蔣超萍

江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214400

【摘要】通過分析云平臺的基本特點(diǎn)與能效管理系統(tǒng)平臺特性，提出了基于云平臺的能效管理服務(wù)系統(tǒng)。介紹了應(yīng)用云平臺的能效管理服務(wù)系統(tǒng)的背景和意義，設(shè)計(jì)了云平臺能效管理系統(tǒng)的框架和核心功能，并對各功能模塊進(jìn)行了詳細(xì)說明；分析了 能效數(shù)據(jù)采集傳輸和存儲、能效實(shí)時(shí)監(jiān)控、能效分析等需求側(cè)管理;通過工程應(yīng)用展示云服務(wù)能效管理系統(tǒng)在用電管理和能效分析方面實(shí)現(xiàn)的社會效益、管理效益與經(jīng)濟(jì)效益等節(jié)能成果。

關(guān)鍵詞：云平臺；能效管理；能效監(jiān)控；能效分析

0  引言

當(dāng)前，企事業(yè)用電仍以傳統(tǒng)的能效管理系統(tǒng)為主,對電能仍實(shí)行粗放型管理。此外，這些管理系統(tǒng)的建設(shè)普遍存在規(guī)劃不合理、硬件資源浪費(fèi)嚴(yán)重、設(shè)備使用率低、安全性和共享性差等問題。在加強(qiáng)節(jié)能的舉措中，重要的一點(diǎn)就是提高企事業(yè)單位用電能效管理水平，以輔助實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。因而，在企事業(yè)單位中,尤其是高能耗的企業(yè)當(dāng)中，推廣用電能效管理和監(jiān)控的信息化、可視化，以管理的手段深入挖掘用電的節(jié)能潛力是非常有必要的。

另外，傳統(tǒng)能效管理系統(tǒng)需要企事業(yè)單位自行組織人力物力搭建起一套完整的運(yùn)行環(huán)境，包括運(yùn)行系統(tǒng)所必須的服務(wù)器硬件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)以及與之相關(guān)的軟件資源。對企事業(yè)單位而言，這是一項(xiàng)巨大的前期成本投入，而后期的設(shè)備與系統(tǒng)的維護(hù)也需要巨大的成本支持。與此同時(shí)還伴隨有系統(tǒng)潛在的可靠性、安全性等風(fēng)險(xiǎn)。

基于云平臺的能效系統(tǒng)釆用的云計(jì)算是一種新型的計(jì)算模型K',具有可靠性和安全性能高、超大數(shù)據(jù)存儲處理、靈活的可維護(hù)性即可擴(kuò)展性、資源利用效率高等優(yōu)勢，針對企事業(yè)用戶可通過提供便捷的能效管理云服務(wù),節(jié)省企業(yè)前期采購成本和后期維護(hù)成本，保證數(shù)據(jù)的共享性與安全性，結(jié)束原有小、散、亂的局面，提升企事業(yè)單位的能效管理、監(jiān)控以及優(yōu)化水平。

1  云平臺能效管理系統(tǒng)簡介

基于云計(jì)算技術(shù)基礎(chǔ)的能效管理云服務(wù)系統(tǒng),是結(jié)合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和分布式控制技術(shù),并以服務(wù)接口的方式為企事業(yè)單位 提供能效管理服務(wù)的平臺。其充分利用網(wǎng)絡(luò)計(jì)算資源,實(shí)現(xiàn)可靠的電能數(shù)據(jù)采集、存儲和分析等；具有風(fēng)險(xiǎn)性低、易擴(kuò)展等特性;在此基礎(chǔ)上建立完善的能耗監(jiān)測、管理體系，來實(shí)現(xiàn)能源消耗動態(tài)過 程的信息化、可視化、可控化，對企業(yè)生產(chǎn)過程中能源消耗的結(jié)構(gòu)、過程及要素進(jìn)行精細(xì)化管理,進(jìn)一步提高能源使用效率。

1.1云平臺能效管理系統(tǒng)拓樸結(jié)構(gòu)

