能源管理系統的設計與應用范文

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1系統主要功能

1.1總體功能框架萊鋼能源管理系統在系統功能方面采用了四層結構，總體框架如圖2所示。1）數據采集層。通過數據采集站和數據采集服務器實現能源計量數據采集與集成，包括與電力系統、計量系統、自動化系統、生產指揮系統、設備管理系統的接口。2）支撐層。由一系列系統開發、運行平臺和中間件構成，是整個應用功能實現的基礎，用以實現組態化的開發。3）應用層。包含項目所涉及的所有應用功能和管理功能。4）層。能源管理系統的實時畫面、管理表單、平衡報告等，同時提供系統標準、政策、制度等信息的查詢服務。

1.2數據和事件處理1）數據基本處理。對現場獲取的數據進行流量的溫壓補償、累計、合計、差值等處理。2）實時數據歸檔。對能源計量信號和報警信號進行歸檔，周期為5s～5min，提供趨勢曲線顯示以及報警信息查詢等功能，以便有效進行故障分析和能源消耗分析。3）歷史數據歸檔。根據工藝特點和信號源，選取必要數據進行歸檔，通過磁盤陣列可以保存3a的歷史數據。4）報警處理。采用分級報警方式對重要現場設備的故障信號、能解系統報警參數超限、與能源生產相關的重要生產單元運行狀態變化等進行報警。

1.3實時監控調度1）系統管網監視。集中展示單一能源介質的整體產、供、用情況。2）區域管網監視。對單一區域、分廠的介質管網和生產設備狀態做細節展現。3）站所遠程操控。對水源井、煤氣柜、放散塔等能源站所的設備狀態展示，并提供遠程控制功能。4）煤氣柜位預測。對煤氣柜未來一段時間的運行狀態做預測，并對可能的超限報警時間進行預測。5）管網平衡預測。對能源介質的生產、消耗以及能源轉換進行預測，從而提供對能源介質管網平衡狀態的預測及調度建議功能。6）多介質平衡。通過高爐煤氣—蒸汽—冷風單元能源介質的轉換模型，為調度人員提供能源系統優化調整功能，從而實現多介質的綜合平衡。

1.4基礎能源管理1）計劃實績管理。依據生產計劃、設備檢修計劃、單耗預測等編制能源的供應和需求計劃，以及能源指標計劃。2）運行支持管理。提供調度人員交接班、停復役以及運方單管理功能。3）能源質量管理。通過分析能源介質的質量數據，進行質量監測和報警，以保證能源介質的高質量供應。4）能源分析支持。對企業的能源供需、實績、指標、對標、成本、能源監測與平衡等進行分析。5）能源報表系統。提供工序能耗、工序單耗、工序能源平衡、介質能源平衡、分廠能源平衡等報表。6）KPI績效管理。提供KPI績效系統，幫助企業將自己的產品、服務及管理實踐活動與競爭對手、行業龍頭企業的產品、服務及管理實踐活動進行對比分析。

1.5知識管理和信息1）能源信息門戶。運用IIS7技術構建信息資源門戶系統，為用戶提供統一入口，方便用戶訪問能源管理系統的各個不同子系統。2）知識管理功能。構建文檔及知識信息系統，提供對能源管理標準、國家政策法規、企業制度流程等文檔及下載管理功能。3）監控畫面。建設監控畫面的Web系統，根據用戶權限為其相關監控畫面。

2系統關鍵技術

2.1能源預測技術由于不同預測對象與能源介質的相互關系各不相同，使用單一的建模方法不可行。針對鋼鐵生產工藝以及過程歷史數據，建立了以機理分析與數據挖掘技術相結合的一系列預測模型，提高了模型精度與運算效率。預測模型所用到的預測方法有：1）相關因素模型。結合生產工藝及相關性分析技術，獲取影響預測對象能源情況的多項生產工藝因素，作為預測模型的輸入，利用數據挖掘技術，建立模型輸入與輸出之間的映射關系，實現對調度單元的預測。此類模型適用于產能/耗能數量受多種工藝參數以及操作變化影響的調度單元，如焦爐、轉爐、熱風爐等。2）自回歸模型。預測對象能源情況不僅受工藝參數等變量影響，還與自身序列有較強的相關性，采用自回歸建模，此類模型適用于產能/耗能數量相對穩定或者自身序列存在一定規律性的預測對象，如高爐等。該系統中，大量運用了時間序列的自回歸模型（AR）和自回歸滑動平均模型（ARMA）建模，對相關工序的煤氣產耗量進行預測。

