园区智能综合能源管理运营中心建设探究
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广州供电局系统运行部、东方电子股份有限公司的研究人员王莉、吴任博、潘凯岩、王玉琴、王历晔，在2019年第8期《电气技术》杂志上撰文指出，全球能源日益紧缺，清洁能源装机容量发展迅速，能源的使用效率、清洁能源的消纳等问题亟待解决。能源结构向分布式发展，园区内的各种能源需要集中监管，统一维护。在保证园区内能源供应稳定的基础上，亟需探讨如何提高管理效率，减少运维工作量、提高发电率，从而提升园区内能源生产管理水平，提升效率。
本文研究了园区智能综合能源管理运营中心的建设思路及建设过程，并介绍了传统机房模式和基于云平台的两种典型建设模式。同时阐述了系统在监视、采集、功率预测、Web浏览等方面的应用功能。对于园区业主、清洁能源厂商及运营方，建立集中统一的智能管理运营中心，将推进综合能源管理向着少人管理方向发展，提高园区多种能源的监管及运维效率，从而提升系统的整体效益。在未来的综合能源发展进程中，系统将集成更多品类的能源数据，发挥更大的经济效益。
随着全球能源危机的出现，人们越来越重视可再生能源的利用，而能源的利用效率，以及新能源的消纳，成为能源界重点关注并着手解决的问题。结合国家能源改革政策、行动计划大纲和指导意见来看，能源结构调整一直在进行。
目前国内处在能源变革的时期，能源形势也逐步从集中向分布式转变，资本方面的政策也相对放开，导致了能源格局从大电网超高压远程输送向区域形态发展。园区综合能源的建设也从试点开始逐步推广发展。据相关统计，全国现有200余个国家级产业园区，1300余个省级产业园区，逾万个县级产业园区。多能互补示范项目23个，智慧能源项目55个，增量配网项目300余个，新能源微电网示范项目28个。
欧洲最早提出综合能源系统概念并付诸实施，早在欧盟第五框架（FP5）中就开始提及，如分布式发电、运输和能源（distributed generation transport and energy, DGTREN）项目、Energie项目及Microgrid项目对综合能源系统研究侧重能源协调、协同优化及用户侧友好开发。
美国注重综合能源管理相关理论技术的研发。美国能源部在2001年即提出了综合能源系统，管理系统建设注重各类能源系统间实现协调配合。日本的综合能源管理系统则致力于引导能源结构优化，促进可再生能源规模化开发，这与日本能源严重依赖进口的因素密不可分。
国内，综合能源服务尚处于起步阶段，电、热、气各自都有相对独立的供应、传输、使用体系，对应建设管理系统，但缺乏整体协调管理，存在能效低、弃风弃光、环境污染等问题，国家发改委能源局为推动能源结构调整，提升能效，相继发布相关政策，各能源各综合能源服务商积极探讨改变以前的竖井式单体能源管理向智能综合管理发展。
本文结合多年来从事智能电网、调度、配网以及新能源相关工作的经验，探讨智能综合能源管理运营中心的建设。在能源监视、调度的基础上，将运营和维护功能一体化。目的在于减少园区能源监管的工作量、实现不同类型基础能源的统一监管、多层监控、从而实现少人值守的运营模式，建设集监控、管理、运维一体化的智能运营管理中心。从而实现对多种能源集中高效的监管，提高园区能源供应的稳定性和可靠性，提高区域能源的运行管理效率，对提升生产运行管理水平，降低生产运行和设备维护成本有着重大的意义。
1 园区智能综合能源管理运营中心建设思路
系统建设要充分考虑园区能源的特性及发展需求，时刻关注能源领域的特点和要求，针对性解决综合能源集中监管及多能互补问题。系统在建设过程中集中采集电、热、冷、气等资源，整合原本分散的热电冷联产系统（combined cooling heating and power, CCHP）、光伏、风电、储能信息，实现对园区能源的集中监视、检修、运营，使分散式的能源有了集中统一的监管中心。
通过与人力资源（human resource, HR）、财务管理（financial management, FM）、ITSM系统的互联以及资金和技术的合理调配与运用，达到资源的优化利用，实现园区经济效益最大化，为能源优化、多能互补策略提供技术支撑。
如图1所示，智能综合能源管理运营中心主体部署在园区层，各种能源由通信网络集中到中心，改变传统的单一本地监控为集中管理。
一方面远程实时监控各设备运行状况、发电量、电站功率、设备功率，提供电站设备查询，生成实时报表等；另一方面为用户建立标准化、精细化的运行维护管理平台，实现实时标准数据信息共享、自动化管理、电站设备故障预警、远程专家咨询和分析评估、收益结算等功能。从而及时发现园区内能源发、输、配、用等环节的故障和利润损失，统一能源监视，全景展示，省时省力。