基于云平臺能效管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)如 圖1所示。

基于云平臺能效管理系統(tǒng)包含以下幾個(gè)組成 部分:用戶設(shè)備監(jiān)控與數(shù)據(jù)釆集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸鏈路層、云平臺能效管理服務(wù)層和用戶服務(wù)層。

用戶設(shè)備監(jiān)控與數(shù)據(jù)釆集層由各類智能可通 信數(shù)據(jù)采集器、測控裝置、保護(hù)裝置等構(gòu)成。并通過通信管理機(jī)(協(xié)議轉(zhuǎn)化、規(guī)約轉(zhuǎn)化、集線器功能)將數(shù)據(jù)傳輸至云平臺云端。

網(wǎng)絡(luò)傳輸鏈路層提供用戶設(shè)備信息通向云端的鏈路。

云平臺能效管理服務(wù)層由云傳輸中心、云數(shù)據(jù)中心和云應(yīng)用中心組成。云傳輸中心保證遠(yuǎn)程通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃?云數(shù)據(jù)中心提供對用戶大規(guī)模設(shè)備數(shù)據(jù)的存儲預(yù)處理;云應(yīng)用中心提供給用戶群訪問接口，同時(shí)對用戶服務(wù)、用戶權(quán)限進(jìn)行管理。

1.2能效管理云平臺業(yè)務(wù)應(yīng)用

通過云平臺訪問服務(wù)接口(SaaS-軟件即服 務(wù))，用戶可以遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備的負(fù)荷管理,進(jìn)行能 效分析與診斷，智能優(yōu)化調(diào)度,實(shí)時(shí)處理故障，瀏覽曲線走勢報(bào)表與故障告警信息⑸云平臺業(yè)務(wù)層次框圖如圖2所示。

(1)負(fù)荷管理:企事業(yè)單位或樓宇管理用戶可以根據(jù)能效管理云服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)查看設(shè)備的負(fù)荷特性和當(dāng)前負(fù)荷、實(shí)際申報(bào)需量、峰/谷時(shí)段等，智能優(yōu)化大功率設(shè)備的投切方案，從而達(dá)到較大負(fù)荷、削峰填谷的作用，獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益。

   （2）能效分析診斷:用戶通過能效管理云服務(wù)提供的能效分析診斷模塊,針對用戶變壓器平均負(fù) 載率、日平均功率、日負(fù)荷率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測與數(shù)據(jù)采集，并根據(jù)采樣結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和智能診斷, 為優(yōu)化運(yùn)行方式、優(yōu)化能耗配置，減少電能損耗提供支持。同時(shí),分析排查能源利用方面存在的問題和薄弱環(huán)節(jié)、挖掘節(jié)能潛力、尋找節(jié)能方向。

（3）智能優(yōu)化調(diào)度:該項(xiàng)服務(wù)根據(jù)用戶的生產(chǎn)特點(diǎn)、工藝特性和設(shè)備耗電曲線，智能計(jì)算生成*的生產(chǎn)排班和設(shè)備投切計(jì)劃,利用分時(shí)電價(jià)政策，在節(jié)約電費(fèi)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部的 “削峰填谷”。

    （4）遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控:實(shí)時(shí)監(jiān)測和顯示企業(yè)能 耗分布、流向信息。通過計(jì)算、處理診斷每個(gè)能耗監(jiān)測點(diǎn)的能耗效率和損耗情況。

    （5）曲線走勢報(bào)表:報(bào)表分析、統(tǒng)計(jì)，可以對不同能耗設(shè)備進(jìn)行橫向?qū)Ρ龋蛘咄愒O(shè)備按時(shí)間縱向?qū)Ρ龋答伣o企業(yè)管理者，了解企業(yè)的能源管理水平及用能狀況。

（6）故障告警信息:監(jiān)測能耗異常報(bào)警、專家分析預(yù)案處理。

1.3能效管理云平臺訪問應(yīng)用

　　由美國國家標(biāo)準(zhǔn)研究院(NIST)提出并被廣泛應(yīng)用的云架構(gòu)包含3個(gè)基本層次血：基礎(chǔ)設(shè)施層(Infrastructure Layer )、平臺層(Platform Layer) 和應(yīng)用層(Application Layer) ₀云平臺能效管理系統(tǒng)架構(gòu)層次圖如圖3所示。

