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力控科技

管控一體化解決之道

企業電能管理系統

1概述

         能源緊缺和環境惡化已經成為全球面臨的最大問題,在中國,持續高速的經濟增長的同時也引發了能源供應危機及環境嚴重污染等問題,節能減排已是我們當下的必要任務。電力需求側管理就是實現節能減排目標的一項重要措施。

         根據國家發改委等六部委《關于印發電力需求側管理辦法的通知》的相關文件精神,為提高電力資源利用效率,改進用電方式,實現科學用電、節約用電、有序用電,推進電力需求側管理相關工作的進一步落實,同時加強該專項資金的管理,相關部門制定了《電力需求側管理專項補助資金管理辦法》用以引導企業更好的開展電力需求側管理工作。

         其中山西省經濟和信息化委員會在《山西省財政廳關于做好2016年電力需求側管理項目相關工作的通知》中明確指出為推進工業企業電能信息采集系統建設,科學診斷企業用電狀況和負荷特性,強化電力需求側管理,將參與2016年電力直接交易的工業企業作為重點,全力推進企業電能信息采集系統建設。并將給予驗收合格的項目資金補貼。

         電力需求側電能管理系統作為電力需求側管理應用的有效抓手,將幫助企業提供一套成熟、有效、便捷的電能精細化管理解決方案,從而提高企業能源系統的運行、管理效率,并實現安全穩定、經濟平衡、節能減排的基本目標。企業通過搭建電力需求側電能管理系統可以優化用電方式,提高終端用電效率,優化資源配置,從而實現用電管理成本最小化,改善和保護了環境。

2意義

2.1完善電能信息的采集、存儲、管理和利用

        企業建立電力需求側電能管理系統,就獲得了電能系統的第一手資料,經過數據分析、處理和加工,在電能管理中心控制室的調度人員和專業能源管理人員就能實時掌握系統運行情況:系統運行是否正常、運行狀態是否安全穩定、能源調度分配是否合理等,并能在需要時及時采取調度措施,使系統盡可能運行在最佳狀態。

2.2規范電能系統的自動化系統設計

       確保系統設計的標準化、規范化,使系統的能反映當前自動化行業的水平,做到系統安全、可靠、經濟,系統可擴展、可維護和易操作。

2.3實現對電能系統的分散控制和集中管理

      針對企業生產工藝系統的分散和電能管理要求集中的特點,建立以電能調度指揮為中心的電能信息管理系統,實現電力系統的分散控制和集中管理。

2.4減少能源管理環節,優化能源管理流程,建立客觀能源消耗評價體系

      實現對用電設備的運行管理、停復役管理等自動化和無紙化管理,有效實施以客觀數據為依據的電能消耗評價體系,減少電能管理的成本,提高電能管理的效率,及時了解真實的電力能耗情況和提出節能降耗的技術和管理措施,協助公司管理者制訂電能管理措施和考核辦法,向電能管理要效益。

2.5減少能源系統運行成本,提高勞動生產率

      電力需求側電能管理系統的最終目標是實現簡化能源運行管理,減少日常管理的人力投入,節約人力資源成本,提高勞動生產率。

2.6加快能源系統的故障和異常處理,提高對全廠性能源事故的反應能力

      電力需求側電能管理系統建成后,能源調度人員對能源系統的異常和事故的反應處理速度能夠得到顯著提高。能源調度可以通過系統迅速從全局的角度了解系統的運行狀況,故障的影響程度等,及時采取系統的措施,限制故障范圍的進一步擴大,并有效恢復系統的正常運行。

2.7通過優化能源調度和平衡指揮系統,節約能源和改善環境

      電力需求側電能管理系統建成后,將通過優化電能管理的方式和方法,改進能源平衡的技術手段,實時了解全廠的電能需求和消耗的狀況,有效地減少電能損耗,使電能的合理利用達到一個新的水平。

2.8為進一步對能源數據進行挖掘、分析、加工和處理提供條件

      本系統不僅可以有效解決能源實時平衡管理和監控管理,還可以通過對大量歷史數據的歸檔和管理,為采用進一步的工具進行數據挖掘、分析、加工和處理創造條件。數據是財富,數據可以成為信息,將為公司的高端能源管理提供現實的可能性。

3需求分析

     企業建立電力需求側管理系統,首先要實現集過程監控、電能管理、能源調度為一體的管控一體化計算機網絡信息系統。結合電能的使用分布情況,構建經濟、適用、安全、可靠的電能管理中心,實現企業全部變電站和重要用電設備的集中監控和供配電系統的分析和調度員仿真培訓,提高系統供電的可靠性。

