方凯能，仲梁维

（上海理工大学机械工程学院，上海200093）

0 引 言

随着国家不断重视环保和清洁能源的使用，很多重工业园区已经形成了太阳能、电能的混合能源的利用。太阳能不仅无污染，而且投入使用后，比火力发电经济得多。由于太阳能的发电量会随着光的强度和天气阴晴而变化，同时又受太阳能发电效率的影响，一般不能完全满足园区的需求。那么如何合理的在太阳能和电能之间进行切换，以及如何在不同容量变压器之间合理切换，达到能源的合理利用，成为困扰企业的难题。

大规模太阳能集中并用对用电量大的园区和节能减排意义重大，但太阳能发电不同于常规能源电力，其自然特性给电力系统调度所带来的一系列复杂问题也是前所未有的［1］。之前重工业园区电力系统在规划之初，并未考虑太阳能接入问题。如果能对太阳能发电量进行有效预测，或者系统中有足够的可灵活调节的备用容量，则太阳能的随机性对园区电力系统的影响可大大降低。如果仅依靠火电应对太阳能的随机性，在太阳能比例或负荷峰谷差增大到一定程度时，为园区提供供能的发电站的火电机组将频繁启停或运行在深度调峰状态，严重时将影响电网的安全经济运行。这是目前大型园区中太阳能几乎弃风、利用率低的重要原因之一。因此，在太阳能大规模集中接入的形势下，园区电力系统调度必然要建立多源相济协调机制，通知相应发电站做好发电计划，以提高太阳能利用率，实现清洁能源在大范围内的优化配置。

针对目前企业能源管理中存在的诸多问题，建立能源调度系统已经迫在眉睫，而随着信息技术的发展，企业能源信息的闭塞与原始和企业生产办公的高度信息化越来越不协调，能源使用的信息化变得越来越迫切［1］。企业急需能源调度系统，完成能源管理方式的转化，从粗放型向经济型转变，从而节约能源，提高效率。

1 系统研究意义

在市场经济的形势下，高耗能企业的利润逐渐减弱。一大批企业都进驻重工业园区，对他们来说电能也是一笔很大的成本。如果园区经过合理有效调度，那么企业在正常生产的前提下能够在电费上节约很大的开支。不论是对于企业个体还是国家，合理的能源调度系统的开发和使用都意义重大。

能源调度系统不仅承担起不同能源以及不同容量电站的自动切换，而且是园区和企业沟通和交流的平台。

对于企业而言，好的能源调度系统可以辅助提交具体生产计划，以及各个车间的设备功率等数据，交由园区审核。能源调度系统能够使园区和企业能源管理实现自动化，可以实时动态掌握能耗数据，实时监控能源使用异常情况，按照能源费用最低对生产运行进行优化调度，实现能源使用实时、定量分折与控制，使企业能源使用管理实现自动化与定量。其次，能够实现能源管理制度化。这个系统能帮助园区或企业进行能源消耗统计分析和能量平衡分析，制定合理高效的生产计划。各种数据采集、分析、预测、控制都可方便自如。使企业的能源管理制度更为健全，企业将生产计划提交园区，经过园区和系统的审核和计算，生成合理的排班表。再次，实现对企业工艺的分析与管理，各种参数的实时监测，有利于安全生产，降低能耗进而降低了能源成本，为企业带来效益，提高行业竞争力。

传统的能源调度系统存在不少弊端。（1）系统功能单一。不少系统只是能源集中监控系统，管理功能薄弱，没有充分挖掘出能源统计数据的价值。（2）系统与生产脱节。能源管理系统脱离了生产，成为单一的监控系统，管理节能效果降低［2］。（3）运行情况不容乐观。我国的企业特别是国有企业的管理机构比较复杂，而能源的管理牵涉到生产部门、计划部门、信息部分等多个部门，多个部门之间水平方向沟通困难。（4）以前的调度系统只是电能的调度，没有太阳能等清洁能源的调度。（5）切换电源和变压器一般没有实现智能化，还只是人工根据监测结果，手动切换。因此，企业采用新的能源调度系统后，只要操作得当，合理使用，既保证了安全生产，也实现了全程监测以及数据记录分析，最重要的是最大效率地利用了电能，提高了竞争力。

