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摘要：發電廠作為電能轉化企業，既是電力的生產者，也是電力的需求側。電能監測平臺是應用物聯網技術和智能電網理念，結合現代電力需求側電能管理思想，為電力用戶構建的電能管理系統。文章介紹了寧夏京能寧東發電有限責任公司電能監測平臺的建設背景、平臺架構、能效管理模式及產品解決方案。
關鍵詞：電力需求側管理；電能監測平臺；輔機單耗；廠用電率
電力需求側管理(Power Demand Side Management，DSM)指在政府法規和政策支持下，采取有效的激勵和引導措施以及適宜的運作方式，通過電網企業、能源服務企業、電力用戶等共同協力，提高終端用電效率和改變用電方式，在滿足同樣用電功能的同時減少電力消耗和電力需求，為達到節約資源和保護環境，實現社會效益最優、各方受益、成本最低的能源服務所進行的管理活動。發電廠作為電能轉化企業，既是電力的生產者，也是電力的需求方;以2013年度為例，寧夏京能寧東發電有限責任公司(以下簡稱寧夏京能電廠)全年發電量為75.02億kWh，盡管廠用電率4.95%，但是耗電量仍高達3.69億kWh(相當于中型鋼廠的年耗電量規模)。
電能監測平臺作為電力需求側管理推進的一個重要元素，尤其在耗能工質主要為電的企業，它的應用無可替代，其主要應用物聯網技術和智能電網理念，結合現代電力需求側管理思想，構建的電力ERP系統，是“兩化融合”的典型產物。
寧夏京能電廠電能監測平臺一方面實現與自治區電能監測平臺的對接，實現為政府在區域的能源優化，節能調度等方面提供實時監測數據，作為宏觀層面的決策支撐;同時廠級平臺根據現場實際情況，實現企業級需求，將廠用電率能效管理的理念融入其中，開發了廠用電率分析系統、輔機設備單耗分析系統及電能平衡分析系統，實現廠用電精細化管理，降低廠用電率。
一、國內外電力需求側管理的應用現狀
電力需求側管理的提出是與電力產業的技術特征精密相連的。1981年美國學者C.W.Gellings第一次提出DSM的思想，它改變了傳統規劃中單純以供應滿足需求的思路，將需求側節約的電力和電量也作為一種資源，供方與需求方兩種資源綜合比較，按最小費用的原則尋求最優方案，使其產生最大的社會效益及經濟效益。目前DSM已成為國際上先進的能源管理活動和發達國家可持續發展的重要手段，在法國、德國、韓國、美國、加拿大、意大利等30個國家和地區取得了成功實施，并越來越受到關注。國際能源署(IEA)2004年報告顯示，發達國家自石油危機以來，通過實施DSM等多項措施，使單位GDP能耗降低了約50%。如2000年美國人均一次能源消費量與1973年幾乎相等，但人均GDP卻增長了74%，節電537億kWh，減少高峰負荷2200萬kW。法國通過引用電力負荷監控等DSM措施，日負荷率有73%提高到85%左右，相應的減少發電容量1900萬kW。
我國在上世紀90年代末開展電力需求側管理,目前江蘇、寧夏、河北建立了省級平臺，以電力需求側管理開展較早的江蘇為例，電力需求側管理平臺已覆蓋全省 18萬家企業、可控負荷4000多萬kW。根據江蘇省電力公司對其開展的能效電廠項目統計，2011-2013年完成43.8億kWh節約電量，取得顯著節電效果。
二、電廠電能監測平臺結構設計
平臺由三個部分組成：一是數據采集單元;二是數據存儲處理單元，是系統的核心部分;三是數據發布單元。
數據采集單元由分布在客戶配網中的數據采集裝置組成，采集到的用能數據經過傳輸，轉換，存儲到數據存儲處理單元。采集單元由SIS系統數據集成及電能質量監測系統兩部分級成。SIS系統數據集成是通過SIS系統采集發電量、廠用電量、煤耗、鍋爐效率等指標數據。電能質量監測系統通過電能質量監測儀表采集主要用電設備及供電線路的電能質量數據。
數據存儲處理單元是系統的核心，基于高速實時數據庫技術，數據存儲模塊負責存儲各類客戶數據和系統數據以及數據處理結果。數據處理模塊負責數據處理模塊是在采集的海量基礎數據之上，滿足需求側管理功能進行的數據計算，加工等二次處理，如基本報警，同比，環比，峰谷平值，不平衡度等。數據處理實時進行，一旦檢測到數據超過預置條件，立即觸發報警。數據處理模塊提供的報表可按照用戶的自定義條件定時生成。