在云平臺能效管理系統(tǒng)的云架構(gòu)層次中，每層的功能都以服務(wù)的形式提供出來，進(jìn)而出現(xiàn)了基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)(Infrastructure as a Service,laaS)、平臺服務(wù)(Platform as a Service, PaaS )和軟件服務(wù) (Software as a Service, SaaS )的概念。

laaS是將基本的基礎(chǔ)設(shè)施資源提供給用戶的 服務(wù)。用戶無需自行購買、維護(hù)硬件設(shè)備和相關(guān)系統(tǒng)軟件，就可以直接在基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)層上獲取自己需求的服務(wù)。

PaaS交付給用戶豐富的云中間件資源，包括應(yīng)用運(yùn)行時(shí)環(huán)境、共享服務(wù)以及自動化管理服 務(wù)等。

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

云平臺能效管理系統(tǒng)提供給用戶SaaS。采用這種服務(wù)交互模式無論是在商業(yè)上還是技術(shù)上都是一個(gè)巨大變革。在能效管理過程中，用戶不再需要關(guān)心硬件設(shè)備的搭建、軟件的安裝升級，以及后續(xù)的IT人員專職系統(tǒng)維護(hù)，更不需要預(yù)算成本，僅僅根據(jù)用戶的使用范圍和用戶權(quán)限進(jìn)行“按需付費(fèi)”。

1.4 能效管理云平臺優(yōu)勢

基于云平臺的能效管理系統(tǒng)與傳統(tǒng)能效管理相比，具有多方面特殊優(yōu)勢。

(1)有效管理性:能效管理系統(tǒng)包括對設(shè)備運(yùn)行狀況的監(jiān)控系統(tǒng)、降低系統(tǒng)故障率的維護(hù)系統(tǒng)。能效管理云系統(tǒng)提供給用戶可視化遠(yuǎn)程互動操作界面，根據(jù)系統(tǒng)檢測業(yè)務(wù)負(fù)載,有效增減資源進(jìn)行調(diào)度，同時(shí)也有效保證關(guān)鍵數(shù)據(jù)的安全等。

（2）負(fù)載可伸縮性:通過云平臺能效管理系統(tǒng)，并依據(jù)系統(tǒng)使用負(fù)載變化的能力，在負(fù)載變大或減小時(shí),利用網(wǎng)絡(luò)計(jì)算資源,釆用節(jié)能算法，實(shí)時(shí)進(jìn)行智能調(diào)整以適應(yīng)負(fù)載。

（3）可靠性:指一個(gè)組件或系統(tǒng)執(zhí)行其功能的能力，系統(tǒng)成功完成功能的概率是衡量系統(tǒng)可靠性的常用指標(biāo)。云平臺能效管理系統(tǒng)采集 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，均存在云端，保證數(shù)據(jù)讀寫的可靠就是保證系統(tǒng)的質(zhì)量,基于云平臺對能效系統(tǒng)可靠性的重要性不言而喻。

（4）安全性:對于云平臺應(yīng)用,可能有大量用戶會在統(tǒng)一時(shí)間訪問系統(tǒng),對每個(gè)用戶的數(shù)據(jù)安全性要求相當(dāng)髙，敏感的企業(yè)成本數(shù)據(jù)更是如此, 因此在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí),需嚴(yán)格將各企業(yè)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)隔離，從數(shù)據(jù)級和應(yīng)用級多個(gè)層面保證不同企業(yè)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)相互獨(dú)立、安全。