2 B/S模式介绍

B／S结构，即Browser／Server（浏览器和服务器）结构，又称“瘦客户端”。与C／S结构相比，这种结构不需要客户端安装相应系统进行逻辑处理，而只需要输入网址就行，大部分逻辑都在服务器上进行处理，形成所谓三层结构客户服务器体系。如图1所示，在三层体系结构中，浏览器端接受用户的HTTP请求，然后向Web服务器提出请求；Web服务器从数据库服务器中获得数据，然后将数据送回Web服务器，再将结果处理成浏览器能够接受的形式（HTML），送回发出请求的Web浏览器，最后由客户端将结果呈现给用户［3］。从而大大简化了客户端电脑载荷，客户端只需要浏览器就可进行业务处理，减轻了系统维护与升级的成本和工作量，只需更新服务器端的软件即可，降低了用户开发总成本。此外，用户不用安装任何专门的软件就可以在地方进行操作，只需一台能上网的电脑，客户端零维护［4］。

图1 Browser/Server结构模型

3 系统设计

3.1 系统功能设计

能源调度系统是园区和企业能否正常生产和降低生产成本的重要组成部分。能源调度系统的功能结构如图2所示。

图2 能源调度系统功能结构图

该系统主要包括五个模块，分别是基本信息管理模块、生产计划管理模块、供用能管理模块、能源调度管理模块及系统用户管理模块。各模块的具体功能设计如下：

（1）基本信息管理主要包括企业信息管理、工艺信息管理、企业设备管理、计量点和采集项管理。工艺信息管理主要要求企业将产品的工艺以及需要的电能、时间等信息输入系统，这是园区后来能源优化管理的数据基础之一。同时，企业也需要将所有设备的相关信息录入系统并且可以进行维护。计量点和采集项管理主要是对基础数据进行检测和存储。

（2）生产计划管理是能源调度系统的核心之一，负责企业生产计划的提交和园区的审核。其功能主要包括企业生产计划的提交、修改、审核通过后的查询以及园区与企业、车间与企业进行协调沟通。

（3）供用能管理模块是能源调度的数据基础来源，也是园区安全生产的重要环节之一。此模块主要有三大功能。第一是根据天气情况和太阳能历史发电情况，建立相应的数学模型对一段时间太阳能的发电量进行一个较为准备的预测［5］。第二是将所有企业提交的生产计划进行统计，汇总出月和每天用能总和，同时和发电站沟通，统计各变压器预估供电总和。第三是实时监测，该模块不仅可以对各设备的用能情况和各企业的用电情况的实时数据进行展示，并且园区值班人员可以通过它看到和搜索到各个用能设备和车间的安全情况。一旦用能超过警戒线或者电流超过安全电流，可以及时反应，排除安全隐患。

（4）能源调度管理模块是全系统的核心。它根据企业提交的生产计划和电站供电情况，通过精确的模型计算和评估，算出每天合适的供用电峰值和用电裕量，以使能源的利用率达到最大［6］。这样，系统将每天各企业分配的加工时段进行汇总，企业查到自己的生产计划就成了排班表，实现了智能排班。如果企业要加班或者修改部分生产计划，得在协调平台和园区协调，并且重新审核安排才能生产。由于变压器的容量不同，选用合理的变压器是节能的关键所在［7］。原则是优先使用太阳能进行生产，当太阳能不够的时候，变电站自动根据系统的信号，通过接口通知plc控制系统进行变压器合理配置和切换，使电能利用率达到最大。这里以周或者月为一个单位，原则就是提前进行用能规划，达到合理配置，在完成生产计划的条件下达到最大的效益。从图3可以看到一个优化后的企业生产计划表。

