智能告警和人员权限管理功能，实现告警信息的定向、定时推送给指定人员，便于用能维护人员快速消除预警信息和故障。同时，通过APP，将故障处理详细过程记录实时回传系统，便于管理人员了解故障处理的情况，满足规范、透明、安全的要求。具体功能如下：（5）隐患管理隐患管理是借助互联网、云服务、大数据等技术，针对企业安全风险特点，与日常生产运营对接，通过对重大能源设备进行设备建模、日常运维标准和处置策略知识库构建，实现动态管控安全风险和隐患排查治理。（6）企业用能根据实时监控数据分析企业用能情况，并结合专家知识库形成用能分析报告。可根据历史数据分析，实现用能数据同比、环比。（7）数据分析从实时数据库采集的实时运行数据、从SCADA系统来的能源消耗实绩数据、以及通过数据接口从ERP系统来的原料数据、产量数据，根据用户定义进行分类、计算、调整校正，然后逐级、逐时段的汇聚起来，形成能够反映企业实绩和历史能耗结构的多维数据仓库。通过自定义度量维度结构，可以满足任意层次的生产单位和管理部门提出的报表要求。（8）能耗监测通过对重点用能单位能源消费数据的在线采集，实现对能源消费总量、重点用能单位上传数据信息的监视管理，便于相关用户及时掌握能源消费动态，及时分析能源消耗情况，并对园区企业能耗水平进行分级，分别为A、B、C、D；其中D级为建议淘汰企业，C级为需关注企业。（9）合同能源管理合同能源管理是在用能单位经营状况、用能单位资信、现金流分析、用能单位业务前景、用能单位管理层情况等企业运行信息的录入基础上，通过客户画像、机器学习等大数据分析技术帮助企业用户进行节能诊断，向优选用户提供节能效益分享型、能源费用托管型、节能量保证型、融资租赁型、混合型等多种商务模式的合同能源管理服务，监测节能量数据并定期生成节能结算账单，实现节能服务公司与用能单位的共赢。主要包括以下功能：（10）运维管理运维管理中采集、监控、运维等相关功能都在云平台中得到体现。同时在运维过程中结合平台大数据分析，促进产品研发，推进客户综合能源管理全寿命周期，带动技术支撑和业务开展。通过云平台监控、GIS集成、PDA巡检以及手机APP等功能，促进智能化运维。平台主要实现对数据采集设备的运行状况以及系统运行的各项指标进行监控、预警，便于系统运维人员及时掌握系统运行状况，保障系统正常运行。（11）用户管理权限服务平台为各应用提供统一的权限控制服务，主要提供的服务包括：1)用户注册 用户分类管理 注册登录2)查询服务 通过用户识别其角色； 通过角色查询权限； 通过用户查询责任区； 通过对象查询责任区；3)校验服务 对用户名进行是否允许执行某功能的权限校验； 对角色进行是否允许执行某对象的权限校验； 用户的责任区校验； 对象的责任区校验；（12）能效管理在企业相关能源表计的数据采集基础上，通过多维能效数据模型构建和能源数据标准化处理，在水、电、气等多种能源介质的统计分析基础上，形成企业每一种能源介质的日、月、年等不同时间尺度下的综合能耗分析报告，涵盖用能总量、产品单耗等内容，为企业制定能源计划和排产计划提供数据支撑依据。（13）基础信息管理基础信息管理模块主要是实现企业组织机构、设备台账信息、能源计量点的维护与管理，通过企业和设备基础信息的录入，构建企业与能源设备、能源设备与计量点之间的层级架构和关联模型，为设备能耗统计、隐患管理和运维管理提供数据支撑。具体功能包括： 企业基本信息维护 企业组织架构维护 设备基础信息维护 设备组织架构维护 设备计量点信息维护浙江大学远程教育学院本科毕业论文(设计) 第四章园区智慧能效管理平台设计第四章园区智慧能效管理平台设计设计的要求和目标4.1.1设计要求根据项目具体需求，系统设计要求如下：根据应用需要，在设计时注重系统的实用性和可扩展性，充分考虑当前需求和未来应用扩展的需要。