（5）多用戶有效性:傳統(tǒng)的軟件運(yùn)行和維護(hù)模式要求軟件被部署在用戶所購買或租用的硬件資源當(dāng)中，大多服務(wù)于特定的個(gè)人用戶或者企業(yè)用戶。在云計(jì)算環(huán)境中，更多的軟件以SaaS的方式發(fā)布出去，提供給更多的企業(yè)用戶共享使用，對用戶組進(jìn)行統(tǒng)一的管理與維護(hù)，節(jié)約用戶成本的同時(shí),實(shí)現(xiàn)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(tǒng)除了面向企業(yè)、樓宇等耗能用戶外，還面向?qū)ν庀到y(tǒng)(如區(qū)域能源管理調(diào)度中心或其他政府行政部門)，與外系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換c因此，本文介紹的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口來預(yù)留與外系統(tǒng)的通信途徑，從而實(shí)現(xiàn)跨用戶、跨區(qū)域數(shù)據(jù)共享,便于能源中心對資源進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整和優(yōu)化。

（7） 低成本性:企業(yè)管理和運(yùn)營軟件系統(tǒng)正逐漸伸展到企業(yè)業(yè)務(wù)和管理的各個(gè)角落，導(dǎo)致企業(yè)在軟件系統(tǒng)維護(hù)上的人力和物力成本日趨增多。隨著信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,企業(yè)日常運(yùn)營越來越依賴于軟件系統(tǒng)平臺。基于云平臺的能效管理系統(tǒng)可以有效降低企業(yè)能效管理成本。首先是能效管理軟件系統(tǒng)建設(shè)初期的投入大幅減少,不再需要進(jìn)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(yè)用戶來說，云平臺可以幫助實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的自動化管理，且無需單獨(dú)配置維護(hù)人員，直接減低了企業(yè)對系統(tǒng)的維護(hù)成本。

2  工程應(yīng)用分析

2.1工程概況

工程應(yīng)用案例以某電器生產(chǎn)基地基于云平臺能效管理系統(tǒng)為例。該基地云平臺能效管理系統(tǒng) 圖如圖4所示。

該生產(chǎn)基地分布式儲能系統(tǒng)、智能樓宇控制 系統(tǒng)、分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)、分布式風(fēng)電系統(tǒng)、智能電器及系統(tǒng)以及負(fù)荷監(jiān)控系統(tǒng),通過分布于基地內(nèi)的通信管理機(jī)來實(shí)現(xiàn)與基于云平臺的企業(yè)電能管理云服務(wù)的通信。基地內(nèi)不需建設(shè)覆蓋全廠區(qū)和配電房的通信專網(wǎng)，也不需架設(shè)本地服務(wù)器, 只要在互聯(lián)網(wǎng)區(qū)域登錄云平臺能效管理系統(tǒng)公共服務(wù)界面，并經(jīng)過系統(tǒng)用戶驗(yàn)證后即可應(yīng)用能效管理云服務(wù)提供的各項(xiàng)功能。

2.2 應(yīng)用分析

（1）需量控制:作為綜合性工業(yè)園區(qū),為對該生產(chǎn)基地能耗進(jìn)行統(tǒng)一管理和優(yōu)化,需通過能耗的度量模型、測量方法和分析優(yōu)化算法，針對不同時(shí)段選擇與實(shí)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(fèi)用。.

通過搭建云平臺能耗管理系統(tǒng)，采用云計(jì)算技術(shù)，統(tǒng)計(jì)用電負(fù)荷數(shù)據(jù)、釆取大數(shù)據(jù)分析進(jìn)行能 耗度量測量、模型方法和優(yōu)化算法的實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證。

（2）用電分析:通過云平臺能效管理系統(tǒng)，用戶無論何時(shí)何地即可通過Web訪問，并對數(shù)據(jù)庫內(nèi)一定時(shí)期的用電量數(shù)據(jù)分析，采用圖表形式查看各個(gè)車間或高能耗設(shè)備的用電情況，根據(jù)電價(jià)浮動自動合理調(diào)節(jié)負(fù)載的運(yùn)行模式，自動、合理調(diào)節(jié)負(fù)載，既可以降低用戶的用電費(fèi)用，也可以幫助 電網(wǎng)削峰填谷。

生產(chǎn)基地用電量對比曲線圖如圖5所示。

(3)多用戶遠(yuǎn)程監(jiān)控與用電預(yù)測：云平臺提供SaaS,實(shí)現(xiàn)多用戶異地實(shí)時(shí)監(jiān)控能耗及查看遠(yuǎn)程報(bào)警信息;通過能耗、趨勢分析發(fā)現(xiàn)用電不合理之處并提出改進(jìn)建議，提岀合理的大需量值，達(dá)到節(jié)能降耗、經(jīng)濟(jì)用電的目的。

