馬 萬 里

[上海電器科學(xué)研究所(集團(tuán))有限公司, 上海 200063]

0 引 言

電能作為絕大多數(shù)企業(yè)對主要能源形式,安全供電對于企業(yè)來說是至關(guān)重要的,特別是隨著企業(yè)智能化水平的越來越高,用電設(shè)備也越來越多,安全供電關(guān)系到企業(yè)是否能夠正常進(jìn)行生產(chǎn)經(jīng)營工作。配電中心是企業(yè)統(tǒng)一的用電管理設(shè)施,由眾多的電力設(shè)備通過一定的邏輯關(guān)系連接在一起組成了一個配用電管理系統(tǒng),配電中心中電力設(shè)備的安全穩(wěn)定運行是保障企業(yè)安全用電的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的配電中心一般會常駐電工,通過人工管理的方式來保證配電中心的正常運行,但這種方式一般會受限于人員的專業(yè)水平,以及管理水平,往往不能達(dá)到用電安全的要求,特別是對于安全用電比較高的企業(yè),這種方式潛在風(fēng)險還是比較高的。

采用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)對配電中心配用電設(shè)備、環(huán)境傳感、視頻等數(shù)據(jù)實時采集,結(jié)合配電中心運維的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[1-3]對配電相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控,及時發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)并通過短信、電話、推送等方式進(jìn)行報警,提醒運維人員及時解決問題。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合運維管理的最佳實踐方法論,優(yōu)化企業(yè)運維資源管理,提供運維效率。與此同時通過電能的智能管理,為企業(yè)提供用能分析、用能優(yōu)化等智能能源管理。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)采用主流的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)設(shè)計,主要分為:SAAS應(yīng)用服務(wù)層、PAAS平臺工具服務(wù)、IAAS 基礎(chǔ)硬件設(shè)施、傳感器設(shè)備層。

SAAS應(yīng)用服務(wù)層提供完成的配電中心智能運維應(yīng)用服務(wù),如資產(chǎn)管理、運維管理、健康管理、能效管理等,所有應(yīng)用都可在PC端通過Web瀏覽器訪問,也可以通過移動APP進(jìn)行訪問。

PASS層提供眾多的通用工具,并通過微服務(wù)的方式提供相關(guān)接口,通用工具主要包括:在線組態(tài)工具、低代碼開發(fā)工具、機(jī)理模型工具、運維引擎組件等。同時這PAAS層提供平臺完整的RestAPI接口,方便與第三方平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)對接,及二次開發(fā)。

IAAS層租用阿里云云服務(wù)器,并采用容器技術(shù)搭建高可用性的應(yīng)用服務(wù)器集群、高可靠性數(shù)據(jù)庫以及消息庫,OSS對象等中間件組件。

傳感器設(shè)備層主要是通過高性能邊緣計算網(wǎng)關(guān)及環(huán)境傳感器接入現(xiàn)場配電設(shè)備。邊緣計算網(wǎng)關(guān)通過配用電設(shè)備廣泛使用的Modbus、DL645協(xié)議連接設(shè)備,對上通過MQTT[5]協(xié)議實現(xiàn)與平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,通訊模式上支持4/5G、Wifi、以太網(wǎng)多種模式。系統(tǒng)總體架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

2 網(wǎng)關(guān)設(shè)計

網(wǎng)關(guān)是設(shè)備接入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺關(guān)鍵設(shè)備。結(jié)合配電中心實際情況,設(shè)計了用于分布式快速部署的4G DTU,以及用于集中式部署并具備邊緣計算能力的邊緣計算網(wǎng)關(guān)。

2.1 4G DTU

4G DTU對上通過4G通訊,對下支持Modbus、DL645協(xié)議,具有低成本、安裝簡單、快速部署等特點,一般采用分布式部署的方式實現(xiàn)配電中心設(shè)備快速接入平臺。4G DTU分布式部署拓?fù)鋱D如圖2所示。

