一、引言
随着经济发展，能源需求持续增长，特别是在沿海地区，供电压力日益紧张。政府为了均衡生产及民生用电需求，经常采取错峰用电等措施。随着物联网技术的快速发展，电子信息化技术不断提升，为能源管理带来了革命性的变化。国家对节能环保的重视程度不断提升，政府通过政策引导和资金支持，鼓励企业向数字化能源管理转型。在这一系列背景下，深圳某医疗企业积极响应国家号召，制定企业旗下工厂能源监控，节能减排目标，希望通过电力物联网和大数据技术改进工厂能耗效益。
二、背景介绍
客户在政府的指引下制定了能源管理制度，根据该制度需要建立企业数字信息化能源管理系统。客户在深圳宝安区有两个厂区，每个厂区有几幢工业厂房，需要根据生产线及部门归类，整理和改进电力线路及设施；采集各节点用能数据；结合工厂生产运行实际情况，分析用能数据；制定合理的能耗评价指标，建立统一数字化能源管理系统。
客户要求项目实施方必须具备电力行业相关资质及证书；电力能源管理系统必须部署在企业内部，只允许局域网内访问（两个厂区专线互连）；数据能接入客户现成SAP系统；施工及验收规范应高于国家相关标准；提供及时优质的服务。
三、项目评估阶段
3.1 现场评估交流
齐慧电气的电气工程师和拓扑未来的网络及系统工程师一同拜访客户，跟着客户的电气工程主管到几个厂区现场评估，并在客户的办公室开会交流。经过多次友好沟通，对项目情况有深刻理解。
- 企业概况：
- 有两个厂区，另外还有研发及行政办公区，有不同用电需求，由电工部门统一管理维护。
- 客户经济效益理想，工厂实行二班倒安排，电力施工不能影响正常生产运作。
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企业用专线连接各地厂区及研发行政办公室，由网络管理部门管理和维护，数字化能源管理系统只允许局域网内访问，工厂区域不允许访问公网。
某厂区鸟瞰图
- 原有电力系统：
- 不同厂区电力系统承建商有多家，建造时间不一样，有许多电力仪表还是老式机械表。
- 客户有转租过来的厂房，原来的电力路线及设施没有统一规划，分散到各个车间，有的甚至在吊顶上。没有电力线路图及文档，靠电力部门员工口口相传。
- 原来没有考虑过网络和数字化转型，电力系统没有任何网络和通信设施。
- 电力和网络分别由两个部门管理，而且不在同一地方办公。客户SAP系统由第三方企业维护。
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电力和通信线路贯穿大部分区域，有限行区域，有无尘车间，有高空作业区，环境较差区域。
现场调研
3.2 项目目标
- 主要能源的数据采集和计量，重点对高能耗设备、系统等动态运行监控。
- 应对有节能优化需求的设备开展实时计量，并基于计量结果进行节能改造，对高能耗设备能耗数据进行统计与分析，制定合理的能耗评价指标。
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实现能源数据与其他系统数据共享，为业务管理系统和决策支持系统提供能源数据。
制定目标
3.3 项目方案
- 硬件升级：
- 原来机械式旧电表升级为具有通讯能力的智能高精度电力仪表，在电力机房及机柜增加温湿度传感器，监控电力设备的使用情况。
- 部署RS485采集网关和RS485线路，采集电力终端设备及传感器设备数据。部署以太网及光纤线路，网络交换机。数据接入企业局域网。
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在客户空调机房部署数字能源管理系统服务器及软件系统。
方案图
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软件功能：
1. 设备监控功能
对现有各种能源进行组态，直观显示各种能源设备的运行状态和实时数据，并提供实时报警功能，平台支路自定义组态功能。
拓扑未来系统界面
2. 超阈值提醒功能
关键耗能设备设置能耗报警阈值。系统自动就用能超限或异常能耗进行报警提示，操作人员可及时发现“跑冒滴漏”等能源浪费，采取纠正措施，降低成本。
3. 用能成本分析
根据实际用电、用气、用水情况，并结合每月能源价格，系统实时统计分析各能源成本，反映能源费用情况，对全厂及各部门、车间、工序、设备的能耗成本进行趋势分析、占比分析。
4. 综合能效分析
根据实际耗能统计结果与产出进行比较，算出单位产出的能耗量，并形成产出与能耗的对比曲线，实现能源的可视化和能效的透明化。对重点能耗设备（暖通系统及空压系统）进行参数监控和分析，为节能技改项目提供数据基础。
5. 峰平谷管理
