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        淺談基于云平臺的能效管理系統研究及應用

      • 時間:2020-09-11瀏覽數:34來源:
      • 【摘要】通過分析云平臺的基本特點與能效管理系統平臺特性,提出了基于云平臺的能效管理服務系統。介紹了應用云平臺的能效管理服務系統的背景和意義,設計了云平臺能效管理系統的框架和**功能,并對各功能模塊進行了詳細說明;分析了 能效數據采集傳輸和存儲、能效實時監控、能效分析等需求側管理;通過工程應用展示云服務能效管理系統在用電管理和能效分析方面實現的社會效益、管理效益與經濟效益等節能成果。

        關鍵詞:云平臺;能效管理;能效監控;能效分析

        0 引言

        當前,企事業用電仍以傳統的能效管理系統為主,對電能仍實行粗放型管理。此外,這些管理系統的建設普遍存在規劃不合理、硬件資源浪費嚴重、設備使用率低、安全性和共享性差等問題。在加強節能的舉措中,重要的一點就是提高企事業單位用電能效管理水平,以輔助實現節能的目的。因而,在企事業單位中,尤其是高能耗的企業當中,推廣用電能效管理和監控的信息化、可視化,以管理的手段深入挖掘用電的節能潛力是非常有必要的。

        另外,傳統能效管理系統需要企事業單位自行組織人力物力搭建起一套完整的運行環境,包括運行系統所需要的服務器硬件系統、數據存儲系統以及與之相關的軟件資源。對企事業單位而言,這是一項巨大的前期成本投入,而后期的設備與系統的維護也需要巨大的成本支持。與此同時還伴隨有系統潛在的可靠性、安全性等風險。

        基于云平臺的能效系統釆用的云計算是一種新型的計算模型K',具有可靠性和安全性能高、*大數據存儲處理、靈活的可維護性即可擴展性、資源利用**等優勢,針對企事業用戶可通過提供便捷的能效管理云服務,節省企業前期采購成本和后期維護成本,保證數據的共享性與安全性,結束原有小、散、亂的局面,提升企事業單位的能效管理、監控以及優化水平。

        1 云平臺能效管理系統簡介

        基于云計算技術基礎的能效管理云服務系統,是結合現代計算機技術、網絡通信技術和分布式控制技術,并以服務接口的方式為企事業單位 提供能效管理服務的平臺。其充分利用網絡計算資源,實現可靠的電能數據采集、存儲和分析等;具有風險性低、易擴展等特性;在此基礎上建立完善的能耗監測、管理體系,來實現能源消耗動態過 程的信息化、可視化、可控化,對企業生產過程中能源消耗的結構、過程及要素進行精細化管理,進一步提高能源使用效率。

        1.1云平臺能效管理系統拓樸結構

        基于云平臺能效管理系統網絡拓樸結構如 圖1所示。



        基于云平臺能效管理系統包含以下幾個組成 部分:用戶設備監控與數據釆集層、網絡傳輸鏈路層、云平臺能效管理服務層和用戶服務層。

        用戶設備監控與數據釆集層由各類智能可通 信數據采集器、測控裝置、保護裝置等構成。并通過通信管理機(協議轉化、規約轉化、集線器功能)將數據傳輸至云平臺云端。

        網絡傳輸鏈路層提供用戶設備信息通向云端的鏈路。

        云平臺能效管理服務層由云傳輸中心、云數據中心和云應用中心組成。云傳輸中心保證遠程通信數據傳輸的安全性和可靠性;云數據中心提供對用戶大規模設備數據的存儲預處理;云應用中心提供給用戶群訪問接口,同時對用戶服務、用戶權限進行管理。

        1.2能效管理云平臺業務應用

        通過云平臺訪問服務接口(SaaS-軟件即服 務),用戶可以遠程監控設備的負荷管理,進行能 效分析與診斷,智能優化調度,實時處理故障,瀏覽曲線走勢報表與故障告警信息⑸云平臺業務層次框圖如圖2所示。



        (1)負荷管理:企事業單位或樓宇管理用戶可以根據能效管理云服務系統,實時查看設備的負荷特性和當前負荷、實際申報需量、峰/谷時段等,智能優化大功率設備的投切方案,從而達到較大負荷、削峰填谷的作用,獲得一定的經濟效益。

        (2)能效分析診斷:用戶通過能效管理云服務提供的能效分析診斷模塊,針對用戶變壓器平均負 載率、日平均功率、日負荷率進行實時監測與數據采集,并根據采樣結果進行統計分析和智能診斷, 為優化運行方式、優化能耗配置,減少電能損耗提供支持。同時,分析排查能源利用方面存在的問題和薄弱環節、挖掘節能潛力、尋找節能方向。