以业务需求为基础，规划系统建设，达到经济、高效，使整个系统的性能价格比最优。先进性：优先采用世界先进的信息技术和设备，能够承载和交换各种类型信息，具备持续性发展的能力；可靠性：设计稳定、可靠的系统方案，保证系统运行的稳定性和可靠性；实用性：采用成熟的、经实践证明其实用性的技术；开放性：应遵循国际、国内及相关行业的技术标准，采用开放技术、开放的体系结构、开放的组件、开放的采购人接口，实现平台、应用的互联互通和资源共享；可扩展性：随着采购人需求的变化，系统应可不断升级和扩充，保证系统可用；安全性：系统应具有多层次的安全保护措施，以满足使用者身份鉴别、访问控制等要求，保证系统的安全可控性；可管理性：系统应具有良好的管理手段和界面，运行维护成本低；经济性：应充分利用现有的设施和资源，进行必要的升级改造，提高资源利用率和使用水平；充分发挥信息资源的整体效益；级联性：可通过简单配置实现系统级联，并共享数据。4.1.2设计目标基于模块化、平台化的建设思路，采用物联网、云计算、工业互联网平台、大数据等新技术，采集园区企业电、气、冷、热等能源计量数据和设备运行状态参数，运用可靠的网络传输能力，将数据传输到园区级平台进行数据存储、数据分析和应用部署，再将各园区的数据统一上传到政府相关能源监管系统和集团级工业互联网云平台，构建一套集多元能源监控、能量管理、能源交易、能效管控、需求侧响应等功能为一体的综合能源智慧管理平台。通过数据实时监测和分析，提高企业用能水平，降低用能成本；为园区进行能耗分析、运维支持、设备保修等服务提供平台和系统支撑；与政府的能源管理平台进行数据交互，为政府节能环保、碳排放交易等能源政策和产业结构规划提供数据基础；通过智慧能源管理平台的资源聚合效应，打造围绕园区智慧能源的产业生态，培育新的业务领域、新的业态形式、新的商业模式，为产业相关用户提供信息交互、供需匹配、交易撮合等公众服务，实现基础供能之外的赋能。推进能源制度创新，推动能源体制革命，打通能源发展快车道。以多赢思维、多样服务、多网融合、多能互补、多级利用、多措并举、多方互动和多维优化为原则，打破能源企业、消费企业篱墙，打造能源自贸区，整合全社会资源，创新并试点能源网络开放和交互供能制度，探索能源类产品交易制度，鼓励开展综合能源服务相关业务，激发各类主体活力，实现能源贸易便利化、降低能源交易成本。园区智慧能效管理平台总体架构设计4.2.1应用架构平台整个应用架构遵循网络化、平台化、智能化、高效化、互动化的设计原则，通过网络建设实现多功能仪表、DCS系统、风光储系统、发电厂数据、其他能源系统等能源数据的接入，实现基于统一信息模型的数据采集与监控。统一应用支撑平台提供大数据分析引擎、IEB数据交互总线、数据库服务管理、系统权限管理、B/S架构支持等支撑功能，为上层能源调度与监控、能源分析与管理和平台运营服务提供数据支撑。能源调度与监控在数据采集的基础上，通过实时曲线、能耗监测、预警报警、能源调度、人员调度，实现能源的智能化调度与监控。能源分析与管理，主要通过企业用能分析、能效管理、能源审计、隐患管理和运维管理，为用能单位提供高效的能效分析、用能诊断、和设备运维手段。平台运营服务，则为用能单位提供能源交易、服务商城、合同能源管理、专家在线和移动APP等运营服务功能。图4-2-1应用框架4.2.2数据架构（1）数据分类根据综合能源智慧管理平台管控的数据特点，将数据分为结构化数据、非结构化数据。依据数据存储特点并考虑到后期数据增幅及迁移，数据架构采用结构化数据和非结构化数据相结合并采取分开的方式存储。具体为监测与分析类、综合诊断类数据和采集类数据以结构化数据存储，而文档、音频以及图像则以非结构化数据存储。