智慧能源物联网大数据云平台建设方案（110页 WORD）

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智慧能源 物联网大数据云平台 建 设 方 案 1. 概述 1.1需求分析 能源，是指能够获取利用的能量资源。如果按照使用类型分类可 分为常规能源和新能源，常规能源包括：水、电、汽油、蒸汽、煤 炭、石油、天然气等资源 新能源包括：太阳能、地热能、核能、风能、海洋能、生物质能和 聚变核能等 现状： ① 能源约束突出，能源效率低 ② 能源消耗大，环境压力加大 ③ 能源管理体系不完善，无明确能源标准 从单位产值能耗估计节能潜力： √我国每百万美元 GDP 耗能为 908t 标油 √每百万美元耗能，世界平均水平 270t 标油，日本 96.2t 标油， OECD 国家平均为 198t 标油 从提高能源利用率看节能潜力： √全能源利用率不足 40%，比发达国家低 10%左右 √工业能源利用率仅为美国、日本一半左右 1.2采取策略 为适应文明演进、社会进步的新趋势、新要求，从根本上解决文 明前行的动力困扰，实现能源的安全、稳定、清洁和永续利用。智 慧能源通过不断技术创新和制度变革，在能源开发利用、生产消费 的全过程和各环节持续打磨，建立和完善符合可持续发展要求的能 源技术和能源制度体系，从而呈现出的一种全新能源形式。简而言 之，智慧能源要实现拥有自组织、自检查、自平衡、自优化、等功 能，满足系统、安全、清洁和经济要求的能源形式。 "智慧能源"实现城市节能减排和保障城市持续发展、创新、经济 增长的基础环节；充分利用物联网、云计算等新一代信息化技术将 各种能源关联起来，进行智能化开发、开采、输送及使用的能源平 台，利用先进技术打造能源体系统一标准，围绕能源产生、能源传 输、能源存储、能源消费、能源转换全面建设智慧能源生态，持续 优化改造革新体系内容，从根本上解决全问题。 1.3方案目标 智慧能源生态总体建设目标——实现“七化”，从减少浪费、提高 利用率、保护环境、闭环生态、商业价值、社会服务等角度综合实 现，达到管理节能的目的。 • 能耗数据化 对能源资源消耗数据进行采集、使其以数据的形式展示出来。 • 数据可视化 在采集数据基础上，通过综合计算、对比分析等方式，从管理角 度使数据更具有可视化。 • 节能指标化： 通过制定合理的节能指标化体系，实现定额管理。 1 • 管理动态化 在数据可视化的基础上更进一步进行加强管理，实现“可预测”的 管理效 果。 • 决策科学化 提供节能监管决策数据的支持，便于领导科学决策。 • 服务人性化 平台不仅提供管理的功能，更作为服务平台提供人性化的能源管 理服务。 • 架构中台化 通过物联网、分布式、微服务技术、大数据、云平台、智能推荐 等一系列先进技术打造业务中台、技术中台、数据中台的“三台一体 化”模式，对智慧能源上层建设形成有效支撑。 2. 智慧能源解决方案 2.1架构说明 2.1.1 整体架构 2 结合物联网技术，在各实体能源站装置传感器、数据采集模块， 将采集数据汇入软件平台，构建平台级别架构体系，形成业务中台、 技术中台、数据中台，打造三台一体整体布局。 业务中台 沉淀业务通用能力，以服务化形式提供公共业务组件，为企业快 速变化业务场景提供专业、稳定、高效、安全的共享服务，提升前 端应用开发效率，快速响应创新需求，实现业务创新，数据共享和 业务能力协同。 技术中台 中台技术是由平台化架构发展演化而来，延续了平台架构的高聚 合、低耦合、数据高可用、资源易集成等特性再结合微服务方式， 将企业核心业务下沉至基础设施中，基于前后端分离模式，为企业 打造一个连接一切，赋能于人，形成共享生态体。 