     其次,系統要實現供配電系統的經濟運行提供決策指導,確保企業生產安全、可靠、經濟、優質運行,實現企業從經驗型到分析型管理調度職能的轉變,強化企業整體的電能調度與管理,從根本上解決電力能源的利用與浪費問題。

     最后,電力需求側電能管理系統要實現電能管理的信息化和現代化,完成對公司電能數據的宏觀和微觀上的調度,從而提高企業生產效率并增強企業競爭力。

4建設依據

4.1系統建設內容

       第一、電力需求側電能管理系統要實現電力數據采集系統的建設,完善對現場電能數據的采集和用電設備的實時監控。

       第二,電力需求側電能管理系統要實現對能源介質和生產過程的實時調控。系統要以運行數據指導企業實現對控制系統進行必要的改造,主要包括兩方面:一方面是電力輸送控制系統的改造,用于適應自動化控制;另一方面是電力生產控制系統改造,用于實現動態管理和實時監測。

      第三,電力需求側電能管理系統通過基礎軟件、控制系統、基礎硬件、現場視頻監控和電能管理中心大廳等基礎平臺設施,實現企業電能管理的集中控制。電力需求側電能管理系統采用的建設基礎技術包括系統集成和應用集成技術、現代計算機和網絡技術、數據庫和實時數據庫技術、數據分析和預測技術等。

電力需求側電能管理系統建設要在“摸得清”“管得住”“降得下”三方面下工夫。摸清能源消耗狀態,管住能耗指標,提出節能減排措施。

4.2系統設計原則

     可擴展性—系統的設計上一方面要全面滿足當前環境下的需求及未來一段時間的應用需求,另一方面要能方便地進行功能擴展,可靈活增添刪減功能模塊。

可集成性—從技術發展角度和用戶需求來看,軟件結構本身應能與上層應用系統集成,做到信息共享和資源數據共享。

4.3系統設計依據

       《電力需求側管理平臺建設技術規范(試行)

       《電力能效監測系統技術規范》

       《工信部運行97號文》

       《山西省電力需求側管理企業電能信息采集系統驗收規范》

       《關于印發電力需求側管理辦法的通知》

       《電力需求側管理專項補助資金管理辦法》

       《山西省財政廳關于做好2016年電力需求側管理項目相關工作的通知》

       《中華人民共和國節約能源法》(19981月)

       《中國節能技術政策大綱》(計交能[1996]905號文)

       《電網調度自動化設計規范》

《遠動設備終端通用技術條件GB/T16435-1996

《中華人民共和國安全行業管理規范》

《軟件工程國家標準》

《中國電氣安裝工程施工及驗收規范》

《安全防范工程程序與要求GA/T75-94

《安全檢查防范系統通用圖形符號GA/T74-94

       《工業過程測量和控制的電磁兼容性標準》NFC 46-022

       《軟件開發規范》ISO9001-2000

《民用建筑電氣設計規范JGJ/T16-92

       《計算機場地技術要求》 GBJ45—82

      《能量管理系統應用程序接口》 IEC61970

系統整體結構

5.1系統拓撲圖

                   


        電力需求側電能管理系統的建設分為三層架構設計,分別為現場采集層、網絡隔離層和中心應用層。

現場采集層設計

       現場采集層的設計內容主要針對現場各類電能、電壓、電流等儀表數據的采集和重要生產工藝或耗能設備的數據監控,必要的情況下也可以將其他介質能源的監控納入到該電能管理系統中來。

       根據實際現場的實際情況,以就近原則將各類電能表、綜保等設備通過232/485等接口接入到現場采集設備,對于較遠物理位置的設備或儀表,通過串口服務器轉換成以太網后,再通過現場數據采集網關接入;數據采集網關對現場所有數據整理分類后,統一以標準的電力協議對上層網絡進行數據轉發。

       對于現場的重要生產工藝設備或大耗能設備的數據接入,可以直接從現場的SCADA系統或DCS系統進行數據采集,現場數據采集網關提供多個互不干擾的以太網口,對不同網段的系統進行數據采集的同時,保證各SCADADCS局部網絡的獨立性。

網絡安隔離層設計

       安全隔離網關實現對所有的采集網關的數據匯總,對下采集所有采集網關的數據,對上通過物理隔離后將數據轉發到中心應用層;在辦公網和電力能源網之間設置工業防火墻來避免辦公環境下的病毒浸入電力能源網;保證整個網絡的安全穩定運行。

