国家级开发区基于驻地网的集中式电力智能平台设计

2018-09-13钱杰

现代建筑电气 2018年8期

钱杰

(上海新兴技术开发区联合发展有限公司, 上海 200233)

0 引言

上海漕河泾新兴技术开发区是国务院批准设立的经济技术开发区、高新技术产业开发区和出口加工区,规划面积为14.28 km2。开发区汇聚中外高科技企业3 600多家,其中外商投资企业500多家,81家世界500强跨国公司在区内设立126家高科技企业。作为成熟的开发区,园区内同时包含办公、商业、酒店及其他公共配套等业态。各子园区均设置电力监控及能源管理系统,基于驻地网设置集中电力智能平台,可整合各子园区内配电系统的监控及能源管控,监控开发区各区域供电系统的运行情况,及时掌握和处理各种事故、报警事件,有助于保障开发区电力系统可靠、经济的运行;同时对开发区供电系统进行集中管理和调度、实时控制和数据采集、实时分析,确保能源系统平衡调整的科学性、及时性和合理性,从而提高能源利用水平,提升开发区的整体智能化管理水平。

1 驻地网实现数据互通

在分园区各物业管理处内设置若干接入机房,分园区通过千兆光纤汇总至汇聚机房,各分园区汇聚机房通过万兆光纤集中至核心机房,核心机房设置于开发区内电信公司数据大楼机房内。驻地网为各子园区电力监控及能源管理系统之间的数据互通提供稳定通道。

网络拓扑结构如图1所示。

三维网络模型如图2所示。

2 集中式电力智能平台的基层系统及主体搭建

2.1 平台基层系统

(1) 现场测控层。所有现场设备相对独立,按一次设备对应分布式布置,完成保护、控制、监测和通信,同时动态实时显示开关设备状态、运行参数、故障信息,经RS-485通信接入现场总线。

图1 网络拓扑结构

图2 三维网络模型

(2) 网络通信层。包括现场测控层与系统管理层进行数据交换的通信设备和通信线路。

(3) 系统管理层。监控主机采用高性能计算机,结合监控软件实现对系统的全面监控和管理功能,通过以太网与楼宇自控系统、消防控制系统等通信,数据上传共享。

2.2 平台大数据设计

HBase是一个分布式的、面向列的开源数据库,是一个高可靠性、高性能、可伸缩的分布式存储系统、利用HBase技术可在PC服务器上搭建大规模结构化存储集群。

2.3 数据库软件设计

配置管理等使用MySQL存储,时序数据使用InfluxDB存储。MySQL和InfluxDB均采用单主多备结构,防止因某台机器损坏而导致数据意外丢失。另外,程序在请求数据库时使用读写分离,读数据请求从库,写数据请求主库。单主多备结构如图3所示。

图3 单主多备结构

2.4 平台数据采集

服务器提供上报API。本地设备安装采集程序,将采集到的数据缓存到本地,并定期调用API上报到服务器,如果失败,则重试。这种方式可以应对因网络异常等原因导致的上报失败。

2.5 平台系统访问整体架构

采用前后端分离的浏览器/服务器(B/S)架构,使得在绝大多数有浏览器的终端设备上都可以使用该系统,而且前后端分离可以缩短响应时间。访问整体架构如图4所示。

2.6 平台界面设计

由主界面(上海漕河泾开发区总地图)分为各个区块作为数据导航,进入分级界面。分级界面可以选择年、月、日的分项数据动态展示。分园区能够分析分区的总数据,并进入各个园区的电力监控系统、能耗系统、楼宇系统等。平台界面如图5所示。

图4 访问整体架构

图5 平台界面

3 功能

3.1 降低电能成本

平台识别主要的耗电源,在内部进行成本分配,查清消耗模式,控制用电高峰,优化配电方案,避免罚款(功率因数、超过订购的电能),为开发区内企业提供分项的日、月、年用电量及计费报表,为成本核算提供可靠数据,并可实现数据共享。同时,可根据后台运行数据库优化配电方案,降低耗电和成本,提高效益。

3.2 控制电能质量

开发区内科技研发企业的自主实验室及生产型企业会使用大量变频、直流、机电一体化设备,而变频、直流设备的运行对电网影响最大,产生的谐波直接损坏机电一体化设备的使用寿命及可靠性。平台管理系统能对谐波分析、电压波动、电流扰动探测监控、负荷相间不平衡量测量等提供实时数据、图形,并且有针对性地加以改善,提高设备的使用寿命,对企业设备运行的稳定性提供有力保证。

3.3 保证供电连续性(即可靠性)

开发区内的企业用户可实现对用电设备的远程监控,高可靠性综合继电保护装置可更方便地对设备进行维护。预防性维护可以提前发现问题并解决,避免设备出现故障而引起的停机损失。若能及时诊断故障问题,从而缩短停机时间、本地及远程报警、故障定位、全面查看、总结列表、事件及报警记录、存储数据,极大地提高供电的连续性。

3.4 平台可拓展性

对于开发区内新增的园区,设置基层电力监控系统及能源管理系统后,可通过云系统接入集中式电力智能平台。

3.5 能源管理功能

(1) 能耗分析报告。能耗实时看板,给出能源实时消耗状况报告,可按多种条件查询检索并生成报告;能耗趋势分析,通过对能源历史数据的检索,给出能源消耗历史趋势;能耗对比分析,可按多种条件查询检索,对比多种能源消耗状况,并给出具体报告;能耗成本分析,根据能源使用量和相应时段价格,给出能源消耗的成本分析报告;能耗成本分摊,将能源使用成本分摊到各单位。

(2) 能源建模和需求预测。分析基于影响能源消耗的关联数据,如天气、时间、原材料、产量、设备利用率、生产班次等对能源消耗量产生影响的外在因素;建立关联能源模型,在能源消耗量和影响能源消耗的关联数据之间建立数学模型,并得出函数关系;基于能源模型的函数关系预测能源需求,输入影响能源消耗的关联数据,即可给出预测的能源消耗量;建立节能基准,对能源需求预测与节能改造后数据进行对比,确认节能效果。

(3) 能源平衡管理。包括如下3方面:能源平衡计算,基于能源的生产量和使用消耗量;能源平衡报表,基于能源平衡计算结果;能源平衡优化方案。

(4) 能源计划与实绩管理。设立能源使用计划,确立能源消耗指标(KPI);实绩与KPI跟踪;实绩与KPI对比;能源计划完成情况和实绩报表。

(5) 能源运行和调度管理。生产运行监控,监视生产运行中的能源使用实时状况;能源异常和事故处理,对于能源生产和使用的异常事件进行记录和管理,对于越线状况进行相关报警和事故处理管理,并给出应急预案处理建议;停开机管理:掌握设备停开机状况,以及管理设备运行和维护状况;调度日常管理,根据能源需求预测数据安排调度能源采购、生产和储运,或根据能源生产状况安排相应生产。

(6) 能源质量管理。能源介质质量与能源介质质量标准比对;建立能源质量统计分析报表;能源质量异常处理和跟踪。

(7) 能源环保和污染排放管理。将能源数据转化为温室气体GHG排放数据(CO2);温室气体排放报告,可按直接排放和间接排放给出报告;实施减排措施,比对排放指标进行减排措施;比对不同业务单元、区域、部门的温室气体排放;比对能源消耗排放与生产力水平、温度变化等,发现其间关系。