综合能源管理平台设计

施工技术设计范围房山新校区（一期）综合能源管理平台设计范围包括供冷供暖系统、光伏发电系统、洗浴热水制热系统等运行数据实时采集与监控、数据存储，平台以可视化组态方式呈现各系统运行工艺系统图，为各级用户提供方便快捷的数据查询手段和分层次数据视图，为综合能源系统运行优化提供动态数据支持，以及为应急保障提供相关基础信息。平台具备接入学校智能化管理系统的条件。平台设计采用B/S前后端分离架构，技术架构采用主流的.NETCore开源的计算机软件框架的“微模块”的模块化安装-注册机制，数据层和应用层采用先进的微服务架构，满足后期按模块扩展和集成其他系统的需求，支持用电、用水、燃气、暖通空调、新能源等能源系统以及非能源的信息系统接入与扩展，可形成一体化管控平台。平台设计融合物联网感知、大数据分析与AI技术，实现能源全链路系统设备状态的毫秒级动态监测与组态可视化呈现。基于PDCA循环理论，建立能源“目标设定-能源体检-诊断优化-持续监测”的动态管理闭环，通过定期能源审计发现能效提升空间，利用机器学习AI算法生成能源设备运行优化策略，并实时监控策略实施效果，形成持续改进的良性循环，推动学校建筑能源管理向绿色、节能、可持续方向发展。系统拓扑房山新校区（一期）综合能源管理平台未来运营集控中心位于南区能源站，运营集控中心到南北区能源站及11个二级站、学校1#-10#楼热水机房、留学生公寓楼机房、光伏发电系统并网柜配电室等通过光纤网络连通。平台系统拓扑示意图如下：平台系统拓扑架构示意图技术架构系统平台总体技术架构采用后端微服务+前端微模块技术架构，支持SSO，能快速与其它平台无缝嵌入融合，同时支持与其它IOT物联平台对接获取物联设备实时运行数据。技术架构分为：硬件感知层、数据采控层（物联网中台）、通讯层、服务层、数据层（数据中台）、业务层与展现层等。①硬件感知层主要综合能源系统现场的各类设备及数据采集智能硬件：各类数据采集传感，如空气环境监测仪、压力传感器、温度传感器、流量传感器、漏水监测等末端数据采集传感器；各类智能设备，如冷热源系统的主机设备、水泵、冷塔等设备；各类计量设备，如暖通机房用电、用水及热计量仪表、配电检测计量仪表等。②数据采控层系统平台能兼容大部分表计厂家的表具，支持的通讯协议包含不限于：modbus-Tcp\modbus-Rtu、DLT645、IEC101、IEC104、CAN等，能通过系统表计接口读取和发送数据（表具支持用电控制功能，可通过系统进行远程开合闸（设定权限）、超功率跳闸等）。③通讯层通讯层是基于服务层之上的一套通讯传输相关技术组件，在不同的组件之间采用不同的通讯方式。硬件设备与数据采集网关之间，采用RS485或RS232串口方式通讯，也可以采用基于网口的TCP/IP方式通讯，从而网关可以获得设备的数据包报文；外部系统与平台对接集成时，通常采用基于HTTP或HTTPS的互联网协议，采用WebAPI、WebService等接口规范进行数据交换；数据采集网关与平台之间，主要采用MQTT发布订阅通讯模式，也支持socket通讯；平台后台服务与Web浏览器端、APP端之间，采用基于restfulAPI接口规范的http或https通讯方式，实现Web浏览器端和APP端与应用服务器之间的数据交互。④服务层服务层为系统核心数据处理，包括大数据操作、系统任务调度、数据流操作、消息总线机制及系统业务集群服务，以多台本地中央处理设备为基础共同搭建智能管控服务系统服务数据处理核心平台。