图3 优化后的企业生产计划表

（5）系统管理包括角色管理、资源管理和用户管理。它主要用于系统用户的维护，包括添加、删除、修改及查看，对不同的用户分配不同角色，不同的角色分配不同的权限。

3.2 数据库设计

本系统数据库采用SQL Server 2008 R2数据库，系统数据库名称为db-resManagement。数据库dbresManagement中包含17张表。其中包括企业信息表（企业编号id、负责人姓名、Email、固定电话、手机）用于存储企业的信息；车间信息表（企业编号、车间名称、责任人名称、Email、手机、通讯地址、职务）用于存储车间的基本信息；工艺信息表（公司编号、车间编号、产品名称、工艺名称、工艺定时、工艺设备编号）用于存放工艺库信息；设备信息表（公司编号、车间编号、设备编号、设备名称、设备功率）用于存放设备的信息。生产计划表（公司编号、产品名称、生产数目、交货时间、审核状态）用于存储企业提交的信息、；企业排班表（公司名称、车间名称、生产日期、工艺名称、工艺数量、时间段、备注）用于存储系统整合所有生产计划、进行能源调度后的生产安排表。太阳能供电表（日期、天气情况、预测供电量、实际供电量、供电时间段）用于存放汇总太阳能供电信息。变压器信息（变压器编号、变压器名称、变压器容量）用于储存变压器基本信息。变压器供电情况（变压器编号、时间、供电量、供电线路、供电车间编号）用于记录变压器调度情况和使用情况。

3.3 用户权限分析

为提高能源调度系统的统一用户管理水平，结合企业业务应用现状，明确具体人员的权限分配是十分重要的。对于系统用户来说，用权限矩阵表可以清晰地表示他们的权限。根据系统功能结构图，权限矩阵表采用树形结构编码方式，编码之中前后码位之间有主次关系，后面码位的确定都由前面一个码位确定。用户权限矩阵表如表1所示。

表1 用户权限矩阵

3.4 能源调度系统的实现

新能源调度系统采用B／S模式，很大程度上提高了系统的易用性和可维护性。系统运行在WEB服务器上，可以使用WEB浏览器访问，也可以采用移动设备访问，采用Apache tomcat 6.0配置，系统后台选用的编程语言为跨平台的Java，Myeclipse8.5和Dreamweaver8作为开发工具，系统前端采用easy UI框架，由jsp和javascript组成，采用struts2.0，Spring3.0，Hibernate3.0三大主流框架进行系统开发。图4、图5所示是系统的部分功能页面。

图4 能源调度系统协调平台功能页面

4 系统测试

系统测试是针对整个产品系统进行的测试，目的就是检测系统的具体功能是否已经满足了企业需求的定义，找出与需求规定不符合或矛盾的位置。此外，还需要检验系统的相关文档等是否完整、有效，并且测试用例的设计应基于需求分析说明书为依据，需在实际使用环境中进行测试。

图5 供用能汇总及调度前后对比分析页面

笔者采用黑盒测试技术对售后服务管理系统进行了测试。先对系统的各模块功能是否达到规定的需求进行了测试，后对各模块集成的所有业务流程进行了测试。经过对售后服务管理系统的多次测试，未发现异常，此系统已满足某企业的使用需求。

5 总 结

对于重工业企业，使用清洁能源并且最大化的利用能源不仅是国家法律的要求，也是赢得市场竞争的重要方法。本文针对一个重型装备制造园区的能源调度系统实例，开发了基于B／S架构的能源管控系统，能够快速响应企业生产要求，保证企业安全生产，降低了企业的电能成本，很大程度上提升企业竞争力。随着信息网络技术和控制技术的不断发展，清洁能源会得到更多的利用，这种基于B／S架构的能源调度系统将得到更为广泛的应用。

［1］顾海涛.企业信息化能源管理系统的研究［D］.广州：东南大学，2007.

［2］赵 瑁.轧钢过程生产调度及其优化算法的研究与应用［D］.大连：大连理工大学，2008.

［3］江平宇.网络化计算机辅助设计与制造技术［M］.北京：机械工业出版社，2011.

［4］何 文.基于B／S结构的网上作业管理系统的设计与实现［J］.信息技术，2012，（12）：49-51.

［5］田 廓，曾 鸣，鄢 帆，等.考虑环保成本和风电接入影响的动态经济调度模型［J］.电网技术，2011，35，（6）：55-59.

［6］卢 静，翟海青，刘 纯，等.光伏发电功率预测统计方法研究［M］华东电力，2010，38（4）：563-567.

［7］张雅洁.计及大规模风电接入的发电机优化调度研究［D］.天津：天津大学，2012.