圖2 4G DTU分布式部署拓?fù)鋱D

2.2 邊緣計算網(wǎng)關(guān)

邊緣計算網(wǎng)關(guān)采用了軟網(wǎng)關(guān)技術(shù)設(shè)計,并通過Docker容器技術(shù)進(jìn)行部署,可以靈活地部署在具備容器管理能力的網(wǎng)關(guān)設(shè)備上,實現(xiàn)了網(wǎng)關(guān)軟件與網(wǎng)關(guān)硬件的解偶,極大地提高了網(wǎng)關(guān)適用性,并可通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實現(xiàn)軟網(wǎng)關(guān)遠(yuǎn)程升級。邊緣計算網(wǎng)關(guān)具備計算能力強(qiáng)、遠(yuǎn)程管理等特點,一般采用集中部署的方式。邊緣計算網(wǎng)關(guān)集中式部署拓?fù)鋱D如圖3所示。

圖3 邊緣計算網(wǎng)關(guān)集中式部署拓?fù)鋱D

3 資產(chǎn)管理

配電中心中有大量的資產(chǎn),如變壓器、配電柜、開關(guān)等,且由于專業(yè)性等問題這些資產(chǎn)設(shè)備一般由不同等設(shè)備廠商制造,同時配電設(shè)備具有較長的生命周期。這些都給配電中心資產(chǎn)管理帶來了比較大挑戰(zhàn)。本文借助工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供完整的配電中心資產(chǎn)管理解決方案。

3.1 資產(chǎn)二維碼

資產(chǎn)設(shè)備通過唯一二維碼標(biāo)識管理,并且此二維碼伴隨設(shè)備終身,在生命周期內(nèi),用戶可以隨時通過二維碼了解設(shè)備基礎(chǔ)信息,以及設(shè)備在運行期間的維修保養(yǎng)記錄。資產(chǎn)二維碼管理如圖4所示。

圖4 資產(chǎn)二維碼管理

3.2 設(shè)備臺賬

設(shè)備臺賬忠實地記錄了配電中心內(nèi)每個設(shè)備的基本信息,為后續(xù)維修保養(yǎng)提供最基本的數(shù)據(jù)支撐,同時也可以實時查看設(shè)備當(dāng)前的運行狀態(tài)。設(shè)備臺賬管理如圖5所示。

圖5 設(shè)備臺賬管理

3.3 電子檔案管理

由于配電中心內(nèi)各種配電設(shè)備較多,而且來源于不同的供應(yīng)商,傳統(tǒng)靠人工管理的方式往往會造成設(shè)備參考資料的丟失,通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)了對配電中心資料的電子化分類管理,并且永久保存不會丟失。電子檔案管理如圖6所示。

圖6 電子檔案管理

4 能效管理

隨著國家“雙碳”[4]戰(zhàn)略的實施,企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能降效是實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要手段,電能作為企業(yè)用能的主要形式,電能能效優(yōu)化是企業(yè)實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的基礎(chǔ);通過分析配電中心相關(guān)對電能數(shù)據(jù),實現(xiàn)對配電房數(shù)據(jù)的歷史分析、同比/環(huán)比分析、不平衡分析、諧波分析等。

4.1 用能排行

用能排行可以自動對下一級用電設(shè)備的用能進(jìn)行排行,直觀地展示最高的用能設(shè)備,用戶可以有針對性地對排名靠前用能設(shè)備制定節(jié)能措施。用能排行如圖7所示。

圖7 用能排行

4.2 用能對比

用能對比可對用能設(shè)備不同時間段的用能情況進(jìn)行對比,對比的顆粒度可以是日、月、年;用能對比有助于用戶對不同時間段用能進(jìn)行分析,制定分時間段對節(jié)能策略。用能對比如圖8所示。

圖8 用能對比

4.3 同比環(huán)比

同比環(huán)比可實現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)按照日、月、年的顆粒度進(jìn)行同比和環(huán)比。此功能可為用戶用能提供不同緯度的分析,有助于制定更加有效的節(jié)能措施。用能同比、環(huán)比如圖9所示。