为保障技术先进性和扩展性，要求技术架构采用微服务架构，实现数据中台、应用中台、可视化微前端的分层技术架构，支持容器化集群部署。⑤数据层包含设备实时数据、环境数据、能耗数据、运营数据、安全数据等，具备海量数据的分布式存储计算能力。⑥业务层主要是给展现层提供业务逻辑处理和用户交互处理的一系列服务接口，平台采用前后端分离架构，应用层提供标准restfulAPI接口，以json数据格式提供给前端交互界面。系统应具备SSO统一授权认证机制，满足auth2.0标准，提供灵活可靠的授权方式，能与第三方系统实现平滑统一认证授权对接。⑦展示层展示层是最终呈现给用户使用的操作界面，平台可提供多种终端、多种交互方式，满足不同使用场景、不同用户的使用需要，包括：系统的Web端采用B/S前后端分离架构设计，采用浏览器窗口登录，支持配置移动端APP功能；系统前端功能模块采用模块化架构设计，实现“平台+模块拼装”的方式，快速搭建能源系统，每个功能模块应保持独立的“脚手架”，具备独立运行能力，满足各个模块之间完全解耦、灵活组装的需求，从而保障系统具备足够的扩展能力和二次开发能力。具备接入学校智能化管理系统的条件（数据接口）①平台IoT物联中台数据对接概述平台的采用数据中台技术底座设计，具备完备的IoT数据接收、存储、共享能力。对于智能边缘网关采集各个强弱电子系统的智能设备、仪表相关实时运行数据，IoT物联数据处理模块支持智能边缘网关通过MQTT发布订阅方式，订阅网关采集的实时数据。平台IoT物联数据处理模块需支持MQTT发布订阅方式接受数据推送，也支持子系统提供标准RestfulAPI接口，由IoT物联数据处理模块定时调用其接口，获取第三方能源子系统或者楼控系统的数据子系统数据。平台IoT物联数据处理模块支持用户自定义选择各子系统设备数据共享给第三方系统，通讯方式为MQTT，凡是订阅的第三方系统即可获取其共享的实时数据。同时也支持提供标准RestfulAPI接口，供第三方系统调用本系统数据。平台数据中台IoT物联模块作为系统平台的物联数据处理枢，从数据流向的南北向来说，南向应该支持边缘网关、直连设备和系统接口三种方式的数据上传，南向应该支持向第三方系统或者平台提供数据。同时数据中台应提供分布式时序数据库，如influxDB等，用于存储物联设备实时运行数据。②南向数据接收能力（学校智能化管理系统数据上传）对于其他与能源系统相关数据来源于学校智能化管理系统的，平台IoT物联模块支持以WebAPI接口方式，接收标准json数据格式，且支持提供js脚本自定义解析功能，可以将原始json格式数据解析成数据中台所需要的数据格式。③北向数据共享能力（学校智能化管理系统数据共享）数据中台汇集所有信息系统的数据，对于IoT物联模块的数据源，IoT物联模块支持基于MQTT等发布订阅方式的数据共享给学校智能化管理系统，还支持第三方模块或者平台订阅IoT物联模块的数据包Topic，第三方模块或者平台即可实时接受IoT物联模块推送来的数据包。平台功能综合能源管理平台软件主要功能包括基础技术平台、数字决策中心、工作日历、能源（冷热源设备、光伏、宿舍楼制热水设备）监测、智能诊断、能源体检、智能预测调度、综合能源分析、能效分析、碳排放管理、能源设备运维、能源智能报表、能源异常告警、移动APP端功能等。①基础技术平台平台技术基础主要包括低代码技术底座和基础信息配置管理构成，采用自主可控的千牛卫泛能源数智化操作系统WEIOS代码技术底座，系统所有中间件服务都封装成独立运行的docker微服务，对于需求的新加与变更可以通过配置等手段快速响应，而不需要大量的开发。