(4)智能負(fù)荷優(yōu)化與削峰填谷:通過云平臺提供的大數(shù)據(jù)云計(jì)算技術(shù),采用算法對當(dāng)前系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)荷優(yōu)化。

以該基地A區(qū)二樓辦公區(qū)域夏季空調(diào)電能監(jiān)控負(fù)荷優(yōu)化為例,優(yōu)化前負(fù)荷曲線如圖6所示。 (夏季一周內(nèi)日平均數(shù)據(jù)值)

應(yīng)用基于云平臺能效管理系統(tǒng)，對負(fù)荷進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)分析、對當(dāng)前電力負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測與需量控制，實(shí)時(shí)優(yōu)化用電負(fù)荷，根據(jù)用電時(shí)段(電價(jià)時(shí)段階梯)自動調(diào)節(jié)當(dāng)前負(fù)載的運(yùn)行模式，既滿足降低用電成本，同時(shí)協(xié)助用戶進(jìn)行電網(wǎng)的“削峰 填谷”。基于云平臺能效管理系統(tǒng)優(yōu)化后的負(fù)荷曲線圖如圖7所示。

以峰時(shí)(8 ~11時(shí))3 h用電平均值250 kWh 為例,A區(qū)二樓即可節(jié)約電費(fèi)：(1.044 -0.513) (元/kWh) x250 kWh/d = 132 元/d。初步估算若 整個(gè)生產(chǎn)基地有10個(gè)類似空調(diào)區(qū)域，通過云平臺 能效管理系統(tǒng)做到低谷時(shí)段用電,則一年僅空調(diào) 用電(按6個(gè)月統(tǒng)計(jì))即可節(jié)約24萬元。

3 安科瑞能耗云平臺結(jié)構(gòu)

4 云平臺功能    

5 云平臺配置

6 結(jié)語

本文提出基于云平臺能效管理云服務(wù)模式,通過前文介紹和應(yīng)用案例,企業(yè)能夠有效地低成本，有效率地應(yīng)用負(fù)荷管理,遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，電能能效分析等，從而實(shí)現(xiàn)“削峰填谷”的社會效益和節(jié)電、節(jié)費(fèi)的經(jīng)濟(jì)效益。此外，基于云平臺能效管理云服務(wù)還可從以下幾個(gè)方面有效推動能效需求側(cè)管理，有助于實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

(1)基于云平臺能效管理系統(tǒng)，企事業(yè)單位用戶通過對高電耗用能設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控, 采集監(jiān)測設(shè)備數(shù)據(jù),為合作的專業(yè)節(jié)能設(shè)備公司 提供有價(jià)值的能耗數(shù)據(jù)，有助于這些設(shè)備企業(yè)采 取積極措施，研發(fā)并升級節(jié)能技術(shù),為進(jìn)一步降低設(shè)備能耗做準(zhǔn)備。

(2)基于云平臺電能能效管理云服務(wù)數(shù) 據(jù)中心可以匯總使用云服務(wù)的企事業(yè)單位用戶的用電數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，為政府相關(guān)部門提供宏觀層面的企業(yè)能效數(shù)據(jù)，進(jìn)一步掌握所轄范圍內(nèi)企事業(yè)單位節(jié)能減排執(zhí)行情況， 并有計(jì)劃化地改造或淘汰落后用電企業(yè)，為進(jìn)一步實(shí)施產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、淘汰落后產(chǎn)能提供數(shù)據(jù)支持。

【參考文獻(xiàn)】

[1]趙靜.我國工業(yè)終端能源消費(fèi)與合理用能淺析[J].能源技術(shù)經(jīng)濟(jì),2010,22(6)35-38.

[2]孫麗娜，馬海偉，基于云平臺的能效管理系統(tǒng)研究.電器與能效管理技術(shù)（2015NO.5）

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2019.11版