圖9 用能同比、環(huán)比

4.4 月度報表

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可以自動產(chǎn)生配電中心每月的運維月度報表,用戶可以自行下載報表,并可以通過郵件、短信等方式發(fā)送給相關(guān)人員。月度報表如圖10所示。

圖10 月度報表

月度報表主要包含如下內(nèi)容:配電中心沒有的運維數(shù)據(jù);統(tǒng)計并分析運維工單的處理情況;電量分析;負(fù)荷分析;需量分析。

5 運維管理

傳統(tǒng)的配電中心運維管理都是通過常駐人員的方式來對配電中心運維,但是配電中心經(jīng)過長期的運行往往存在:配置信息混亂、被動式響應(yīng)、運維質(zhì)量低下等問題,同時缺乏對運維工程師工作評估的數(shù)據(jù)。運用運維管理的最佳實踐方法,結(jié)合配電中心的運維需求實現(xiàn)了配電中心的科學(xué)運維。

運維管理的最佳實踐方法論,運維管理方法示意圖如圖11所示。

圖11 運維管理方法示意圖

運維管理中主要包括如下幾項內(nèi)容。

(1) 配置管理:用于對運維過程中主數(shù)據(jù)對標(biāo)準(zhǔn)化管理,在配電中心場景下就是對配電中心內(nèi)配電設(shè)備、運維人員、工具、備品備件等主數(shù)據(jù)管理。

(2) 事件管理:主要目的是及時恢復(fù)系統(tǒng)服務(wù),在配電中心場景下就是如何快速恢復(fù)正常的供電服務(wù),恢復(fù)的方法可以是永久的解決辦法,也可以是臨時的方法。

(3) 問題管理:主要目的是找到問題發(fā)生本質(zhì),也就是要分析發(fā)生配電故障本質(zhì)原因,尋求從根本上永久解決問題的方法。

(4) 資源管理:對于運維過程中所涉及到的工程師、專家、車輛、物料等都稱之為資源,如何有效地對資源管理,最大地利用資源是資源管理所要解決的重要問題。

(5) 報警管理:目的是通過預(yù)警機(jī)制預(yù)防極端事件的發(fā)生,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺要具備通過多種策略進(jìn)行報警,并根據(jù)報警級別的不同提供短信、推送信息、電話等多種報警手段。運維管理功能示意圖如圖12所示。

圖12 運維管理功能示意圖

結(jié)合上述管理的需求,結(jié)合配電中心的實踐運維需求設(shè)計了配電中心運維管理模塊,主要包括:主數(shù)據(jù)、物料、資源、工單、結(jié)算、報表等管理子模塊,為配電中心提供全方位的運維管理功能。

5 結(jié) 語

配電中心是用戶側(cè)電能管理的基礎(chǔ)設(shè)施,對其進(jìn)行有效對管理,即是對企業(yè)用能有效管理,是實現(xiàn)企業(yè)“雙碳”目標(biāo)對關(guān)鍵因素?；诠I(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的配電中心智能運維,可以對配電中心運行情況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控,并對運維資源進(jìn)行有效管理,實現(xiàn)對配電中心的高效科學(xué)的運維管理,主要優(yōu)勢包括:

(1) 配電房運行的全方位監(jiān)控,不但可以監(jiān)控電參量數(shù)據(jù),還可以監(jiān)控環(huán)境、視頻等數(shù)據(jù)。

(2) 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析功能,可以對配電中心數(shù)據(jù)進(jìn)行多維度專業(yè)的分析,及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題,并為電能的智能化使用提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支撐。

(3) 科學(xué)有效的運維管理功能,可對運維過程中涉及的資源進(jìn)行有效管理,并提供事件、問題等管理機(jī)制,不但提供快速響應(yīng)的能力,同時也提供發(fā)現(xiàn)問題本質(zhì)原因的方法。