节能、降耗、增效、清洁
企业用能管理系统技术解决方案
国电南瑞（北京）控制系统有限公司
2013年6月
目录
一、概述 (5)
1、引言 (5)
2、项目简述 (6)
二、系统价值 (7)
三、系统架构 (9)
1、总体架构 (9)
2、技术路线 (10)
四、系统功能 (11)
1、用能效率分析决策子系统 (11)
（1）企业能耗分析 (12)
（2）节能情况分析 (12)
（3）企业电能质量分析评估与治理决策 (12)
（4）能源消耗统计台账管理 (12)
（5）能源成本分析和账单管理 (13)
2、用能管理支撑平台子系统 (13)
（1）安全控制及权限管理 (13)
（2）WEB图形化展示工具 (14)
（3）报表服务 (15)
（4）服务总线 (15)
3、用能数据实时监测子系统 (16)
五、系统建设要求 (17)
1、系统配置 (17)
（1）软件运行环境 (17)
（2）硬件运行环境 (18)
2、系统性能 (19)
（1）数据容量 (19)
（2）测量值指标 (19)
（3）系统实时响应指标 (19)
（4）负荷率指标 (20)
（5）可靠性指标 (20)
3、iPQ331电能监测仪 (20)
（1）主要特性 (21)
（2）设备指标 (21)
4、iPQ311系列电能质量在线监测装置 (22)
（1）主要特性 (22)
（2）设备指标 (23)
5、iPQ35x系列低压无功补偿设备 (24)
（1）性能特点 (24)
（2）设备指标 (25)
6、iPQ36x系列低压有源滤波补偿设备 (25)
（1）性能特点 (25)
（2）设备指标 (26)
?装置平均无故障时间（MTBF）：35000h。26
一、概述
1、引言
我国经济在持续高速增长的同时也伴随着能源紧张和环境恶化的巨大压力，节约能源已经作为我国建立节约型社会的基本国策。对于“十一五”规划中单位GDP能耗节能减排20%的任务，企业不应该把它仅仅作为约束性指标，而是应该把节能减排融入到长远发展的战略中去，这对企业的发展无疑具有巨大的促进作用。面对这一挑战的最有效、经济的办法是在高能耗企业建设用能监测、管理和控制系统，通过技术创新提高能源使用效率，帮助企业实现节能增效、清洁生产的目标。这也是产业结构优化调整到一定程度，企业管理水平也提升到一定水平，共同作用的结果。
据国外统计资料：工业企业每年10%以上能源损耗源于没有能源监测及维护计划，每年12%的能源损耗源于没有用能管理系统。欧美发达国家先进企业除了生产过程中广泛采用计算机监测、控制系统（DCS，SCADA）外，能源数据的在线监测、分析和优化系统占有重要的位置。通过现代计算机技术、网络通信技术和分布式控制技术，建立完善的能耗监测、管理体系，实现能源消耗动态过程的信息化、可视化、可控化，对企业生产过程中能源消耗的结构、过程及要素进行管理、控制和优化，提高能源使用效率。
当前，国内部分企业对能源管理工作不规范，方法不科学，缺少完善
的能源信息管理工具，影响了企业的能源决策，以至企业节能潜力没有得到充分挖掘。主要表现在：表计配置不全、真实性差；能源消耗数据缺乏可靠性、连续性；没有统一的能源统计方法，基础统计信息不能准确与全面统计，算法不够完全合理与完善，能源数据汇总体系不完善，缺乏必要的工具和系统平台；缺乏能源数据的汇总分析，没有积累起可用于分析和查询的能源数据库。作为节能主体，企业应该主动采用先进节能管理方法与技术，实施能源利用全过程管理，注重节能文化建设的长效节能管理机制，做到节能工作持续改进、节能管理持续优化、能源利用效率持续提高。
2、项目简述