主要工作內容及程序如下：
數據發布單元是整個系統與用戶的人機交互界面，是系統功能的最終體現。數據發布單元嚴格基于B/S架構，用戶無需安裝任何軟件，包括瀏覽器插件，即可通過瀏覽器管理電能管理信息，同時系統支持智能手機，平板電腦訪問。數據發布單元有嚴格的授權系統，任何未經授權的訪問將被拒絕。
三、平臺功能設計
1、與省/區級平臺對接的功能設計：電能監測平臺不僅需要實現電廠自身廠用電的管理，同時實現政府在區域用電綜合管理，節能調度的作用。平臺設計數據篩選、加密、上報系統，原始數據直接采集到廠級電能管理平臺，廠級電能管理平臺對數據處理后，將政府監管所需要的數據按照自治區電能監測平臺數據格式要求打包，開發對接功能模塊，將數據上傳。
2、電能監測基本功能設計：平臺基本功能包括電力監測、電能質量監測和廠用電量監測。電力監測功能實時統計監測廠用電系統的電力數據，主要用電設備(包括關鍵用電設備)的電力數據，數據類型包括電流、電壓、頻率、有功功率、無功功率等，并以圖表及實時運行圖等可視化方式呈現。電能質量監測功能實時統計監測廠用電6kV段的電能質量數據，數據類型包括諧波畸變率，三相不平衡度等。電量監測功能實現日、月、年各設備及廠用的系統峰谷平時電量的統計對比。
3、性能計算及預警功能設計：此項功能是電力需求側管理在電廠引用的重點內容，通過用電數據和廠用電煤耗、水耗等其他能源數據的集成，建設廠用電平衡模塊，輔機耗能分析模塊和耗電率分析模塊。
四、項目實施主要注意的幾點問題
1、系統運行安全問題：電廠內的DSC系統是專門為工業環境而設計的監控裝置，由于它直接與現場的I/O設備相連，外來系統很容易通過電源或接口對其產生信號干擾，同時電廠大量的電氣設備構成復雜的電磁環境，所以電廠的電能監測系統的抗干擾處理非常重要。抗干擾處理要實現電能監測系統不受其他系統的干擾，更不能對電廠的其它信息化系統和設備產生干擾。電能監測終端采集裝置選用國外先進的電能質量監測儀，出廠經過嚴格的電磁干擾測試，同時此監測儀在國內的各大電廠、電網公司均有使用，抗干擾能力能夠達到電廠使用要求。電能監測平臺服務器安置在電廠專用的電子間，服務器安裝屏使用防干擾屏蔽式設計。數據傳輸全部采用有線傳輸方式，通訊前置機與平臺服務器采用光纖進行數據傳輸。
2、數據傳輸方式選擇：廠級電能監測系統在數據傳輸中需要經過多次隔離，保證數據傳輸的安全性，但經過多次隔離會影響數據的實時性。經過多次研究，最終選定數據通過SIS系統數據出口與平臺服務器進行對接采集，所需的相關數據通過SIS系統進行采集補全。廠級電能監測系統的數據發布需先經過數據打包、加密，再經過電廠統一的防火墻系統，然后上傳到自治區電能監測平臺。
3、實時數據分析：電廠的廠用電系統平衡計算涉及全廠的用電設備基礎數據采集，能耗分析不僅涉及到設備的用電數據，同時需要整合電廠的煤耗、水量、氧量、熱量等數據。數據信息量大，運行公式復雜，數據報表準確度、實時性要求高。電能監測平臺對廠用電率、鍋爐效率、熱耗率進行分類設備數據關聯，在平臺架構設計之初，就要考慮到大數據的實時性，研發數據存儲與轉發引擎和內存實時數據庫技術，減少了數據庫的運行壓力，提高了數據的實時性，數據刷新周期可達到5s以內。
4、與SIS接口開發：SIS系統對外傳輸接口為非標準化私有協議，無法通過現有的標準協議驅動配置采集，這在數據采集中是一個難點，現有的標準的OPC,MODBUS通用協議轉化網關也沒有相應協議選項，為此定制開發了SIS系統接口數據采集驅動，實時采集測點數據。
5、大數據下的數據檢索問題：由于經常長期運營后，數據庫數據龐大，在后期報表生成過程中，如果檢索方式不得當，很容易造成系統運行緩慢甚至停機，為了解決這一問題，寧夏京能電廠電能監測平臺數據庫采取了集群數據庫理念，將定期歸檔按時間戳分解數據庫，后期當使用歷史數據庫時同樣按時間戳檢索，這樣提高了檢索效率，降低了系統壓力。