中心應用層設計

       電力需求側電能管理系統在中心機房進行整體部署,將部署多臺IO服務器,每2臺互為冗余形成雙冗余采集鏈路,并將數據傳輸到實時/歷史服務器進行實時存儲。歷史數據服務器同樣按照冗余架構部署,并配置磁盤陣列作為歷史數據的物理存儲設備,進一步加強歷史數據存儲的穩定性和容量保障。同時實時歷史服務器將數據轉發到應用服務器的關系數據庫中,為電能管理的整體電能分析做好數據支撐工作。

5.2系統介紹

      力控電力需求側電能管理系統軟件功能如下:

     5.2.1數據采集及監控

      本系統的數據采集及轉發模塊內置多種行業和國際標準規約,可對電能量、電能質量數據、報警信息以及其它數據信息進行實時采集,配置操作簡單。

      系統支持CDT規約,DNP3.0規約,IEC870-5-101/102/103/104規約,SC1801規約,Modbus/JbusRTU/ASCII/TCP)規約,多種多功能電度表規約、CANBus規約、LonWorks規約等多種電力常用規約。系統能夠對三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、功率因數、頻率、電流及電壓詣波、電量等電參數以柱狀圖、曲線、餅圖、圖表、數字等多種形式進行展現。系統內置大量的具有依據最新電氣符號國標繪制的電力圖庫,可以方便按照工藝流程實現電能的可視化,實現電能從輸入到輸出整個流程的監控。

      5.2.2設備能耗分析

      力控電力需求側電能管理系統能夠實現同一設備在不同時段的用能分析比較;能實現相同設備在同一時段的用能分析及比較;能實現關聯指標在同一坐標平面內的關聯分析管理,調節設備的負荷需量。

      力控電力需求側電能管理系統通過對電能實時采集、動態監測、能耗分析、成本核算、績效考核和報表發布等功能,實現企業電能管理的精細化,促進節能降耗。簡潔明了地顯示當月、當年用能情況,并與往年同期用能進行對比,掌握用能趨勢。實時動態監測企業當前用電功率。通過設置每日用能的計劃值,實現用能的定額管理,并與實際用能進行對比,對可能出現的用能突增進行預警。將各類用能折算為標準煤,使用戶全局掌握企業用能情況。

      5.2.3電能時段管理

       系統能夠實現對峰、谷、平電量消耗的統計及分析;能夠實現峰、谷、平電價統計分析及用電成本分析管理。本系統自動根據預定時段分類進行時段管理,分類包括:尖”等。系統用戶可以進入時段管理界面給每天的時間段分類。此外,需量管理系統的設計非常靈活,它可以處理固定和動態改變的時間段。將企業用能按照尖、峰、平、谷劃分,找到企業用能在時間段上的不合理之處,同時可作為企業能耗復費率計算的依據。系統可以統計任意時間期間的能耗,并進行逐日、逐周、逐月、逐季度、逐年匯總。

       5.2.4電能效率管理

       在變配電運行監控系統的基礎上,可以實現精確的電效率管理。系統能指導用戶進行合理的尖峰平谷的負荷特性優化功能及用電效率分析。可進行用電量分析統計,可按供電區域、變電站、線路分析統計。用戶可以制作電能消耗圖、確定負載功率因數、鑒別高峰需量時間段設備運作能耗,確定設備最佳運作時間段。

系統用戶可根據供電局帳單、分析電力帳單、比較在不同收費單價情況下的費用,并依此調節能源分配,以實現能源的最優利用。

  在變配電運行監控系統的基礎上,可以實現詳細的負荷分析,從而可以加強科學管理,從而做到“削峰填谷”,提高符合率,改善負荷曲線,以保證電網安全、經濟運行。

5.2.5模擬量分析

     系統能夠實現對三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、功率因數、頻率、電流及電壓詣波、電量等電參數在設定時間段內的最大量、最小量、平均值及電價分析。

    5.2.6電力能耗統計排名

    系統能夠實現工藝段內的用能大小分析及排名,得出耗電最大的設備及耗電最小的設備排名,便于后期的診斷治理。用戶可以根據此排名調整用電策略,以實現電能的最優利用。

    5.2.7報表及曲線系統

     系統的圖表及曲線等組件可以方便的生成電力分析曲線,電流棒圖等,用于實時監測電力系統穩態運行過程中各電力參數的變化趨勢,直觀地實時掌握所有監測線路各相電流的平衡情況和當前負荷大小,線路各相電流的大小和占其額定電流的百分比例情況。