如下图所示：图4-2-2结构化数据（2）数据存储与分布依据综合能源智慧管理平台的数据分类，结合应用系统建设情况，对其数据存储和分布进行规划。详细结构如下图：图4-2-3数据存储和分布应用业务数据区:存储平台相关业务专业数据，包括能耗监测分析数据、能效诊断类数据、设备档案类数据和控制类数据，为平台基础功能以及各高级应用提供数据存储和访问服务。基础支持数据区:存储应用的基础支持类数据，包括组织、用户、权限、日志和参数等，为平台应用提供支撑。采集数据区:主要存储从各监测设备采集上来的数据，包括各类监测设备实时数据、监测设备冻结数据。此类数据的量非常大，考虑实际应用情况，采集的数据可只保留当前3个月，3个月以前的数据可经过加工形成历史归档数据，以节省物理存储空间，同时能兼顾历史查询的需要。非结构化数据区:非结构化数据区主要存储多媒体数据、文件等非结构化数据。4.2.3技术架构综合能源智慧管理平台的技术路线遵循JavaEE技术体系，采用组件化、动态化的软件技术，利用一致的可共享的数据模型，通过一体化企业级平台的应用集成，实现各接口组件能够在企业内的协同工作、各层次上集成，实现数据共享和重用，以满足业务需求采用多层架构的综合能源智慧管理平台采用组件技术将界面控制、业务逻辑和数据处理分离，实现系统内部的松耦合，以灵活、快速地响应业务变化对系统的需求。在技术上划分为采集层、通讯层、前置采集服务、数据层、业务逻辑层、展示层，通过接口组件与第三方综合能源系统、省能效监测平台等系统进行交互，通过各层次系统组件间服务关系，实现系统功能，具体如下图所示：展现层：在JAVAEE技术体系，可采用MVC应用框架，由界面控制器组件、界面操作组件、图形组件、JSP网页组件和三维组态组件组成。其中界面的显示由图形组件、JSP网页组件完成，网页上的具体操作由界面操作组件通过服务代理单元调用业务逻辑层的具体服务来完成，由界面控制器组件负责统一调用不同的界面操作组件、图形组件和JSP网页组件。对某些需要界面特殊展现效果的业务，可建立专用的三维组态组件处理。应用层：业务层把数据层的数据源以一种业务用户的视角来重新组织数据层的各个数据源，并提供给展现层使用。数据存储层：数据存储层由数据映射层和数据源构成，数据映射层完成对数据源的访问封装，并使得业务逻辑层的设计和实现更集中于系统本身的功能。同时，数据映射层的存在屏蔽了业务逻辑层对底层数据存储形式的依赖，使应用系统能够适应多种类型的数据库。数据源主要包括：数据库、文件等。数据传输层：采集到的用能数据通过数字专网、VPN专网、3G/4G/5G无线网以“标准数据传输协议”传输到综合能源智慧管理平台，同时具备断点续传功能。数据采集层：数据采集层的采集设备进行能源数据的采集，并通过数据传输层提供给数据存储层。4.2.4物理架构图4-2-4物理框架采用“一级部署”方式，通过虚拟化资源分配进行综合能源智慧管理平台的软件部署，考虑安全和使用要求，通过纵向加密认证装置或无线加密传输规约，对传输数据进行加密，确保安全性，用户通过客户端或移动端进行浏览。综合能源智慧管理平台部署的总体资源要求如下表所示：序号节点名用途硬件需求软件要求说明1fe1数据采集服务器硬盘200G；内存32G；配4CPU；双网口Redhat7四个网口，一个用于内部组网，三个用于对企业数据采集2fe2数据采集服务器硬盘200G；内存32G；配4CPU；双网口Redhat7四个网口，一个用于内部组网，三个用于对企业数据采集3scada1应用服务器硬盘200G；内存32G；配4CPU；双网口Redhat7一个网口用于内部组网4scada2应用服务器硬盘200G；内存32G；配4CPU；双网口Redhat7一个网口用于内部组网5his1历史服务器存储1.2T；硬盘200G；