企业用能管理系统简单的说就是把生产企业的能源消耗如：水、气（汽）、风，特别是电能的使用过程数据进行在线监测、实时记录、分析评估和科学治理的一体化计算机信息管理系统。该系统能够实时监控企业各种能源的详细使用情况，为节能降耗提供直观科学的依据，为企业查找能耗弱点，促进企业管理水平的进一步提高及运营成本的进一步降低，促使能源使用合理，控制浪费，达到节能减排、节能降耗、再创效益的目的。通过数据分析，可以帮助企业对每条生产线、每个工作班组以及主要耗能设备进行实时考核，杜绝浪费，并可以帮助企业进一步优化工艺流程，以降低单位能耗成本，提高企业综合竞争力。
实施企业能源利用的全过程管理，注重节能文化建设的长效节能管理机制，做到节能工作持续改进、节能管理持续优化、能源利用效率持续提
高。
（1）掌握企业耗能状况：能源消耗的数量与构成、分布与流向；
（2）了解企业用能水平：能量利用损失情况、设备效率、能源利用率、综合能耗；
（3）找出企业费能问题：管理、设备、工艺操作中的能源浪费问题；
（4）查清企业节能潜力：余能回收的数量、品种、参数、性质；
（5）核算企业节能效果：技术改进、设备更新、工艺改革等的经济效益、节能量；
（6）明确企业节能方向：工艺节能改造、产品节能改造、制定技改方案、措施等。
二、系统价值
企业用能管理系统以客观数据为依据，为冶金、化工、热力、电厂等能源消耗企业寻找实施节能降耗最可行的方法。建立企业用能管理系统的基本目的就是为企业提供一个成熟的、有效的、使用方便的用能系统整体管控解决方案，提供一套先进的、可靠的、安全的能源系统运行、操作和管理平台，实现企业生产的安全稳定、经济平衡、优质环保、监督考核的基本目标。通过建设用能管理系统，将整个企业作为一个考量能源效率的对象，整体推进节能工作，应用能源计量信息管控技术和综合节能技术，实现能源消耗的可视化、能源考核指标的精确化、能源需求预测的科学化和节能降耗的持续化。
（1）完善了能源信息的采集、存储、管理和利用，使企业的能源管理水平适应企业的战略发展需要。通过用能管理系统建设，使企业便于获得第一手运行工艺数据，实时掌握系统运行情况、及时采取调度措施，使系统尽可能运行在最佳状态，并将事故的影响降到最低。在企业能源管理部门的指导下，对能源系统采用分散控制和集中管理。针对能源工艺系统的分散和能源管理要求集中的特点, 建立能源管理系统可以满足能源
工艺系统特点的分散控制和集中管理, 使企业的能源管理水平适应企业
的战略发展需要。
（2）减少能源管理环节，优化能源管理流程，建立客观能源消耗评价体系。能源管理系统的建设，可实现在信息分析基础上的能源监控和能源管理的流程优化再造，实现能源设备管理、运行管理，有效实施客观的以数据为依据的能源消耗评价体系，计效考核，减少能源管理的成本，提高能源管理的效率，及时了解真实的能耗情况和提出节能降耗的技术和管理措施，向能源管理要效益。
（3）减少能源系统运行管理成本，提高劳动生产率。大型企业的能源系统规模较大，结构复杂。传统的现场管理、运行值班和检修及其管理的工作量大，成本高。企业用能管理系统的建设，将为企业的管理体制改革中发挥重要示范作用。中小企业虽然测量点稍少一些，能源管理将更加直观有效。系统的最终目标可以实现远程抄表统一监控，简化能源运行管理，减少日常管理的人力投入，节约人力资源成本，提高劳动生产率（4）加快能源系统的故障和异常处理，提高对企业性能源事故
的反应能力。能源调度可以通过系统迅速从全局的角度了解系统的运行状况，发现故障点，以便及时采取措施，降低损失。这在用能管理系统非常情况下特别有效。通过优化能源调度和平衡指挥系统，节约能源和改善环境。用能管理系统的建成，将通过优化能源管理的方式和方法，改进能源平衡的技术手段，实时了解企业的能源需求和消耗的状况，使能源的合理利用达到一个新的水平。为进一步对能源数据进行挖掘、分析、加工和处理提供条件数据是财富，数据可以成为信息，它将为企业的高端用能管理提供现实的可能性。从上面可以看到，建设用能管理系统对提高能源系统运行和管理的水平，减少能源消耗，提高供能质量，强化和完善能源考核和评价体系，提高劳动生产率，改善环境质量，从而提高企业产品的市场竞争力，都具有良好的作用和效果。