        (3)智能優化調度:該項服務根據用戶的生產特點、工藝特性和設備耗電曲線,智能計算生成**的生產排班和設備投切計劃,利用分時電價政策,在節約電費的同時,實現企業內部的 “削峰填谷”。

        (4)遠程實時監控:實時監測和顯示企業能 耗分布、流向信息。通過計算、處理診斷每個能耗監測點的能耗效率和損耗情況。

        (5)曲線走勢報表:報表分析、統計,可以對不同能耗設備進行橫向對比,或者同類設備按時間縱向對比,反饋給企業管理者,了解企業的能源管理水平及用能狀況。

        (6)故障告警信息:監測能耗異常報警、分析預案處理。

        1.3能效管理云平臺訪問應用

        由美國國家標準研究院(NIST)提出并被廣泛應用的云架構包含3個基本層次血:基礎設施層(Infrastructure Layer )、平臺層(Platform Layer) 和應用層(Application Layer) 0云平臺能效管理系統架構層次圖如圖3所示。



        在云平臺能效管理系統的云架構層次中,每層的功能都以服務的形式提供出來,進而出現了基礎設施服務(Infrastructure as a Service,laaS)、平臺服務(Platform as a Service, PaaS )和軟件服務 (Software as a Service, SaaS )的概念。

        laaS是將基本的基礎設施資源提供給用戶的 服務。用戶無需自行購買、維護硬件設備和相關系統軟件,就可以直接在基礎設施即服務層上**自己需求的服務。

        PaaS交付給用戶豐富的云中間件資源,包括應用運行時環境、共享服務以及自動化管理服 務等。

        SaaS是指服務提供商以Web Service的方式向用戶交付軟件的服務。對于軟件服務提供商而言,由于與軟件相關的所有資源都放在云中,便于進行軟件的部署和升級,因此軟件產品的生命周期不再明顯。

        云平臺能效管理系統提供給用戶SaaS。采用這種服務交互模式無論是在商業上還是技術上都是一個巨大變革。在能效管理過程中,用戶不再需要關心硬件設備的搭建、軟件的安裝升級,以及后續的IT人員專職系統維護,*不需要預算成本,僅僅根據用戶的使用范圍和用戶權限進行“按需付費”。

        1.4 能效管理云平臺優勢

        基于云平臺的能效管理系統與傳統能效管理相比,具有多方面特殊優勢。

        (1)有效管理性:能效管理系統包括對設備運行狀況的監控系統、降低系統故障率的維護系統。能效管理云系統提供給用戶可視化遠程互動操作界面,根據系統檢測業務負載,有效增減資源進行調度,同時也有效保證關鍵數據的安全等。

        (2)負載可伸縮性:通過云平臺能效管理系統,并依據系統使用負載變化的能力,在負載變大或減小時,利用網絡計算資源,釆用節能算法,實時進行智能調整以適應負載。

        (3)可靠性:指一個組件或系統執行其功能的能力,系統成功完成*功能的概率是衡量系統可靠性的常用指標。云平臺能效管理系統采集 傳輸的數據,均存在云端,保證數據讀寫的可靠就是保證系統的質量,基于云平臺對能效系統可靠性的重要性不言而喻。

        (4)安全性:對于云平臺應用,可能有大量用戶會在統一時間訪問系統,對每個用戶的數據安全性要求相當髙,敏感的企業成本數據*是如此, 因此在設計系統時,需嚴格將各企業的業務數據隔離,從數據級和應用級多個層面保證不同企業的系統數據相互*立、安全。

        (5)多用戶有效性:傳統的軟件運行和維護模式要求軟件被部署在用戶所購買或租用的硬件資源當中,大多服務于特定的個人用戶或者企業用戶。在云計算環境中,更多的軟件以SaaS的方式發布出去,提供給更多的企業用戶共享使用,對用戶組進行統一的管理與維護,節約用戶成本的同時,實現多用戶使用的有效性。

        (6)開放性共享性:基于云平臺能效管理系統除了面向企業、樓宇等耗能用戶外,還面向對外系統(如區域能源管理調度中心或其他**行政部門),與外系統進行數據交換c因此,本文介紹的系統,設計統一的標準接口來預留與外系統的通信途徑,從而實現跨用戶、跨區域數據共享,便于能源中心對資源進行實時調整和優化。