内存32G；配4CPU；一个网口Redhat7，Oracle11g/12cOracle服务端；一个网口用于内部组网6his2历史服务器存储1.2T；硬盘200G；内存32G；配4CPU；一个网口Redhat7，Oracle11g/12cOracle服务端；一个网口用于内部组网7web1web服务器硬盘200G；内存16G；配4CPU；三网口Redhat7，Jdk1.8三网口，一个用于内部组网；一个用于公司内部访问；一个用于互联网访问（web/app)8web2web服务器硬盘200G；内存16G；配4CPU；三网口Redhat7，Jdk1.8三网口，一个用于内部组网；一个用于公司内部访问；一个用于互联网访问（web/app)园区智慧能效管理平台数据仓库建设在数据仓库建设过程中，应至少遵循以下原则1)严格遵循项目建设的统一标准和规范2)数据的一致性与标准性3)数据的实用性与完整性4)数据的独立性和可扩展性5)数据的安全性6)数据分级管理机制此外，还需统一考虑空间、属性、设施、模型数据的兼容性。4.3.1元数据管理元数据分为两类：管理元数据和用户元数据。管理元数据也可称为技术元数据，主要为负责开发、维护数据仓库的人员使用。管理元数据是存储关于数据仓库系统技术细节的数据，是用于开发和管理数据仓库使用的数据。用户元数据从业务角度描述数据仓库中的数据，从用户元数据是从最终用户的角度来描述数据仓库的。元模型是元数据管理建设的基础，用于规范元数据库内部对象、关系、规则和操作等多方面的内容，其主要包括四个层面：基础层元模型、获取层元模型、数据层元模型和访问层元模型。4.3.2数据预处理数据源作为数据仓库的源头，来源于企业的各个系统，通过ETL工具将数据源流转进入数据缓冲层，数据缓冲层进行数据缓冲、抽取、清洗、转换和存储，之后为数据仓库提供数据，通过ETL工具将数据按照划分的主题域方式进入数据仓库，最后通过数据仓库的汇总进入数据集市进行数据存储。4.3.3主题数据管理定义数据主题，使得通过预处理获取的数据按照划分的主题进入数据仓库。本项目将主题可分为：安全主题、能耗主题、隐患主题、人员主题。4.3.4指标编码规则企业所在行业、地区、企业名称、能源品种、经济指标、工序、工序单元（装置）、重点设备编码应符合《用能单位能耗在线监测系统基础信息与格式规范》的要求。园区智慧能效管理平台功能模块设计4.4.1实时曲线智慧能效管理平台通过收集前端采集上传的用能数据信息，最终能够在平台端进行用能实时监控，包括数据主要包括有功功率、累计电能量、开关量、压力、温度、实时流量、累计流量等数据信号，以及各关键开关、断路器的实时开合位置和环境监测信息。4.4.2预警报警通过对用能单位能源消费数据的在线采集，根据电流、电压、温度等指标进行趋势分析，实现预警功能；对电流、电压、温度超限进行报警；便于相关用户及时掌握用能状况，并及时应对处理。实现网格化预警报警，通知网格内的各级政府管理部门，企业管理者等。同时，通过用能设备基础资料管理（包括用能企业设备设计、制造、安装、试运的原始数据，运行修理记录，隐患处理记录等），进行重要设备分类、分析，完成能耗趋势分析预警功能。4.4.3人员调度用能维护人员通过APP及时回传人员状况，包括人员地理位置、是否处于工单处理中。在预警、报警发生时，根据预警的类型、人员状况、人员等级等信息，智能推送预报警信息。用能维护人员可在线摘取工单，并按APP指定的路线去报警点处置。处理预报警的过程，在APP中实时回传系统。4.4.4隐患管理APP提供报警设备的详细参数，初步的原因分析；结合设备信息，系统根据知识库智能提供处置策略供用能运维人员参考，并引发预报警的原因进行分析、处置，并消除隐患，同时将处置过程登记在系统中，丰富系统知识库，并提供数据给数据学习模块学习。