同时，可将能源数据信息统一纳入智能运营系统数据中心，并根据用户需求将指定数据转发至当地电力公司、企业集团、各省市节能环保中心、可再生能源中心等各类数据中心，实现数据的多向共享。
图1 智能综合能源管理运营中心建设层次
2 系统建设
系统采用集中监管、分区运行的运维模式，通过分布式实时的数据采集、数据处理，统一的数据存储、系统管理，灵活的责任分区、数据分流、信息分类技术，实现异构环境下的分布、可扩展的大集控全面解决方案。
如图2所示，智能综合能源管理运营中心系统分为以下层次实现：展示层、应用层、总线服务层、基础ICT（information communications technology）层及基础数据采集层，每层负责各自的处理，最终通过组合形成可使用的系统功能。应用层完成与用户的交互，将用户所需数据以直观、合理的方式按照需求展现，并记入用户的输入信息或操作指令，以传递给总线服务层进行处理。
总线服务层完成业务的实际处理、数据运算、处理流程的控制；数据采集层完成与接入设备的通信，从设备中获取数据，并进行解析，转换成系统能够识别的数据格式。同时，还提供以上的逆向处理，即将系统发送给设备的信息组织成设备能识别的格式并传送给设备。其中，多数据点并发问题由数据处理服务器按照集群分组的模式并发处理完成。
图2 智能综合能源管理运营中心系统架构
2.1 系统部署
总体部署分为基础能源数据输入端、应用发布应用端及远程监管部分，核心为数据中心。能源数据根据其隶属权限的不同，分为园区直管，直接上传到园区平台层。另一种是通过当地监控或者部署通信管理机的形式将数据集中到数据中心。在数据中心进行集中管控，基于数据中心之上部署应用。以Web形式发布并实现负载均衡，客户端通过端口访问。
1）平台部署
系统部署可以采用两种模式：一种为基于云服务、虚拟化部署系统的数据中心，在云数据中心的基础上部署应用功能，实现综合能源运营管理功能；另一种为基于传统的硬件服务器、工作站及其他硬件设施进行部署。
（1）基于云平台的集中部署
系统建设依托虚拟化及云服务等技术，将数据中心部署到商用云上，数据库服务器、总线服务器、实时处理服务器、功率预测服务器、设备管理服务器、分析处理服务器都部署在云上，采用虚拟机的形式，虚拟服务器之间通过内部虚拟网络通信，这在选用服务器时根据数据传输的需要确定虚拟网络的通道带宽，一般为2Mbit/s。
（2）自建机房模式
系统建设依托硬件实体服务器、工作站及网络安全设备，具体如图3所示。系统建设过程首先部署服务器，服务器上安装Unix/Linux/Windows操作系统。在服务器上安装Oracle或其他商用数据库，建立库表，导入初始参数，开始部署应用软件。
图3 传统机房模式的硬件部署图
（3）模式分析
从投资角度来说，云模式按周期付费，而自建机房需要一次性投资，投资额较大。从服务配置方面来看，云模式可以按业务量灵活配置，而自建机房模式一般在建设时考虑业务峰值。从运维角度考虑，云模式运维可以依托云提供商来完成，自建机房模式需要靠运维团队来完成日常的维护工作。
自建机房模式在数据安全性方面更有优势，这主要原因在于云模式的通信方式要采用专网与公网相结合的通信方式，而自建机房模式更多的通过专网传输数据，所以数据保密性和安全性能更高。用户可以根据自身的要求，选择适合自身需求的建设模式。
2）环境部署
（1）中间件
Tomcat，Windows/Linux/Unix版本；WebLogic，Windows/Linux/Unix版本。
（2）浏览器
IE 8.0及以上版本，以及支持IE内核的浏览器。
（3）建设库表
在应用部署之前，数据库安装之后，要建立相关的库表，编制专用脚本，并以批量处理的模式完成库表的建设，支持的数据库类型主要包括历史库、实时库、参数库、模形库以及拓扑关系库等。
（4）对外接口部署与支持
系统整体设计方案采用面向服务的架构（service- oriented architeture, SOA）设计思想，自下而上提供应用服务。下层应用不需关心上层应用的逻辑，只需提供本层应用的数据接口，所有交互由上层应用发起。以Webservice形式与公司的财务、采购、品质、研究、HR等其他部门进行标准对接，数据共享。
3）分阶段逐步建设