采用典型的微服务平台就是将所有程序组件封装成独立服务，服务与服务之间通过注入方式引用、服务与外部应用之间都通过标准API接口通讯，这些组件包括：数据库、消息中间件、日志中间件、定时调度中间件、配置管理中间件及其他专门应用的组件（视频流组件、物联网协议解析组件等），这些组件保持相对解耦的独立性，在平台中需要注册这些组件服务，注册之后的服务才能被其他的服务找到，并进行数据交互，即“服务注册与发现”。各种终端设备的可视化界面需要后台提供统一的逻辑数据API提供交互数据，逻辑数据API封装成一个独立的微服务，它就可以跟其他的中间件服务进行交互获得相应的服务支撑，彼此解耦，按需索取。微服务平台设计是一个根据实际需要进行适度超前设计的过程，优化无止境，根据业务的发展，持续添加各种组件或微应用，才能不断实现务实的创新发展。技术平台采用中台架构，分为数据中台、应用中台及可视化中台。②数字决策中心平台数字决策中心首页，汇总了学校北区能源站、南区能源站及南北区11个二级站、学校洗浴热水制热系统能源运行的各种指标数据，如总能耗、总碳排放、设备运行统计、能耗趋势、异常告警统计信息等，为项目运维人员提供全面的能源运行概览，为项目运维人员提供日常能源运营管理参考依据。③工作日历平台通过配置运营时间日历实现能源系统设备控制策略、诊断策略及统计分析相关提供基础的时间维度数据，平台可实现如节假日、学校工作日、学校含寒假及暑假日各类能源系统的不同控制策略模式。④能源监测能源监测管理系统通过融合物联网感知、大数据分析与机器学习技术，实现“源-配-储-充-用”全链路系统设备状态的毫秒级动态监测与组态可视化呈现。系统搭载智能故障诊断引擎，可基于实时数据与历史运行模型，精准定位异常部件，并通过声光报警、多端推送等多模态预警方式，实现异常问题分钟级响应。同时，支持手动干预+AI智控”双模式控制，既支持工程师通过可视化界面进行精细化调控，也能依托强化学习算法，自动生成最优调度策略，提升系统整体运行效率。主要应用功能包括：北区能源站、南区能源站及南北区11个二级站（地源热泵机组、冷水机组、循环泵、二级泵）设备运行监控、计量表具监测、光伏发电运行监控、洗浴热水制热系统监控、天气环境监测、历史数据、实时数据、工作日历等。能源监测界面以组态（2D、2.5D或3D）型式显示制冷机房的设备布置图及水路布置图，并在图上显示每台设备及管路的详细参数及信息，并有数据储存及统计功能，可以对每台设备的实时及历史数据生成曲线和报表，可按日期及设备进行详细数据查验。采用组态方式实现各能源设备或机电系统的图形化监控，支持Web端组态编辑，用户可通过拖拽配置实时监测设备运行状态（如冷机运行参数、水泵转速、能耗数据等）和趋势曲线，直观展示系统运行情况。机房的设备布置监控图能源监测组态画面可展示冷站系统结构，冷水机组、水泵、冷塔实时功率和频率、温度、压力、流量传感器的实时数据、室外温湿度、关键能效数据等，同时在此页面能进行控制目标值设定：冷冻出水温度、冷却回水温度、冷冻水温差、冷却水温差，数据自动刷新。点击各设备后可通过弹窗查看相应设备参数，如点击主机可查看主机的运行的温度，压力，电流比等参数以及控制相应设备；还可以在系统监视页面修改设备手自动状态，设备处于手动模式下设备处于远程状态，手动输入频率，在点击启动。设备可以在弹窗单点启停设备。支持手动模式和自动模式；自动模式下可进行一键启停控制。⑤智能诊断智能诊断管理系统集成AI大模型知识库与专家诊断规则双引擎，构建智能化故障诊断体系。依托海量权威专家知识经验，结合机器学习算法，实现能源系统故障异常的全维度、自动化扫描。