数据中台 3 提供数据获取与存储、数据计算与处理、数据共享与写作、数据 应用与价值探索以及数据服务与服务运营等全链路一站式数据服务 能力，紧密贴合业务，探索业务场景中价值，助力企业数字化、智 能化转型。 2.1.2 技术架构 本平台技术架构，主要提供五项能力： 1、多语言聚合能力：通过构建微服务模式，服务之间形成统一 接口，可同时支持 Java、C++、python 等多种计算机语言，做到开 发语言不受限，可根据不同业务场景使用最合适技术。 2、强大数据处理能力：数据中心及存储层可对结构化、非结构 化、半结构化多种类型数据综合处理能力，加入数据中心引入大数 4 据组件为数据处理层添加巨量数据处理能力，可同时离线、在线处 理数据，做持久化存储，打造仓湖一体结构等等，做到全类型数据， 全覆盖处理的能力。 3、容器化部署模式：轻量级弱隔离模式可充分利用服务器资源， 同时不再受部署环境限制，通过打包的 Docker 镜像，可以实现一处 部署，多处使用的效果。 4、物联网能力：通过感知层，支持监控视频、数据模块、各种 传感器等物联网设施的接入，可通过有线、无线网络通信；拥有交 互设备能力，同时支持多种物联网协议：ModBus、TCP、MQTT 等。 以 webservice 或包装的 restful 接口，规范各类型不同设备标准化， 拥有统一接口标准，对接物联设备不再受限；并可对设备网络及设 备可视化管理。 5、以 springcloud 技术为主导的微服务结构，可以更精准的制 定优化服务方案，提高系统的高可用性、可维护性、服务伸缩性； 更适于互联网时代，做成周期、迭代周期更短。 2.1.3 物理拓扑 5 物理拓扑部署结构特点有： 1、让应用服务进一步抽离为服务节点，应用服务通过调用服务 节点来实现整体系统，不但让系统充分解耦，又可以使服务之间紧 密相连。 2、形成微服务，微服务之间的达成有效调用，完成消息传输。 3、多点部署可充分保障服务安全，内外网隔离，网络防护，形 成高可用结构，达到故障转移、负载均衡和灾备恢复能力。 4、添加搜索引擎集群、缓存集群、数据库读写分离的做法，能 承载高并发的写入、访问压力；达到承载高并发、巨量数据吞吐， 物联采集数据保证时序性，易扩展，持久化存储多备份的能力。 2.2建设内容 2.2.1 智慧能源-运营平台 ① 节能运营 6 将实际能耗值与能耗标杆值进行对比，通过数据分析模型观测运 行曲线和能耗趋势、优化运行参数、对超标值进行监控并及时发出 节能操作指令，对于超标值进行干预、管控，提升能源利用率。 ② 数据分析 在能源数据采集的基础上，综合气象、能耗数据等，利用大数据 和大样本分析方法，将获取的数据进行智能分类、整理、计算，存 入对应的数据库单元（建立统一能耗预判值），建立能耗标杆；通 过挖掘数据深层次隐藏规律，深度需求发现、客户价值挖掘、负荷 预测等推断，为决策做支持。 对电能、煤气、水、蒸汽等各种能源介质的实时计量数据按工序 给出各个能源介质的每日或月的消耗量/发生量/回收量的统计信息 并形成日报、月报、年报。 7 ③ 虚拟能源 通过可视化以及 3D 建模技术，模拟实际场景，为客户带来切身 体验和直观感受，以此来推动能源产业宣传；同时通过虚拟现实直 观形式有助于新人培养。 ④ 能源计划 建立能源网络模型或能源控制模型，保证能源供需平衡，编制能 源供需计划。根据生产经营计划作出能源消耗计划和外购计划。 8 ⑤ 能源调度管理 主要实现满足能源工艺系统特点的分散控制和集中管理，对运营 管理工作行程有效支撑。 ⑥ 能耗对标管理 通过对年度、季度的整体综合能源数据统计与分析，对产品单耗、 厂级能耗、工序能耗进行多角度、多纬度的分析，掌握与同行业先 进水平的差距，及时进行工艺优化及设备改造。 ⑦ 能源审计 统计系统采集到的能源数据和相关资料，分析企业使用运行中能 源消耗的现状，找出企业节能的薄弱环节，拟定出节能改造目标， 提交业主组织评审，确立企业节能改造目标。 ⑧ 成本考核管理 通过能源管理系统的计划过程、平衡预测、各主要工序的能源生 产和消耗情况的监控与分析，实现了能源的工序成本核算，将企业 各工序、设备的用能成本进行分类，将用能转换为实际成本，建立 客观的以数据为依据的能源成本消耗评价体系。 2.2.2 智慧能源-监控平台 ① 能源监测 对各种能源系统供应、消耗（水、电、气等等）进行在线能源监 测，实时掌控能耗水平和能源使用效率，提供大数据基础。通过能 源流程图（包括电力系统运行图、煤气管网运行图、水系统运行图、 热力系统运行图、冷风系统运行图、氧氮氩气体系统运行图等）监 9 控画面、趋势、报警等方式实时监控能源生产运行状态。 ② 巡检维护 对设备运行参数进行分析，全方面诊断设备"健康"状态，及时 对"亚健康"状态设备进行维修、维保。以增加设备安全性、提高节 能效率以及延长设备寿命。 ③ 设备管理 通过对企业设备统一分类，以唯一标识体系为纽带，建立企业生 产设备管理整体框架，实现设备台账管理、检修管理、缺陷管理、 变更管理等，实时掌握设备的状态及设备运行效率，及时淘汰落后 设备，避免生产重大事故。 ④ 报警中心 形成企业安防体系，通过视频监控对人力隐患、火灾、在能源系 统异常和事故时，企业通过集中监控作出及时、快速和准确的处置， 把安防隐患、系统故障所造成的影响控制在最低限度，确保企业稳 定平稳运行，防患于未然。同时可对一段时间内设备运行时的报警 信息进行统计查询，能显示单台设备的详细报警信息，并具备报警 10 确认功能。可作任意时段、任意工序的报警统计。 ⑤ 环境排放监测 建立企业废水、废气、废物等污染物排放监测，建立污染物排放 及回收机制。重点统计企业主要污染物排放量，与国家标准进行对 比，将超标信息以报警信息的形式通过系统提示或手机短信、邮件 等形式通知给用户。污染物排放数据可按标准实时上报给相关部门。 通过数据模型，分析挖掘技术，提供数据环境相关依据，构建治 理方案，做好污染物再利用循环体系，充分利用同时减少环境污染。 2.2.3 智慧能源-商业平台 ① 商业模式 商业平台构建商业模型，通过可视化方式明确商业模式，为金融、 市场、项目、销售、运营、用户等等多方面形成商业模式，充分整 合资源，服务明确化、智能化、高效化，企业发展、经济效益最大 11 化。 售卖一体化 ② 托管服务 构建托管服务体系，包括设备托管、负荷托管、电费托管等服务 内容， 设备托管：通过监控、维护、客服、抢修几个步骤，形成 7*24 小时服务体系，通过专业化服务团队包括但不限于客服队伍、运维 队伍、工程队伍结合平台功能实现实施自动化、提高效率、节约成 12 本的模式；通过按年支付服务费方式，提供用能监控管理、设备运 维抢修、打包售卖服务、客户投诉处理全周期体系③智慧服务 设备托管 负荷托管 13 收费托管 ④ 能源交易 结合平台基础，为用户提供：大用户直供，能源批发，能源团购， 能源定制，互济交易等多种交易模式方法，满足不同用户不同需求， 打造能源市场统一化标准。 ⑤ 金融服务 提供与多家金融机构、资本机构结合方式，结合金融体系从投资、 储蓄、结算、保险、银行、金融信息咨询等多种金融服务能力，为 交易打造基础，为企业发展客户需求提供金融与发展的服务内容。 2.2.4 智慧能源-客服平台 ① 业务受理 提供信息通知、投诉建议、业务咨询方面为客户规划咨询、信息 化建设、解决方案定制等对接与处理。 ② 客户管理 对用户档案管理，定期执行客户关怀与回访，及时捕捉客户需求 14 与潜在问题；同时为用户推送账单，费用精准化、透明化。 ③ 后台服务 通过人力采集信息，形成数据分析记录、为运营与平台数据分析 挖掘提供数据基础。