2.2調度優化技術萊鋼能源管理系統采用調度優化模型技術，通過對能源平衡狀態的分析，按照一定的目標確定調度規則和調度策略，以協助調度人員優化能源平衡，實現能源的中長期平衡和多介質動態平衡。能源的中長期平衡是根據生產計劃和檢修計劃預測一段時間內的能源供應需求量，并制定相應的能源生產供應計劃，從而實現較長時間內（月、年）的能源供需平衡；多介質動態平衡是建立高爐煤氣—蒸汽—冷風的轉換模型，利用能源系統的實時數據，為調度人員提供調度方案，并在調度人員的經驗干預下，對能源系統進行優化調整，實現多介質的動態綜合平衡。系統采用模型與規則相結合的方法建模，結合企業多年實際調度經驗建立知識庫，將得到的調度規則集成到模型算法中使其快速收斂，綜合考慮可調單元的調度優先級等因素，實現最優調度，能源調度優化流程見圖3。調度方案綜合能源預測結果、專家系統以及全局優化算法，既可發揮常規線性規劃優化算法的優勢，又可結合專家先驗知識以及各種約束條件，對緊急情況進行快速反應，提高調度的適用性。

2.3無人值守技術無人值守是能源中心扁平化管理的最直接體現，調度人員可以直接操作這類站所中的設備，在減少人員占用的同時，賦予了調度員掌控全局的權力和事故快速響應的手段。無人值守監控技術要求現場自動化系統必須滿足無人值守（或遠程監控）的要求，重要動力設施（如變電站開關、調節閥門、電控設備等）、通信設施運行穩定可靠，或經必要技術改造達到基本的安全條件及自動化水平。無人值守站所應具備視頻監控和門禁系統，并建立定期巡檢機制。煤氣柜、混合站、加壓站、放散塔、空壓站、變電站、水泵站適合采用無人值守方式運行和管理。

2.4基于GIS的綜合集成萊鋼能源管理系統采用基于GIS的綜合集成技術，實現了以GIS為中心的生產、能源、環境綜合視，實現從宏觀到微觀的信息縮放；能夠結合萊鋼實際地圖進行各區域、各工序的實時生產監控；直觀地展示能源流方向，以及各工序的能源產出、消耗、轉換情況。

2.5數據融合技術數據融合技術在多信息源、多平臺和多用戶系統內起著重要的處理和協調作用，保證了數據處理系統各單元與匯集中心間的連通性與及時通信，并且使人工完成的許多功能均由數據處理系統快速、準確、有效地自動完成。萊鋼能源管理系統與多個信息系統進行數據共享，數據與應用之間具有復雜的網狀關系（見圖4）。采用數據標簽化技術將異構數據分解，再通過能量流網絡技術重新組織（見圖5），從而完成數據的融合。

2.6能量流網絡技術能量流網絡技術采用能介單元、能源介質、能量流等概念描述鋼鐵企業能源系統，對能介單元進行層次劃分，依據各種介質管網圖進行能源系統建模，并在此基礎上實現數據的集成、能量流狀態監視、能耗指標的統計等功能。該技術從能源管理系統可行性研究階段開始就扮演重要角色，用于統計基表配置率及計量平衡水平。隨著數據的不斷采集，能量流網絡能夠將上千計量有機地組織起來，使能源管理系統能夠適應不同企業的差異和相同企業同時期的差異，為實現通用的高級應用奠定了基礎。

2.7工作流驅動技術工作流是使業務過程的部分或整體在計算機工作環境下的自動化，實現某個預期的業務目標，或者促使此目標的實現。萊鋼能源管理系統開發過程采用了工作流驅動的應用開發框架，基于工作流引擎進行頁面流量控制、數據流控制和業務邏輯處理的分離。萊鋼能源管理系統對40多個業務流程逐一進行了工作流建模，形成標準工作流，通過工作流使各種崗位的人員同心協力，提高效率。

3結語

萊鋼能源管理系統已經上線運行1a多時間，企業各生產區域自控系統和計控儀表運行穩定，能源數據采集正確，各能源應用功能達到了預定效果，為生產與能源調度提供了實時、準確的生產運行數據和能源計量數據，提高了能源管理水平，增強了能源系統運行的穩定性和安全性。通過能源管理系統的能源產耗分析、能源實績管理以及能源指標分析等。建立了客觀的以數據為依據的能源消耗評價體系；能源管理系統采用煤氣、氧氮氬氣、蒸汽和電力的在線動態調度，提高了煤氣回收率和自發電量，減少了自發電并網，2013年高爐煤氣、焦爐煤氣放散率比2012年分別下降0.236%、0.185%，轉爐煤氣噸鋼回收量增加6.17m3，年節約標煤約2.6萬t，全年自發電量增加約0.5億kW•h，可產生經濟效益約3700萬元。

作者：王文為單位：山東鋼鐵集團萊蕪分公司自動化部