4.4.5企业用能根据实时监控数据分析企业用能情况，并结合专家知识库形成用能分析报告。可根据历史数据分析，形成同比、环比用能数据对比；根据产能形成单位GDP/单位产品能耗分析等。4.4.6数据分析针对平台各级用户的需求，对数据进行分析。4.4.7人员管理系统统一管理用能运维人员，用能运维人员包括第三方的企业电工，也包括用户自有的电工。平台对用能运维人员采用注册登记制，管理内容包括：人员基本信息管理、证书上岗证管理、星级管理、培训管理等。4.4.8数据分析平台通过对预报警、隐患管理等模块产生的数据进行分析、判断，对数据权重进行计算，同时优化预报警参数，降低预报警的误报率；学习的数据越多，报警的准确度越高。4.4.9能效管理对能源数据进行标准化的统计分析，形成每一家企业每一种能源的每日综合能耗报告、每月综合能耗报告、年度综合能耗报告。对企业相关表计的数据，按照生产工艺模型，利用内建的普通算术（加减乘除、非线性等）、高等数学（微积分、惯性、迟延等）等模块及组态工具，实现自定义的公式化或可视化计算，形成企业产品单位能耗及节能率分析报告。4.4.10能耗监测通过对重点用能单位能源消费数据的在线采集，实现对能源消费总量、重点用能单位上传数据信息的监视管理，便于相关用户及时掌握能源消费动态，及时分析能源消耗情况，并对园区企业能耗水平进行分级，分别为A、B、C、D；其中D级为建议淘汰企业，C级为需关注企业。同时，通过上连的用能设备基础资料管理（包括用能企业设备设计、制造、安装、试运的原始数据，运行修理记录，缺陷处理记录等），进行重要设备分类、分析，完成能耗超标预警功能。4.4.11运维管理平台对数据采集设备的运行状况以及系统运行的各项指标进行监控、预警，便于系统运维人员及时掌握系统运行状况，保障系统正常运行。4.4.12用户及权限管理通过角色、权限配置、用户、用户组构建权限体系。浙江大学远程教育学院本科毕业论文(设计) 第五章园区智慧能效管理平台的开发与实现第五章园区智慧能效管理平台的开发与实现5.1系统开发环境的搭建首先，本章对系统的开发环境要求以及通信通道进行了说明，随后，对系统的主要模块的实现进行了详细的阐述，最后，对系统的功能测试进行了总结，从而完成了整个系统的实现。5.1.1数据库结构开发5.1.2通信通道建设通信通道建设主要解决用能单位关口表计到综合能源智慧管理平台的数据传输物理通路问题，根据调研目前主要为以下几种情况：①已接入供能公司的一级关口表计且表计自身无富裕采集端口的关口表计，需要搭建从供能公司到平台之间的通信通道；②已接入企业DCS系统的关口表计，则需要增设数采终端，进行数采终端到平台之间的通信通道建设；③既未接入供能公司计量系统，也未接入企业DCS系统的关口表计，需要对关口表计进行通讯改造，增加GPRS远传模块，搭建关口表计到平台之间的通信通道。根据项目需求，目前企业到综合能源服务平台之间可选的通信通道建设模式主要有三种：VPN专网、公网定向、3G/4G无线公网，具体分析如下：1、VPN专网：在公用网络上建立专用相应的专用网络；主要优势分析如下：1）建网速度快，方便。只需将各网络节点采用专线方式本地接入公用网络，并对网络进行相关配置即可；2）降低建网投资、节约使用成本。由于VPN是利用公用网络为基础而建立的虚拟专网，因而可以避免建设传统专用网络所需的高额软硬件投资；并且可以大大节约链路租用费及网络维护费用，从而减少运营成本；3）网络安全可靠实现VPN主要采用国际标准的网络安全技术，通过在公用网络上建立逻辑隧道及网络层的加密，避免网络数据被修改和盗用，保证了用户数据的安全性及完整性。2、公网定向：在公用网络上建立定向传输和加密的网络，安全性优于公网，低于VPN专网。