对平台系统维护提供协助支持，维护平台稳定。 2.2.5 智慧能源-管理后台 ① 系统管理 对平台基础的管理，包括用户、账户信息、组织结构、角色、权 限管理、数据模板、流程定制等等平台的基础功能执行管理与调配， 管理平台各方面标准实行统一配置与管理。 ② 网络管理 对企业平台的物联、无线、光纤、有线等多种网络及设备进行统 一管理，监测网络情况、带宽、费用等情况的管理。 ③ 数据备份 用户手动或系统自动备份保存各项数据；当发生特殊情况导致数 据丢失时，可自动导入最近的备份数据进行数据恢复，避免特殊情 况出现数据丢失导致的各项损失。 2.3方案优势 优势一、“三台一体化”的架构布局，让平台拥有了从多个角度迅 速伸缩、灵活整改的能力，实现充分整合多方面资源，随时响应实 际愿景。 15 优势二、分布式微服务模式，提供全面灾备恢复能力、熔断、降 级、分流能力，可应变各种使用场景变化情况，让平台保证 7*24 小 时全面感知；同时实现无感知升级改造。 优势三、强大数据治理能力：离线/在线计算，数据湖、数据仓 库构建仓湖连通，集市展示让结构数据、非结构数据、半结构化数 据、物联数据等有效形成数据资产，提供无上限数据处理、存储能 力；同时机器学习、深度学习、神经网络的添加在巨量数据资产加 持下，让平台引擎具备“学习”能力，为平台合理进化持续自动优化形 成基础支持。 优势四、满足多种不同终端，即个人电脑、手机、Ipad 等不同 的终端访问，支持多种主流浏览器；同时系统支持个性化需求，用 户可根据自己的喜好配置不同的展现形式，满足不同人群的需求。 优势五、灵活全面的架构基础，为业务提供有力支撑： ① 灵活可靠的物联对接能力，让能源数据接入具备有效保障，为 整个平台做好初始数据基础，让平台第一步坚实无比。 ② 标准统一化的构建模式，让多领域能源体系形成信息闭环，多 种能源组合化，信息透明、共享化，形成一套平台多处使用的模式。 ③ 实时性、精准化、高稳定性让运营、管理、服务达到随时随地、 细致的定位问题、解决问题，充分保障生态运行稳定。 ④ 信息化向数字化、智能化迈进过程中，数据的价值发挥最大化： √减少环境污染，形成资源再利用效果 √帮助用户减少浪费，挖掘节能空间 16 √减少能源管理环节，优化能源管理流程，建立客观的能源消耗 评价体系 √降低运行能耗，提高管理效率 √提高设备性能，延长设备寿命，消除设备管理的不完好因素 √加快故障监测和异常处理能力，为建筑运行的安全可靠性提供 了保障 √智能化子系统资源共享，协调工作，高效节能的运行 √实现管理者及时掌握能耗总体情况，为决策提供良好引导，让 商业能力、服务能力得到本质提升 3. 客户案例 3.1智能电网-二次一体化 3.1.1 项目背景 智能电网是智慧城市的重要基础，也是智慧城市建设的一项重要 内容，隶属于智慧城市的能源领域。智慧城市的正常运转离不开智 能电网，智能电网是智慧城市的核心。 智能电网指采用先进的电力技术和设备、信息与通信技术，系统 地实现电网的智能监测、分析和决策控制，支持新型能源发电和灵 活优质用电，节能高效，具有高自动化水平，并有一定自愈、互动 功能的安全可靠、高效率电网。以网架为基础，以通信信息平台为 17 支撑，以智能控制为手段，包含电力系统的法典、输电、变电、配 电、用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息 流、业务流”的高度融合，打造出信息化、数字化、智能化的先进治 理方式，营造坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互 动的现代化电网。 