     報表格式可以根據生產的實際要求,通過監控軟件與EXCEL電子表格的動態鏈接,任意定義各類表格及其格式,如班報表、日報表、月統計表,甚至年統計表等等。并且可以統計每一個報表的最大、最小值,做出相應的棒圖、趨勢圖、X-bar圖等數據分析方案,使整個管網運行、設備優化和企業管理進入全面量化控制過程。利用定時打印設置功能,可以設置定時自動打印各類報表,也可以根據需要人工干預,隨時打印所需報表。 

     5.2.8歷史儲存

     對實時數據進行海量歷史數據歸檔,提供歷史數據接口服務。歷史數據存儲歸檔支持數據定時存儲、條件存儲、變化壓縮存儲、趨勢壓縮存儲等多種技術,具備更強大的生產數據分析與統計功能。能夠滿足系統運行數據報表及曲線記錄、存儲、查詢功能,便于進行診斷治理前后的數據分析對比。

     歷史趨勢:根據用戶的需要我們可以將相關的監控點數據生成歷史趨勢圖。通過歷史趨勢,用戶可以查看以前特定某段(點)時間的歷史圖形記錄,可以查找故障發生的時間,變化趨勢,從而找出系統的故障原因。

     實時趨勢:同樣可以生成實時趨勢圖,用于分析模擬量參數的變化趨勢,以更好地讓操作人員掌握系統參數的變化趨勢,使系統保持最佳運行。

     5.2.9報警和事件管理

     系統具備安全用電報警功能:包括設備故障報警、用能(電)量超標報警、過電流報警、過電壓報警、電能質量超標報警等功能,并以多種報警方式展現給用戶(包括聲光報警、短信報警、云平臺報警等多種模式);并且能夠對報警記錄進行事件查詢,便于故障分析及診斷。

     對于監控站的設備或系統部件故障報警、診斷報警等,管理軟件能自動處理。對工藝過程報警管理軟件進行報警組態后自動處理。系統對任一報警可以用監控站內置喇叭發出聲音警報,同時可將重要參數作為數字量輸出點,用以驅動外接音響。對于每個報警可以按以下邏輯設置:即報警發生時系統自動切換至報警參數所在畫面,同時在報警提示行以醒目的顏色顯示報警信息。

    所有報警都可以單獨設置是否需要打印及打印風格,工作站上顯示的報警記錄均帶有日期和時間,對報警參數恢復的日期和時間同樣進行顯示和記錄。對于每個報警類型組態的方法是在報警設置的對話框內完成的。報警和打印的時間分辨率可達1秒。

報警詳細內容如下:

報警/事件具有優先顯示權,除在流程上單點顯示外,還報警或事件狀況列表顯示,表中至少包括標志符(位號)、數值、說明、時間(年、月、日、時、分、秒)、位置等。

報警具有容易引起警覺的聲響輸出,具有語音提示功能;報警顯示可由操作員抑制或消除;對過程變量超限數值應給出警告、危險二級報警。

     5.2.10設備管理

     (1)監視系統中所有設備的狀態。

     (2)設備分配。

     (3)設備控制是設備管理的另一功能,它包括設備驅動和設備中斷處理,具體的工作過程是在設備處理的程序中發出驅動某設備工作的I/O指令后,再執行相應的中斷處理,負荷分析

設備管理模塊的其它功能還包括管理和更新所有設備的相關數據內容。設備的資料內容包括該設備的唯一標識號、參數性能,溯源單位、檢定日期、有效期限、管理負責人、使用狀態等設備的信息。系統還添加了設置了設備和項目的到期提醒功能, 幫助工作人員有效地對設備的有效期進行監控, 時時刻刻保證所有的設備處于受控狀態。

具備設備臺帳管理功能。

具備強制檢定設備臺帳管理功能。

具備設備動態反饋錄入功能,自動搜索后歸檔。

具備設備備品備件臺帳管理功能。

具備報廢設備臺帳管理功能。

具備設備檢定記錄管理功能。

具備設備檢修情況記錄功能。

具備查詢、統計功能。

5.2.11需求響應

      系統具有能夠指導用戶實現根據上級需求執行需求響應的功能。系統提供了大量的可編程模塊和模板,用戶只需要根據上級的需求把需要增加的變量添加到相應的模塊或者模板中,就能實現相應的需求。