三、系统架构
1、总体架构
企业用能管理系统由设备传感层、采集监测层、服务平台层、分析决策层四个层次组成。设备传感层主要由监测生产企业能源消耗的各种仪器仪表、监测装置和治理调节控制设备等组成，采集企业的能源信息，并根据监测分析情况对企业能源进行优化调节，达到节能降耗的效果。采集监测层是采集监控设备传感层各种仪表、装置设备数据信息的数据交互中心，实现了数据的采集、存储和下行控制信息的发送。支撑平台层是实现用能数据分析、计算和归纳整理的处理中心，包括系统的权限管理及安全控制、
基础参数管理、图形工具、报表服务、设备信息台账、数据存储、分析技术和决策规则管理的控制中心，是分析决策的支撑平台。分析决策层是系统的展现应用中心，企业用户可以通过浏览器利用分析决策层进行用能管
各种企业用能监测仪表、装置及治理设备
2、技术路线
系统基于J2EE架构，实现跨平台、跨数据库支持，按面向对象的模块
化方式设计，充分运用Spring、Hibernate、XML、WEB SERVICE、FLEX、BlazeDS、事务处理等成熟技术实现平台的功能。图形展现使用FLEX技术，使得系统软件的页面更具表现力。详细技术路线如图所示：
技术路线图
四、系统功能
企业用能管理系统包括三大子系统：用能效率分析决策子系统，用能管理支撑平台子系统和用能数据实时监控子系统。
1、用能效率分析决策子系统
系统根据企业用能情况，提供了企业能耗分析、节能情况分析、企业电能质量分析评估与治理决策、能源消耗统计台账管理、能源成本分析和台账管理等能效分析决策功能。
（1）企业能耗分析
能耗分析是根据企业生产的能源计量的实时数据信息对现场各子单位的能源使用和消耗情况进行分析,并提供各种分析图表，包括：各种能耗折标，单位产值综合能耗，产品单位产量综合能耗，产品单位产量可比综合能耗等。
（2）节能情况分析
系统参照国际节能效果测验和验证规程(IPMVP)，可实时跟踪分析节能行动的效果和完成情况；企业用户可以在线分析和统计本企业历年能源消耗情况和同期对比节能情况。
（3）企业电能质量分析评估与治理决策
系统在线监测电能质量和谐波分量，通过谐波分量图和趋势图，使用户及时了解真实用电环境，主动避免谐波危害和电能质量问题的发生，降低供电系统谐波和无功损耗。系统利用先进的IT技术进行电能质量数据的整理归纳、统计分析和综合评估，将电能质量实时监测、分析决策与综合治理作为一个系统工程，把分析软件、监测装置和治理设备有机结合在一起，实现实时监测精确化、分析决策智能化、综合治理科学化。
（4）能源消耗统计台账管理
系统提供能源消耗台帐管理功能，能按照各监测点或生产设备的台
帐，对各单元的能源消耗情况进行统计分析；系统提供各种丰富的管理报告包括各类日报、旬报、周报、月报、季报、根据生产区域以及动力介质类型形成定制化报告；系统提供基于时间的图形化数据查询报表，报告项目可以根据不同的介质进行；系统提供传统的综合性数据报表，此报表的格式将可以通过配置完成，用户可以根据需要调整内容和位置。
（5）能源成本分析和账单管理
系统可以通过企业的财务或ERP系统获取实时能源价格及费率信息；根据能源使用量计算能源成本；进行分摊，以获取单位产品、各分支单元的能源成本信息；企业内部横向/纵向比对能源费用。在系统中可录入所有能源数值(电力, 煤气, 蒸汽, 水等), 结合费率生成关联业务的财务帐单，使成本可考核与监管。