智能电网目标 第一阶段，规划试点阶段：重点开展智能电网发展规划工作，制 定技术和管理标准开展关键技术研发和设备研制，开展各环节的试 点工作。 第二阶段，全面建设阶段：加快特高压电网和城乡配电网建设， 初步形成智能电网运行控制和互动服务体系，关键技术和装备实现 重大突破和广泛应用。 第三阶段，引领提升阶段：全面建成统一的智能电网，技术和装 备全面达到国际先进水平。届时，电网优化配置资源能力大幅提升， 清洁能源装机比例达到 35%，分布式电源实现"即插即用"，智能电 表普及应用，充分整合多个电网系统及平台。 3.1.2 系统介绍  系统组成 √在调度机构，实现二次系统各专业的横向融合和全网信息的综 合共享，逐步实现电网综合智能应用 √在发电厂、变电站，实现厂站端二次设备的标准化建设，促进 监控、保护、计量等专业的设备融合和信息综合共享 18 √在调度机构之间，实现电网调度多级协调和纵向信息贯通 √在调度机构和厂站之间，实现多专业信息的综合高效传输和分 层分布式应用。 √在厂站之间，推进基础运行信息的智能化互动 √无人机电网巡线  系统架构 电力二次一体化 19 电力数据共享 3.1.3 建设内容  调度端综合数据平台 本模块主要包括电力全景视图、跨区数据同步、异构系统数据集 成、设备信息统一展示四大部分： 电力全景视图 通过 EMS 模型数据、稳控模型数据、WAMS 模型数据、保信模 型数据、商用历史数据及时序数据，同时融合第三方应用模型，建 设运方专业视图、调度专业视图、保护专业视图，以此形成电网全 景视图。 跨区数据同步 20 在不同安全区的数据之间，采用正反隔离装置，实现数据同步， 有效防止不同全景视图的数据孤岛问题，做到数据同步信息共享， 形成整体数据资产。 异构系统数据集成 设备信息统一展示  厂站端综合数据平台 21 通过分布式数据采集、统一数据存储于整合、常规远动功能、统 一数据访问、模型/图形维护共享和分层分布式应用为主要策略，以 智能远动机系统为核心，以此构建厂站端综合数据平台。  调度端横向专业融合 22 当下系统集成度较低，没有对外统一标准接口和消息传递机制， 为解决系统当下集成现状，以调度端横向融合解决所遇问题，优化 系统集成、融合、共享等方面问题，形成智能化、统一化标准。 系统集成 应用融合 模型维护+全局共享 23 流程管理优化 发布流程优化 24  厂站端横向专业融合 √在过程层，面向数据类型，装设标准的传感模块，进行统一的 信息采集，实现不同专业应用相同类型数据源统一 √在间隔层，整合保护、测控、计量、设备状态监测等各二次装 置功能，达到既实现冗余、可靠，调试、运行、维护方面也简单方 便，并节约成本 √在站控层，通过建设综合数据平台，实现了统一的数据模型、 统一数据存储、统一数据访问服务，各专业看到其关心的模型和数 据，为厂站端开发基于多专业融合的综合应用提供了良好基础 25  纵向贯通 √调度中心与调度中心之间的贯通（调-调互动）、调度中心与厂 站之间的贯通（调-站互动）、厂站与厂站之间的贯通（站-站互动） √纵向需求贯通的内容主要包括两个方面∶ ① 数据的贯通∶实现不同调度相关实体间数据的流动和共享 ② 应用的贯通∶实现不同调度相关实体间应用的互动和贯通 26 电网调度多级协调纵向信息贯通 调度厂站信息传输分层分布式  无人机电网巡线 电网巡线工作劳动强度大、条件艰苦，效率低，遇到电网紧急故 障和异常气候条件下，线路维护人员不具备有利的交通优势、利用 普通仪器或肉眼来巡查设施，已经不能完全适应现代化电网建设与 发展的需求。超、特高压电网急需先进、科学、高效的电力巡线方 式。 可见光日常巡检 ① 根据巡检事前编好的电塔 GPS 坐标点，进行自动飞行巡检，巡检 内容包括∶ >引流线（有无断股） 27 >杆塔（有无鸟窝、损坏、变形、紧固金具松