用户仅需一键触发，即可快速定位系统隐患，精准识别设备故障、能效异常等问题，显著提升故障诊断效率与准确性，为能源系统稳定运行提供智能保障。主要应用功能包括：专家诊断策略、诊断追溯分析、冷热源诊断报告。⑥能源体检能源体检管理系统搭载智能“源体检模型”，支持一键触发全系统深度诊断，自动扫描能源系统运行状态。通过AI算法实时监测安全隐患、能效损耗、能耗波动及碳排放异常等核心指标，按周期自动生成可视化能源体检报告。系统同步以弹窗提醒、消息推送等方式，及时向运营管理人员预警关键指标异常，为能源系统优化、降本增效与绿色低碳转型提供数据驱动决策依据。主要应用功能包括：体检模型配置、能源体检报告。⑦智能预测调度智能预测调度管理系统运用人工智能技术，深度分析冷热源系统供能侧与用能侧数据趋势，构建动态智慧调度调控体系，基于实时数据与预测模型，自动生成最优调度策略，实现能源生产、传输、存储与消费的智能匹配。通过动态平衡能源供需、优化资源配置，在保障冷热源系统安全稳定运行的同时，持续提升能效水平，降低碳排放，推动能源系统向绿色低碳、高效智能方向升级。主要应用功能包括：冷热源AI预测建模、冷热源AI控制策略。1)冷热源AI预测建模系统已内置负荷预测算法，根据气象参数、设计值、系统实时运行状况、积累的负荷历史数据进行负荷精准预测。预测负荷可作为冷站设备高效运行策略的生成依据。系统基于AI深度神经网络技术实现冷热源系统未来24小时、48小时的冷热负荷预测、主机出水温度预测、泵组温差实验、冷塔出水温度预测、开关机时间预测，计算未来逐时需求，以便生成冷热系统柔性调控、最优策略。预测算法实现未来24小时用能负荷波动曲线，计算未来逐时用能（电、冷、热）负荷需求以及供冷热能力，以便在用能高峰时决策冷热系统柔性调控。2)冷热源AI控制策略a.冷水机组台数：系统内置冷水机组效率等曲线图，根据预测的精准负荷确定冷水机组运行台数和搭配方式，以保证冷水机组在不同负荷工况下均能处于高效运行区。频率：根据冷水机组自带控制系统进行频率控制。冷冻水供水温度自动重设：根据负荷预测值、结合室外气象参数，动态优化冷冻水供水温度设定值，在满足末端供冷需求的同时，确保冷水机组的高效运行。b.冷冻水泵台数：系统内置水泵性能曲线，并实时监测管网特性曲线，实施冷冻泵加减泵控制策略（优先和冷水机组台数进行一对一控制），确保冷冻泵在不同工况下均处于高效运行区。频率：冷冻水泵变频采用压差、温差联合控制。保证最不利末端供回水压差的前提下、保证系统供回水温差以实现冷冻水泵的变频调节。冷冻水泵最小频率满足冷水机组蒸发器最低流量限值要求，冷水机组蒸发器最低流量要求不低50%的额定流量。c.冷却水泵台数：系统内置水泵性能曲线，并实时监测管网特性曲线，实施冷却水泵加减泵控制策略（优先和冷水机组台数进行一对一控制），确保冷却水泵在不同工况下均处于高效运行区。频率：冷却水泵变频采用定温差控制，在冷却水供回水管上设置温度传感器，将实时的冷却水供、回水温差与设定温差进行比较，调节冷却水泵的转速。最小频率满足冷水机组冷凝器最低流量限值，冷水机组冷凝器流量要求不低于60%的额定流量。冷却侧综合运行能效寻优控制：系统能实时监测和计算冷水机组、冷却泵、冷却塔三者的综合能效，根据内置的高效控制算法，综合调整冷却泵、冷却塔风机的运行台数、频率，使得冷却侧综合运行能效最高。d.冷却塔风机系统内置冷却塔性能曲线，结合室外实时气象参数，具备冷却水回水温度自追随优化设定功能，保证冷却水回水温度始终处于最合适的参数，确保冷水机组的高效运行。