五、平臺創新性
1、將能效管理思想融入到電能監測平臺。傳統的電能監測平臺主要功能在于對電力用戶情況的全面采集和監測，電廠的信息化水平走在工業行業的前面，廠內已建成的信息系統包括SIS、ECS、DCS均實現對各類能耗的全面監測功能。電能監測平臺融入了能效管理的思想，建設廠用電平衡模塊，輔機耗能分析模塊和耗電率分析模塊。廠用電系統平衡是電廠一直重點關注的項目，以前需要人工進行數據統計、匯總，數據的實時性差、誤差大，且現場工作量大，電能監測平臺開發專門的平衡分析軟件，自動整合數據，實時顯示廠用電系統平衡圖，提高了數據準確度，減輕了現場的工作量。輔機耗能分析是電廠控制廠用電率的重要手段，每月均需要現場進行數據統計處理，在發送給各個負責人，電能監測平臺根據設定的周期進行數據的同比、環比。
2、預警功能與專家分析系統結合。電能監測平臺將線上設備預警功能與線下專家分析團隊相結合，形成獨特的專家分析系統。平臺對廠用電系統可能出現的異常報警事先分析錄入，當用電設備出現異常報警，系統自動提示報警并提示預先錄入的原因及可能引起的異常，供現場進行排查，當現場排場與提示信息不吻合，立即啟動線下專家分析，通過分析找出原因并錄入系統，實現系統的自學習，為下次預警提供信息提示。
六、成果推廣
寧東發電電能監測平臺，實現了全廠電能數據監測、廠用電6kV進線電能質量監測，四級能源管理體系建設、設備單耗分析、廠用電平衡分析、電能異常報警、報表自動生成的數字化、可視化，實現了發電廠廠用電管理的專業化、標準化、精細化。同時將數據上報到自治區電力服務網平臺。寧東電廠電能監測平臺作為全國首家實施電力需求側管理項目的發電企業，建設電廠首套標準化的電能監測平臺，實現了對電廠廠用電系統的精細化管理，也對政府主管部門對電力企業集中，統一信息化管理起到了示范作用，即滿足了發電企業的在電力需求側管理的個性化應用，又滿足了政府的監管需求，得到主管部門的認可和好評。在寧東電廠的成功經驗將逐步推廣到自治區其它電廠，同時將監測目標擴展至水，煤等耗能工質，應用前景廣闊，下一步推廣可以分三階段進行：
第一階段：電能監測平臺推廣至自治區其它電廠。按照自治區政府在電力需求側管理工作中的鼓勵優惠政策，發電企業自身對用電精細化管理，節約發電能耗也有迫切的需求，寧東電廠在電能監測平臺已經有成功的經驗，本系統在應用過程中根據廠里的實際情況也得到了不斷的改進，在這幾方面的契合下，第一階段將把電能監測平臺推廣到自治區的其它電廠，為第二階段積累大數據分析做準備。
第二階段：各電廠積累監測數據到一定階段后，對各電廠在統一平臺上進行大數據的分析。在多家電廠建立電能監測平臺后，數據集中報送至自治區電力服務平臺，這樣各家電廠電力數據都匯集在一個統一平臺上，為進行大數據分析創造了條件。目前各家電廠雖都有和電力相關的信息化系統，如廠級實時監控信息系統(SIS)，分布式控制系統(DCS),電氣控制系統(ECS)，各系統都與廠用電有關，但又不側重于廠用電，并且各平臺是單獨系統，數據雖然經過多年積累，但數據可用性，利用率不大，難以在統一平臺上進行大數據分析。在統一平臺上，數據格式統一，可以對各家電廠進行對比分析，經過半年到一年的數據積累，初步具備大數據分析的數據基礎，通過挖掘分析，政府在監管層面對各家電廠做出指導，提出改進意見，電廠根據反饋的專業意見并結合自已的實際情況，組織專家會診，確定解決方案，最終實現節能減排目標。
第三階段：將電力監測應用經驗推廣到用水，用煤等能源，建立企業級能源管理中心。
火電企業作為高耗能企業，在電能監測平臺應用方面有其固有的特殊性，作為企業能耗管理的“CT機”，如果應用得當，將大大提升電廠的精細化管理水平，為企業進一步節能減排工作提供有力保障，其經濟效益和社會效益都將非常顯著，希望通過寧夏京能電廠的電力需求側管理試點工作經驗，對國內其它發電企業的下一步節能工作有所借鑒。
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（北極星電力網）