3、3G/4G/5G无线公网：通过公众移动通信网实现的无线网络。主要优势如下：1）通信速度快，网络频谱宽。可以确保用户站数据可靠传输到平台。2）改造量小，节省物理通道建设工作量和投资。不需要再建设物理通路，节省投资和建设周期。综上分析，项目初期针对用能单位的关口表计能耗数据采集的需求，建议3G/4G/5G无线公网的方式，正常情况下由无线公网传送实时数据和报警数据，这种方式与VPN相比可以大大降低初期投资和运行费用，且不需要建立单独的物理通路；同时，为了保证数据传输的安全性，可以通过纵向加密认证装置或加密的无线传输规约等方式，对传输数据进行加密。对于用能单位的能耗关口表计，综合考虑表计的通讯接口、地理分布等情况，实现数据采集的方式主要分为以下三种：（1）数据采集实现方式一对于分布相对集中且具备RS485通讯接口的关口表计，可通过增加数采网关通过串口线的的方式实现表计数据的集中汇聚采集，然后通过增加工业路由器借助3G/4G无线公网实现相关数据的上送，具体网络架构如下图所示：图5-1网络框架（一）（2）数据采集实现方式二对于分布相对分散且具备RS485通讯接口的关口表计，可通过增加无线DTU远传模块借助3G/4G无线公网实现相关数据的上送，具体网络架构如下图所示：图5-2网络框架（二）（3）数据采集实现方式三对于已接入DCS系统的关口表计，可通过增加数据转发工作站通过OPC授权，经防火墙汇聚到数采网关，然后由工业路由器借助3G/4G无线公网实现相关数据的上送，具体网络架构如下图所示：图5-3网络框架（三）5.2功能模块的实现5.2.1用户管理用户管理通过“用户-用户组-角色-资源权限分配”的机制，为平台用户、移动端用户提供一套统一的用户管理机制，实现平台URL、报表、数据等资源的访问控制。具体功能内容介绍如下：1）用户实现用户名、部门、密码、是否启用等基本信息的维护，提供增、删、改、查、用户组关联、角色关联等功能。2）用户组针对同一部门的多数用户具有相同的权限业务场景，通过用户组定义实现同类用户的批量关联角色功能，避免单用户角色关联重复操作，提供增、删、改、查、用户添加、角色关联等功能。3）角色系统中的用户不直接与资源关联，而是经过了角色这样一个概念间接关联。角色相当于一组可访问资源（功能）的集合，可直接与资源关联，实现资源的统一访问控制，提供增、删、改、查、资源关联等功能。4）资源系统中有很多可访问资源（功能），如系统功能列表中的“任务管理”、“用户信息”、“权限设置”、“报表数据”、前端界面等，通过资源分类定义实现系统中各类资源的分类管理，提供资源分类信息、资源基本信息的增、删、改、查等功能。5）用户查询通过建立用户与所属企业（园区）的组织架构关联，实现根据“园区-企业”的组织架构进行当前企业（园区）下所创建用户信息列表的查询。图5-4用户基本信息维护界面示意图2）用户组基本信息维护界面图5-5用户组基本信息维护界面示意图3）角色信息维护界面图5-6角色信息维护界面示意图4）资源分类信息维护界面图5-7资源分类信息维护界面示意图5）资源基本信息维护界面图5-8资源基本信息维护界面示意图6）用户信息查询图5-9用户信息查询界面5.2.2实时曲线实时曲线模块，在用能数据采集的基础上，通过曲线模板类型、曲线模板、曲线模板属性定义，实现企业用能实时数据、历史统计数据的对比查询和趋势分析。具体功能内容介绍如下：1）曲线模板编辑主要通过曲线模板类型定义（日曲线、月曲线、年曲线）、曲线模板属性关联（温度/压力/功率/流量等实时数据、日累计量/月累计量等历史统计数据）的编辑维护和自定义。2）曲线模板浏览在曲线模板编辑和发布的基础上，实现“园区-企业-工序单元”等不同层级用能数据的趋势对比分析。