Ⅰ期建设专注于基础功能的建设，主要包含实时监控系统、Web功能、电子值班、功率预测、故障告警、设备综合管理、生产管理、统计分析功能。为每个能源站建设一路视频，用于监视本变电站的运行情况。在总部部署大屏幕，实现全区的能源全景展示。Ⅱ期建设包含园区能源生产运营分析、能源平衡分析及辅助决策系统等，以便更好地为园区的整体能源优化奠定坚实的基础。
2.2 应用模块
1）实时在线监控
监视功能实现全景、全站、设备（电机、燃气轮机、电表、水表、热表、汇流箱、逆变器、电源设备、保护模块、测控设备、环境监控设备等）的监视，信息采集和集中展示。建立统一数据库，为监控平台和第三方系统提供基础数据服务。
统一接入辖区能源的在线监控设备及第三方系统，包括热电联产、清洁能源、垃圾电厂以及各种余热利用的各类设备。实现电、热、冷、气的统一运行监控、数据显示、设备故障报警、发电数据分析预报、未来上网电量数据预报。
2）发电功率预测
功率预测目标在于能源平衡，而功率预测也要按照能源形势的不同建立不同的模型和算法。以光伏为例，光伏发电功率预测主要通过光伏电站端上传的实时气象数据、实时云图数据、光伏电站运行数据，以及来自气象部门的数值天气预报数据，对单个或全网光伏发电进行功率预测。针对光伏特点，可以采用统计方法，物理方法或者综合法。根据预测的时间尺度可分为超短期预测（0～4h）、短期（日前）预测（0～24h）、中长期预测。
3）综合智能告警
综合智能告警支持汇集和处理各类告警信息，实现告警信息在线综合处理、显示与推理，对大量告警信息进行分类管理和综合/压缩，利用形象直观的方式提供全面综合的告警提示，对不同需求形成不同的告警显示方案，内容包括告警内容描述、告警等级、告警时间、是否复归、是否确认等。
4）设备管理
设备管理模块主要由设备台账信息、设备文档信息、巡视信息三部分组成，并通过业务建模、文档管理、文档在线编辑等模块辅助配置设备信息界面及存储相关文档信息。设备包含用户目前生产过程中所有在用设备，例如智能表计、清洁能源设备、配电屏、环境监测、配电设备等。设备台帐信息包含设备型号、厂家、生产及其铭牌上所列技术参数等，并包含自定义信息。同时进行设备的缺陷管理、检修管理、异动管理、停运管理。
5）生产管理
生产管理紧密结合生产过程定制，例如可视化流程定制，可追溯定制，管理过程定制，甚至巡检路线定制等等。同时制定操作票和指令票，实现电子拟票，进行拟票、审核、预发、执行、归档的操作票流程化管理功能。
6）Web功能
Web浏览方式使得MIS网上的人机工作站上无需任何专用程序支持，并且实时画面的修改更新均由Web服务器在实时网上自动得到同步更新，真正实现客户端免维护。根据《电力监控系统安全防护规定》（国家发展和改革委员会14号令），系统作为电力监控系统需遵循“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”的原则，在生产控制大区与管理信息大区之间设置安全隔离装置。Web浏览功能属于管理信息大区，其Web功能的体系架构如图4所示。
图4 Web体系架构图
3 现场实施
该系统已经在陕西、深圳、广东、山东等多个现场实施。现场有部署于云平台的系统，还有基于纯硬件平台的。现场运行后，基于云平台的建设，在机房设备运维和购买设备方面会减少投资。但在数据接入时要考虑信息安全和通信网络构建的混合性。图5是现场运行图。
全景展示部分作为运行人员、管理人员、用户访问系统的入口，提供操作简便、表达清晰、简洁美观、响应快速的用户使用环境，具备友好的用户界面和支持能力。支持系统运行、决策、管理等不同用户全局把握分布式能源站的真实运行状态。支持系统运行、决策、管理等不同用户重点关注关键事件的要求，用户可根据需求实现环境在线定制。
图6为目标园区的关键线路的电、水相关数据统计。另外分类进行数据、图像、信息、图表、曲线和关键性能指标的展示，支持模型驱动的可视化显示，为用户提供任务导向的决策支持能力，具备告警、预警、分析等警示功能。支持3D、触摸屏等显示与交互技术。
图5 现场园区全景展示图
图6 区域综合能源的统计展示
本文结合长期的电力、能源系统工作经验，及对集控中心、调度、运维系统的深入理解，对智能综合能源管理运营中心实施过程中的建设思路、软硬件设备部署、应用业务划分、系统建设方面进行全面地研究和阐述。
目前在国内，已经实施了多个现场，系统对园区内的能源总体进行监管，实现能源流、信息流的高度统一，并可以实现智能化检修和运维。从而提高园区能源管理的智慧化水平，优化园区内供能抵御风险的能力，精益化分布式能源管理，为经济效益的提升提供技术支撑。另外，在国内能源转型的过程中，智能综合能源管理运营中心将发挥越来越重要的作用，接入更多品类的能源，在用能优化、高端决策方面发挥更大作用。