冷却塔风机采用变频控制，根据冷却塔的逼近度（冷却水出水温度与室外湿球温度的差值）来控制冷却塔风机的频率及运行台数。当冷却负荷增加时，冷却塔风机采用低频逐一加机再统一增频的控制方式；当冷却负荷减少时，采用统一降频再逐一减机的控制方式。此外，当冷却水出水温度达到低于冷水机组允许的最低温度时，强制停止全部风机。⑧综合能源分析综合能源分析管理系统面向运营管理人员，构建多维度能耗与供能智能分析体系。通过整合能源生产、传输、消耗等全链条数据，系统自动生成可视化分析报表，涵盖能耗趋势、供能效率、负荷分布、成本构成等核心维度。结合同比环比分析、能效对标及异常预警功能，为日常运营决策、资源优化配置及节能增效措施制定提供精准数据支撑，全面提升能源管理精细化水平。主要应用功能包括：数据查询、数据对比、能耗模型、能耗对比、同比环比。⑨能效分析能效分析严格遵循国家及行业能效标准，构建科学化指标体系，通过智能算法对能源系统运行效率进行精准评估与深度分析。依托实时数据监测与动态阈值预警机制，自动识别能效异常波动，以多渠道方式（如弹窗、短信、APP推送）向运维管理人员发出预警提示，并同步提供异常根源分析与优化策略建议，形成“监测-预警-处置-优化”的闭环管理流程，全面提升能源系统运维效率与管理水平。主要应用功能包括：能效查询、能效对比、设备分析、能效日历。⑩碳排放管理碳排放管理是构建科学化节能降碳目标的管理体系，深度融合能耗强度与碳排放强度"双控"机制，实现目标制定、分解、执行到考核的全流程闭环管理。通过动态监测与智能预警，实时追踪目标达成进度，精准识别管理短板。结合数据驱动的优化策略，为业主提供精细化过程管控方案，助力从管理维度系统性推进节能减碳目标高效落地，加速绿色低碳转型进程。主要应用功能包括：碳中和管理（碳统计看板、碳核算详情、碳核算首页、碳排放因子、碳排放计算配置、碳定额首页、碳定额配置、碳定额审核、碳资产与交易）。⑪能源设备运维能源设备运维管理预设设备诊断、故障处置、解决方案三大专业知识库，形成标准化知识体系。通过AI算法深度解析实时采集的设备运行数据，结合历史故障案例与专家经验，建立智能化主动巡检机制。系统可提前预判设备潜在风险，精准识别异常征兆，并针对关键问题自动触发工单流程，同步推送处置方案至运维人员终端，实现从隐患预警、任务派发至处理反馈的全流程闭环管理，显著提升运维效率与系统可靠性。主要应用功能包括：操作日志、资产台账、备品备件、工单管理、巡检计划管理。⑫能源智能报表能源智能报表管理系统支持深度整合能源运营、设备管理、成本分析等多维度数据，生成可视化、专业化的运营管理报表。支持运营人员通过拖拉拽式操作界面，灵活配置报表字段、筛选条件与展示样式，快速定制符合特定业务需求的专属报表模板。系统内置智能分析引擎，自动生成趋势预测、异常预警与优化建议，实现从数据采集、报表生成到决策支持的全链路数字化闭环，显著提升运营管理效率，为企业精准决策与持续优化提供有力数据支撑。主要功能包括：能源运行日分析、能源运营分析对比、运行日报表、运行月报表、光伏发电量报表、BI-工作台、BI-报表模版。提供在线报表生成功能，和自动生成定制化能耗数据报表，费用账单及报警信息报表并支持Excel或导出。⑬能源异常告警平台通过实时数据监测与智能算法分析，主动识别能源系统运行中的异常状况，并以多渠道（短信、邮件、APP推送等）及时向运维管理人员发出精准预警。系统基于科学设定的能效阈值与行业标准，自动触发异常响应机制，不仅实现告警信息的分级分类推送，还可结合历史案例与专家经