        (7) 低成本性:企業管理和運營軟件系統正逐漸伸展到企業業務和管理的各個角落,導致企業在軟件系統維護上的人力和物力成本日趨增多。隨著信息產業的發展,企業日常運營越來越依賴于軟件系統平臺?;谠破脚_的能效管理系統可以有效降低企業能效管理成本。**是能效管理軟件系統建設初期的投入大幅減少,不再需要進行巨大的成本一次性投資,避免初期對軟硬件資源的過分投入。另外,對企業用戶來說,云平臺可以幫助實現應用的自動化管理,且無需單*配置維護人員,直接減低了企業對系統的維護成本。

        2 工程應用分析

        2.1工程概況

        工程應用案例以某電器生產基地基于云平臺能效管理系統為例。該基地云平臺能效管理系統 圖如圖4所示。



        該生產基地分布式儲能系統、智能樓宇控制 系統、分布式光伏發電系統、分布式風電系統、智能電器及系統以及負荷監控系統,通過分布于基地內的通信管理機來實現與基于云平臺的企業電能管理云服務的通信?;貎炔恍杞ㄔO覆蓋全廠區和配電房的通信專網,也不需架設本地服務器, 只要在互聯網區域登錄云平臺能效管理系統公共服務界面,并經過系統用戶驗證后即可應用能效管理云服務提供的各項功能。

        2.2 應用分析

        (1)需量控制:作為綜合性工業園區,為對該生產基地能耗進行統一管理和優化,需通過能耗的度量模型、測量方法和分析優化算法,針對不同時段選擇與實際電容量相匹配的方案,降低支付給電力公司的用電容量費用。.

        通過搭建云平臺能耗管理系統,采用云計算技術,統計用電負荷數據、釆取大數據分析進行能 耗度量測量、模型方法和優化算法的實現和驗證。

        (2)用電分析:通過云平臺能效管理系統,用戶無論何時何地即可通過Web訪問,并對數據庫內一定時期的用電量數據分析,采用圖表形式查看各個車間或高能耗設備的用電情況,根據電價浮動自動合理調節負載的運行模式,自動、合理調節負載,既可以降低用戶的用電費用,也可以幫助 電網削峰填谷。

        生產基地用電量對比曲線圖如圖5所示。



        (3)多用戶遠程監控與用電預測:云平臺提供SaaS,實現多用戶異地實時監控能耗及查看遠程報警信息;通過能耗、趨勢分析發現用電不合理之處并提出改進建議,提岀合理的大需量值,達到節能降耗、經濟用電的目的。

        (4)智能負荷優化與削峰填谷:通過云平臺提供的大數據云計算技術,采用算法對當前系統進行負荷優化。

        以該基地A區二樓辦公區域夏季空調電能監控負荷優化為例,優化前負荷曲線如圖6所示。 (夏季一周內日平均數據值)



        應用基于云平臺能效管理系統,對負荷進行歷史數據分析、對當前電力負荷進行預測與需量控制,實時優化用電負荷,根據用電時段(電價時段階梯)自動調節當前負載的運行模式,既滿足降低用電成本,同時協助用戶進行電網的“削峰 填谷”?;谠破脚_能效管理系統優化后的負荷曲線圖如圖7所示。



        以峰時(8 ~11時)3 h用電平均值250 kWh 為例,A區二樓即可節約電費:(1.044 -0.513) (元/kWh) x250 kWh/d = 132 元/d。初步估算若 整個生產基地有10個類似空調區域,通過云平臺 能效管理系統做到低谷時段用電,則一年僅空調 用電(按6個月統計)即可節約24萬元。

        3 安科瑞能耗云平臺結構



        4 云平臺功能





        5 云平臺配置



        6 結語

        本文提出基于云平臺能效管理云服務模式,通過前文介紹和應用案例,企業能夠有效地低成本,有效率地應用負荷管理,遠程實時監控,電能能效分析等,從而實現“削峰填谷”的社會效益和節電、節費的經濟效益。此外,基于云平臺能效管理云服務還可從以下幾個方面有效推動能效需求側管理,有助于實現節能減排的目標。

        (1)基于云平臺能效管理系統,企事業單位用戶通過對高電耗用能設備進行遠程實時監控, 采集監測設備數據,為合作的*節能設備公司 提供有**的能耗數據,有助于這些設備企業采 取積*措施,研發并升級節能技術,為進一步降低設備能耗做準備。

        (2)基于云平臺電能能效管理云服務數 據中心可以匯總使用云服務的企事業單位用戶的用電數據,并進行數據分析,為**相關部門提供宏觀層面的企業能效數據,進一步掌握所轄范圍內企事業單位節能減排執行情況, 并有計劃化地改造或淘汰落后用電企業,為進一步實施產業結構調整、淘汰落后產能提供數據支持。


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