通过对峰谷平用电情况分析，结合企业生产安排中削峰填谷的可行性，监管生产安排和设备检修时间，计算平均电价，以达到降低综合电费的目标。
6. 能源KPI管理
系统中可配置 KPI 管理指标，通过对能耗信息的持续监测和计算，实现能源的量化考核管理，达到能效的全局提升。
7. 能源报表
输出自定义能耗统计报表、分类分项能耗报表。支持在线查看和导出各类报表。
8. 电能质量监测
对工厂所有设备的电能质量进行监测，功率因数，三相电压电流不平衡，三相电压电流谐波监测等，出具电能质量评估报告，提出电能质量节能及改进方案。
四、项目实施阶段
4.1 软件功能开发
1. 数据归类与处理：
对采集数据按部门，支线，重点关注设施和系统分类配置。设计图表，曲线，报表等数据展示样式，方便数据对比分析。
2. 网络架构：
根据客户厂房和办公区域分布以及网络限定整体规划，确保施工阶段一次性实施到位。
3. 用户界面:
根据客户定制要求修改系统及APP界面，包括logo，人机交互，工单流程等修改。
4. 权限系统：
配置系统子公司，部门等基本信息。确定系统使用人角色分类，按客户要求配置管理及运维人员，初始化登陆用户。
5. 在线组态定制开发：
- 变配电系统的电气主接线图展示，实时监测并直观呈现全电量参数以及开关断路器状态。
- 基于高低压开关柜平面，可视化实时展示全电量、开关状态信息、温湿度、电量数据等数据。
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变电站，配电室的动环参数在线监测，越限预警。
在线组态
6. 历史数据分析：
- 配置变量曲线数据来源，方便客户对比多项指标变化趋势。
- 月统计数据对比分析功能及配置，包括各支线历月用电对比，同比变化趋势等。
- 用能成本统计模块数据来源及单价配置。
7. 事件处理及工单：
告警及事件数据来源配置，告警分类及等级调整，展示及通知方式开发。根据客户部门人员工作安排情况调整工单流程和处理方法，输出月度统计报告配置以方便上级部门审查。
4.2 工厂电气设施定制
根据前期调研设计改造升级项目，按照位置尺寸安装方式等定制低压开关柜及电箱。生产好的柜体安装互感器，三相电力仪表、温湿度传感器，通信设备等。工人接好各类线，通电测试。
4.3 现场施工
由专业电气工程师到客户现场安装部署各种强电，弱电设施及线路。由于不能影响客户日常生产运作，在客户电力部门配合下，合理调整现场部署工作的时间，需要断电的施工则错开生产时间，并保证在下一个班次前保证施工完成，并确保不对生产造成隐患和影响。
4.4 部署执行
通信设备及线路安装完成后，系统服务器进场，负责部署系统的软件工程师及电气工程师配合，调测所有电力设施和线路，确保设备的稳定性和可靠性，确保通信链路通畅。经过跑流测试及数据采集测试后，确认现场施工工作圆满完成，软件工程师开始部署数字化能源管理系统。
4.5 测试与优化
因为服务器在拓扑未来的研发办公室已做初步部署，在现场主要工作是补充系统配置，清除调测数据，采集现场真实数据等工作。确保数据及系统正常运行后，在现场用真实数据对功能模块进行测试，全部测试通过后优化服务器，验证系统性能达标。优化后让客户初步使用系统，交流沟通使用体验，并跟客户一起制定运维计划。
4.6 培训与维护
系统正常运行后，与客户协商时间，在不同时间定制了两场专场培训，培训现场一起学习系统使用说明书及相关文档，保证客户能顺利愉快地使用系统和对系统做简单的维护。
4.7 问题与挑战
- 对多元化的工厂（厂房，研发区域，行政办公室，食堂等）的场景实行有差异化的精细能源管理。
- 需要跨地域跨部门合作，得益于客户企业内部的联络机制以及客户同事的鼎力支持，在多次需要多部门调协的时候，他们能在本职工作之余抽出时间来现场支持。
- 数据安全，保证数据传输顺畅无丢包，支持断线续传和存储备份恢复功能。
五、 效果评估
能源管理系统通过信息化技术平台，将所有分散的能源子系统进行统一的数据采集、存储，并通过集中监视页面、集中报警中心等实现电力运行的集中化管理，从而提高管理效率。能源管理系统能为生产过程成本的计算提供精准的数据支撑，帮助企业更精细地管理生产成本。在数据分析后，工厂实施相应精细化节能减排措施，预计节能率达到13%，年度节碳排放39.1吨。
六、 未来展望
通过这个案例我们看到电力物联网技术在企业能源管理中的应用潜力。通过合理的技术选择和系统设计，企业不仅能够提升能源管理的效率，还能实现经济效益和社会效益的双赢。
在将来，生产制造业中常用的空压机，污水站，中央空调和自动化程度相当高的生产设备都应当进行数字改造，实时监测设备状态，对设备的维护、管理提升到新的高度，合理控制能源消费问题，助力实现国家"十四五节能减排"目标。