      5.2.12系統兼容性

       力控電力需求側電能管理系統以優越的性能、先進的架構、開放的接口、及時的服務讓企業輕松自如地存儲、管理及應用生產過程數據,是構建企業管控一體化系統、生產調度指揮系統、MES系統、ERP系統等應用系統的基石,可以方便的實現與省級電力需求側能源管理平臺的對接,系統具備以下特點:

       1)單節點支持百萬級數據測點。

       2)支持線性擴展計算能力,包括多種分布式應用模型。

       3)豐富的設備采集接口:支持主流DCS、PLC、DDC、EMS、ERP現場總線、智能儀表等近1000多家設備采集接口

       4)跨平臺,多平臺支持能力:Windows、Unix、Linux任您選擇。

       5)多級冗余機制:支持多服務器、雙接口機、雙網、雙通道等多種冗余技術。

       6)開放而豐富的應用接口:.NET Framework2.0+、DBI API、COM SDK、OLE DB Provider、DAI SDK、OPC、ODBC、REAL-SQL,為您提供靈活可選的二次開發功能。

       7)支持通過RS232、RS422、RS485、電臺、電話輪巡撥號、以太網、移動GPRS、CDMA、GSM網絡等方式和設備進行通訊。

6系統安全管理

      系統安全的核心是網絡安全,網絡信息安全是保障本系統正常運行的一個重要條件,方案中我們基于幾下幾方面考慮 :

6.1身份驗證

      身份驗證負責確認申請網絡服務的人,對用戶進行驗證。為了訪問網絡及其服務,一個用戶必須輸入網絡登陸ID和密碼,以供安全服務器進行身份驗證。

6.2授權

     身份驗證控制誰可以訪問網絡資源,而授權規定了訪問資源以后他們能做什么。授權對應用過程和用戶授與了特權。授權對于不同的用戶是不同的,取決于用戶的工作職責。

6.3審核

    為了有效地分析網絡的安全性并且對安全事件做出響應,我們采取有效的方式采集網絡活動數據。

    審核數據包括任何人所作的試圖通過身份驗證和獲得授權的嘗試。審核數據還包括對用戶所作的改變訪問權限嘗試的記錄。并且審核日志中的所有數據都打上時間標簽。

6.4數據加密

    加密是一個對數據進行編碼的過程,目的是為了防止目標接受方以外的人讀取數據。加密設備在把數據放入網絡之前先對其進行加密;解密設備在把數據傳送到應用程序之前先對其進行解密。路由器、服務器、終端設備均可以作為加密和解密設備。SCADA軟件本身采用專門工業通訊協議,具有解加密功能。

    加密是一個非常必要的安全部件,因為它提供了數據的保密性。它也可以用來確認數據發送者的身份。

6.5數據包過濾

    在路由器和交換機上建立數據包過濾器,從而接受或拒絕來自特定地址或服務的數據包。數據包過濾器擴充了身份驗證和授權的機制。它們能夠保護網絡資源免受非授權的使用、盜用、破壞和禁止服務攻止。

6.6防火墻

    防火墻是在兩個或多個網絡的邊界處用來加強安全策略的一個系統或若干系統的組合。我們在調度中心與電信公網的入口配置硬件防火墻保證網絡安全。

6.7入侵檢測

    入侵檢測是指對網絡活動的實時監測和對數據的分析,以發現潛在的薄弱環節和正在進行的攻擊。在網絡內部,授權 用戶在網絡上進行的非授權活動可以被實時地檢測到并立即被阻止。對于企圖闖入網絡的外部入侵也可以同樣的方式處理。我們采用Linux操作系統作為實時數據庫和數據采集平臺,極大降低了網絡攻擊風險;同時利用Linux系統的安全檢測功能與防火墻系統配合,提高了系統安全性。

6.8物理安全和容錯能力

    物理安全性指保護資源免受自然災害的侵害,根據系統特定要求,安裝物理安全措施以保護核心路由器,服務器、主機及備份存儲設備。關鍵設備做冗余處理,調度中心異地數據備份和災難恢復。

    隨著信息技術的迅猛發展,網絡安全的重要性日益突出,EMS系統也不例外。考慮到我們的方案中提供了大量的網絡設備和IT產品,我們對本系統的安全性格外慎重,所以除了在方案的制定、設備的選型等方面特別考慮外,在網絡安全的防范上也格外重視。






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