图5-10曲线模板维护界面示意图（创建模板）2）曲线模板浏览界面图5-11曲线模板浏览界面示意图（实时曲线模板）5.2.3预警报警在用能单位能源数据在线采集基础上，根据自定义的越限判定规则（越上限、越下限）、告警推送机制（角色推送、用户推送），对相关能耗实时数据和能耗指标超限进行报警，并实现APP的网格化分级定向告警信息推送功能，便于相关用户及时掌握用能状况并定位相关告警设备，从而及时应对处理。图5-12告警规则维护界面示意图（创建规则）1）告警内容查询界面图5-13告警信息查询界面5.2.4能耗监测能耗监测模块针对企业用能单位，实现对电力、天燃气、水等能耗介质的实时数据、耗能信息统计值（最大值、最大值发生时刻）、供能系统负载情况统计和用能数据的分类检索查询。图5-14能耗监测示意图（电）图5-15能耗监测示意图（水）图5-16能耗监测示意图（天然气）5.2.5企业用能企业用能模块，在各个企业的能耗数据采集基础上，通过对各能源介质进行日、月、年等多时间尺度的数据统计分析，实现企业总览、万元能耗、用能查询等功能。具体功能内容介绍如下：1）企业总览从企业总览的角度，展示企业各类外购能源介质的总体消耗量、企业能耗园区排名、行业排名、企业各能源类型占比、月度用能变化趋势等能耗统计分析结果，帮助企业和园区掌握企业的整体能源消费结构和情况。2）万元能耗万元产值能耗是衡量企业能耗水平的重要参数，该值越低表示企业的能源利用效率越高，系统提供企业同比环比、指标对比两项功能，实现企业、所在园区、所属行业的能耗水平的纵向/横向分析，为企业制定节能目标、与园区签订节能减排任务书提供数据支撑。3）用能查询在用能总览基础上，实现企业电、水、天然气等各能源介质的日、月、年多时间尺度统计分析。其中同比环比，显示企业用电量与去年同期以及上月环比比较结果，以及与所属行业和工业园区的比较结果；用能变化趋势，显示企业日、月、年能源消耗变化趋势，为企业用户开展节能潜力挖掘、节能改造方案设计提供数据支撑。1)企业总览图5-17企业总览示意图2）万元能耗图5-18万元能耗示意图3）用能查询（以电为例）图5-19日用电查询示意图图5-20月用电查询示意图图5-21年用电查询示意图5.2.6数据分析数据分析主要基于平台报表服务，通过关联实时数据、历史数据，结合图表等控件，实现强大的数据分析功能和对数据多样式的展现，从而满足各级管理人员的报表分析需求。平台报表采用Excel形式的设计界面，全面兼容Excel的设计方式以及Excel文件的无失真导入导出，报表的数据通过加载会跟随数据库的更新而更新。具体功能内容介绍如下：1）报表编辑功能报表编辑功能主要提供报表的目录结构管理、不同统计时间序列（日、月、年等）报表创建及发布功能，同时支持Excle格式报表模板的上传和编辑功能，并兼容Excle预定义公式，支持图表插入编辑，实现自定义的公式化或可视化数据计算、分析和展示。2）报表浏览功能报表浏览功能是在报表编辑、发布的基础上，实现报表的在线数据浏览，在报表浏览界面可进行excle导出、下载等操作。1）报表编辑界面图5-22报表编辑界面示意图2）报表浏览界面图5-23报表浏览界面示意图5.2.7能效管理分日、月、年等不同时间尺度，涵盖用能总量、产品单耗等内容，形成企业水、电、气等多种能源介质的统计分析报告。对企业用能进行折标统计，实现对企业用能评级，并开放评级规则，可以对评级区间、各指标的加权系数进行调整。(1)行业年(月)折标耗能统计图5-24(2)企业年(月)用能对标排名图5-25(3)企业用能折标耗能总量图5-26(4)企业用能折标万元能耗图5-27(5)分介质能耗图5-28(6)耗能评价图5-29图5-30(7)运行评价设置图5-315.2.8运维管理在数据采集设备支持运行状况信息上送的基础上，平台实现对数据采集设备的运行状况（通道通讯状态、运行时间、故障时间）以及系统运行的各项指标（系统节点网络状态、CPU状态、磁盘状态）进行监控，对于异常状态通过预警报警模块实现报警，便于系统运维人员及时掌握系统运行状况，保障系统正常运行。