2、用能管理支撑平台子系统
用能管理支撑平台子系统是实现用能数据分析、计算和归纳整理的处理中心，包括系统的权限管理及安全控制、图形工具、基础参数管理、设备信息台账、数据存储、分析技术和决策计算管理、报表服务等功能。
（1）安全控制及权限管理
安全控制及权限管理模块是软件平台的核心基础模块之一，主要从安全的角度提供对各业务系统资源访问权限的通用授权管理机制并提供集中的功能展示，根据软件平台设置的安全规则及安全策略，用户可以访问而
且只能访问被授权的系统资源。功能业务应用通过与安全控制模块集成可以实现身份鉴别、页面访问安全控制，公共方式提供权限相关数据查询选择也可以通过API 方式提供权限相关数据查询。
安全控制功能模块主要包括：【组织机构管理】、【角色管理】、【用户组管理】、【用户管理】、【资源管理】、【安全策略】、【安全日志】、【IP黑名单】等。
（2）WEB图形化展示工具
图形展示模块是服务平台的核心基础模块之一，主要利用面向对象等方法构建模块化组件库、页面设计器、图元编辑器、图形编辑器、数据库浏览器，为图形界面的快速生成提供必要的工具。信息界面快速生成工具在模块化组件库的基础上构建独立的信息界面快速生成工具；图元、图形编辑工具，实现各类业务场景中复杂图形的开发和展现功能，并提供第三方集成图形接口；数据库浏览器，实现对多种类型的数据库信息浏览和维
护功能；提供Rest服务请求、WebSocket、BlazeDS等多种前后台通信机制，实现图形展示数据的加载和更新功能。
（3）报表服务
报表模块为业务应用中的报表应用提供设计和运行支持。报表模块由报表编辑器、报表客户端和报表服务组成。用户在报表编辑器中设计报表后，可发布到报表服务器上，由报表客户端来运行报表，报表服务器为报表提供运行环境，利用平台的集成设施访问数据，并且可通过报表统计服务进行数据运算。报表服务同时提供监控管理功能。
（4）服务总线
服务总线提供了一种服务提供方和使用方之间的快速信息交互机制，支持服务的注册、发布、请求、订阅、确认、响应等功能，以及服务代理和服务管理功能，满足服务功能在系统范围内的使用和共享。服务总线的设计依据JBI规范，在ServiceMix的基础上进行二次开发。JBI（Java Business Integration，Java业务集成）是一个用于Java应用组件进行集成的规范，其本质目的在于创建一个用于各种组件服务集成的运行环境。JBI规范及API描述了构建基于插件、基于服务设计的企业级服务总线系统的平台。而ServiceMix是一个基于SOA架构和事件驱动的企业服务总线（ESB），其完全实现了JBI 标准并开放源码；它是轻量的JBI容器，可以作为独立的ESB提供者，也可以作为另外ESB的服务组件。
3、用能数据实时监测子系统
企业用能数据实时监测子系统是用能管理系统的基础，是用户配电网络与用电设备电能运行数据的源泉，也是用能管理可视化的基础。子系统通过多种通信方式，收集分布在客户配网中的电能数据，企业电能质量数据，生产设备用能数据，企业水、气、风、温度和湿度等环境数据，利用标准的通信协议，把电能监测仪、电能质量监测装置及各种监测仪器仪表的数据，以通信服务器、以太网、RS-485通信网络、GPRS通信网络等通信手段，将企业用能数据实时传送到用能管理服务平台，实现数据的存储、分析和展现。
企业用能数据实时监测子系统实现各种用能表计、装置、仪器数据的采集、采集任务调度、通信信道管理及响应其他系统的数据交互请求。数据采集服务采用分布式多层技术，分成通信前置机组、采集前置机组；根据采集功能分层，针对各层采用不同设计思路，通信前置机软件设计优化并发连接处理机制，并通过硬件负载均衡技术实现线性扩展通信前置机的通信处理能力。通信前置机组和采集前置机组之间相互独立，都支持以集群形式部署，并能根据系统的现状及未来发展的趋势，分别进行线性扩展，满足数据采集服务的高可靠性、高冗余性和扩展性要求。