1）采集设备状态监视界面图5-322）系统资源状态监视界面图5-335.2.9合同能源管理包括节能改造申报：工程设计节能量填报、审定节能量填报、已使用节能量指标填报。支持节能诊断：支持多类型合同能源管理模式，包括节能效益分项型、能源费用托管型、节能量保证型。支持节能量监测，支持在线按设定周期、计算公式计算节能量，形成结算单。(1)合同能源管理概况与代办任务其中概况给出了合同类型统计以及分行业的项目所属阶段统计。合同类型统计给出了不同能源合同类型的占比；分行业的项目所属阶段给出了不同行业中处于方案设计、项目实施与效益分享阶段企业的数量。待办任务给出了合同能源管理待办任务的时段、编号、事件、状态等信息，提醒园区工作人员进行相关任务处理。图5-34(2)合同查询可以按照合同编号或名称、能源类型、合同类型、合同开始和结束时间等对园区的能源合同进行查询。获取的合同信息包括合同编号、合同名称、能源类型、合同类型、客户类型、服务提供商、审计机构、工程设计节能量、审计节能量、已使用节能量、合同启始日期、合同结束日期、合同容量、节能效益分析、详细资料查询等信息。图5-35(3)节能项目管理节能项目管理给出了企业节能改造申报、节能项目进度安排查询、相关资料的附件列表等信息。图5-36(4)节能效益分析对本月节约能源的数量进行展示，并可进行本月与上月累计用能量的比较和节约用能费用的比较。趋势预测给出了本年的能耗水平预测值，并给出申报需量建议、预计年节省费用、每月预计节省标煤量、月预计节能奖励等信息。实时耗能数据将本月实时耗能数据波形图与耗能限定值进行比较。实现节能量信息和节能效益分配的情况。效益分配情况给出了月报装容量、实时月报装容量、客户节能效益、节能服务公司效益等信息。图5-37节能效益统计图5.2.10计算模型维护计算模型模块，基于平台采集计量测点和能源介质类型，实现基本计算公式模型的创建、修改、查询、分类等维护功能，公式计算结果支持以计算点的方式进行发布，以便供其他功能模块的统计计算引用。图5-38公式查询界面示意图图5-39公式制作界面示意图图5-40公式显示5.3系统功能测试系统开发完成以后，把系统部署到服务器上，对系统进行功能测试，测试用例如图表所示前提条件输入正确的用户名和密码，登录园区能源管理系统续表×测试过程1、 进入系统首页，查看首页功能模块是否齐全，点击退出图标，测试退出系统功能。2、 点击能耗统计分析，查看所包含功能模块是否齐全，以能耗构成为例，点击能耗构成，选择条件测试可视化图形展现功能，点击能源损耗，测试查询功能和可视化图形展示功能。3、点击负荷管理，选择查询条件，测试查询功能。4、 点击能源审计，选择查询条件，测试查询功能，点击完善能源审计账单，测试能源审计账单编辑功能，点击导出审计，测试导出功能。5、 点击能效评估，选择查询条件，测试查询功能，点击图形数据，测试关联图形联动功能。6、 点击能耗预测，测试可视化图形展示功能，选择影响因素，测试关联图形联动效果。7、 系统管理员点击权限管理，点击用户管理，输入查询条件，测试查询功能；点击角色管理，选择查询条件，测试查询功能，点击新建，测试新建功能，选择多条信息测试删除、编辑功能；点击系统日志，选择查询条件，测试查询功能，点击导出，测试导出功能。测试目标1、首页信息可正常显示，包含各功能，能够顺利推出系统。2、 普通用户可查询除权限管理以外的各功能模块信息。3、 各功能模块可视化展现流畅，