数据采集采用面向服务插件的框架，框架基于OSGi模块化思想，采用插件体系结构，以满足增量式软件开发的需求。采集系统的模型采用分层模式思想，将通讯层、规约处理、数据处理、日志处理等模块逻辑上进行分离，服务注册管理层为服务请求实体层提供统一的服务注册、路由以
及消息传递机制，以解决运行时刻服务动态部署、开发过程模块标准化、降低服务耦合性等问题。数据采集服务对一些重要的档案参数需要频繁读取，为了减少数据库的I/O操作，将部分参数预先加载到缓存，通过封装接口实现对缓存的操作。分布式缓存也可以作为数据采集服务内部的集群基础架构，通过其提供的通信机制实现集群。在数据采集服务中数据的采集都需要有采集服务器进行发起，因此采集任务的调度、执行非常重要，本模块主要采用Ketama Hash算法，以虚拟节点的思想，解决分配不均的分布式问题。数据采集服务中重要的功能之一就是对规约进行封装处理，通过设计一套编码规则采用JSON的方式对规约进行编码，将规约对应到XML文件中，实现规约的插件化和配置开发。
五、系统建设要求
系统基于J2EE架构，采用组件化设计思想，根据各种主流操作系统的优点及特点进行综合利用，支持开放式、可移植的系统结构，支持跨平台部署与使用，具有良好的可扩展性，能支持系统扩充和硬件升级。
1、系统配置
（1）软件运行环境
系统的软件运行环境包括：操作系统、JDK、应用服务器软件、数据库软件、浏览器。
（1）操作系统：系统各类硬件服务器均应选用主流的UNIX、Linux、
Windows等操作系统及其适用版本。
（2）JAVA运行环境：JDK5及以上版本
（3）JAVA应用服务器：Weblogic 10及以上版本，T omcat6及以上版本等
（4）数据库：ORACLE 10g，国产数据库，MySQL，SQL Server等（5）浏览器：各种主流的WEB浏览器，如IE8以上、Firefox等
（2）硬件运行环境
系统对硬件资源的需求，如下表所示：
2、系统性能
（1）数据容量
系统的历史数据存储设计为三年，具体由需保存的历史数据量及数据库服务器磁盘空间的大小决定。
（2）测量值指标
·测量值的系统综合误差≤0.5%；
·越死区传送整定最小值>0.5%额定值；
·状态量处理正确率：99.9%；
（3）系统实时响应指标
·页面调用响应时间：实时画面≤5s；
·页面查询统计时间：≤15s；
·控制及调节命令传送时间≤3s；
·定时报表打印周期：按需整定。
（4）负荷率指标
正常状态下
·在任意30分钟内，服务器CPU 的平均负荷率≤15%；
·在任意30分钟内，工作站CPU 的平均负荷率≤30%；
·在任意30分钟内，局域网的平均负荷率≤15%。
事故状态下
·在任意30秒内，服务器CPU的平均负荷率≤30%；
·在任意30秒内，工作站CPU的平均负荷率≤60%；
·在任意30秒内，局域网的平均负荷率≤30%。
（5）可靠性指标
·双机热备用，保证实时任务不中断；
·系统使用寿命>10年；
·系统可用率≥99.99%；
·平均无故障时间：MTBF >25000 小时。
3、iPQ331电能监测仪
iPQ331是一个多功能的电力监控仪表，集温度等多种采集、统计存储功能于一身，具备强大的数据收集与统计能力，配置了大容量的存储卡，可以保存大量数据，如每隔一小时冻结一次所有实时测量值及相应电度，统计每日实时测量最大/最小值及日均值，统计日电度、月电度，统计每日各种越限信息及次数，保证掉电不丢失数据。