一、建設目標

  該項目通過智能化手段，全面提升企業(yè)的能源使用效率和安全管理水平，實現(xiàn)供配電系統(tǒng)的實時監(jiān)控、外包公司用電考核、岸電系統(tǒng)智能化管理，以及全廠供電系統(tǒng)的安全預警和優(yōu)化調(diào)度。

1、能源使用效率精細化：

平臺將通過對生產(chǎn)車間及關鍵設備的實時能耗監(jiān)控，提供精細化的用電數(shù)據(jù)分析，幫助企業(yè)優(yōu)化電力資源分配，減少能源浪費。同時，平臺將基于負荷數(shù)據(jù)和生產(chǎn)需求，動態(tài)調(diào)度電力負載，確保各環(huán)節(jié)的電力使用效率最大化，提高整體供電系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。

2、用電計量考核精準化：

平臺為外包公司提供獨立的用電計量和考核功能，使用微信掃碼或刷卡方式啟用電源，精確記錄每家外包公司的實際用電量。平臺將對每家外包公司進行用電限額管理，實時考核其用電情況，確保公平、透明的用電制度，同時對辦公區(qū)和休息區(qū)的用電實現(xiàn)獨立計量與按量收費，減少能源浪費。

3、租戶管理計費透明化：

平臺將為船舶租戶提供智能化岸電管理服務，租戶可以通過平臺注冊并實時

監(jiān)控自身的用電情況，系統(tǒng)自動按實際用電量計費，生成賬單并支持在線支付。此外，管理人員能夠通過平臺遠程控制船舶的電源，實現(xiàn)岸電系統(tǒng)的靈活開斷和電力資源的精準分配，保障租戶用電的透明性和靈活性。

4、安全監(jiān)測預警敏捷化：

平臺將全面監(jiān)控全廠的電能質(zhì)量，實時采集電壓、電流、功率因數(shù)等關鍵數(shù)據(jù)，確保供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。同時，平臺提供漏電監(jiān)測與電力異常預警功能，一旦出現(xiàn)異常，系統(tǒng)將立即發(fā)出報警并采取應急措施，保障供電安全，減少設備故障風險。

5、決策運營管理智能化：

平臺通過整合實時用電數(shù)據(jù)，提供全面的數(shù)據(jù)分析與決策支持功能，幫助企業(yè)管理層精準掌握各個生產(chǎn)車間和租戶的用電情況。系統(tǒng)生成詳盡的能源使用報表和能耗分析結果，輔助管理層優(yōu)化生產(chǎn)計劃，制定更加科學的節(jié)能策略。同時，平臺支持智能化運營管理，提升企業(yè)整體的運營效率和節(jié)能減排能力，確保供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運行。

二、系統(tǒng)架構

圖2.1  系統(tǒng)架構

圖2.2  各配電系統(tǒng)示意圖

北船重工能源管控平臺的系統(tǒng)，基于智能化、精細化和安全化的管理需求，涵蓋從數(shù)據(jù)采集到應用控制的完整層級。該平臺通過多層架構的協(xié)同運作，實現(xiàn)對全廠供配電系統(tǒng)的實時監(jiān)控、能源管控和安全預警，確保供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和能源使用的高效性。系統(tǒng)架構主要由感知層、網(wǎng)絡傳輸層、邊緣計算層、平臺層、應用服務層組成，每一層級各司其職，共同構建一個智能化的能源管控體系，推動北船重工實現(xiàn)綠色、高效、智能化的電能管理。

數(shù)據(jù)感知層，負責供配電系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集與實時監(jiān)控。該層通過部署智能電表、漏電監(jiān)控傳感器、溫濕度傳感器以及電流、電壓傳感器等設備，實現(xiàn)對全廠電力系統(tǒng)的多維度監(jiān)控，不僅可以實時獲取生產(chǎn)車間、岸電系統(tǒng)和外包公司用電場景中的電能數(shù)據(jù)，還能監(jiān)測電能質(zhì)量、設備健康狀態(tài)和電力異常情況，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和平臺應用提供可靠的實時信息來源。

網(wǎng)絡傳輸層承載著感知層數(shù)據(jù)的高速、穩(wěn)定傳輸任務，是系統(tǒng)內(nèi)各層信息交互的橋梁。北船重工的供配電系統(tǒng)分布廣泛，生產(chǎn)車間、岸電設施及外包公司用電點之間的距離較大，因此需要通過工業(yè)以太網(wǎng)、光纖網(wǎng)絡和無線網(wǎng)絡（如Wi-Fi、4G/5G）等實現(xiàn)高效數(shù)據(jù)傳輸。該層使用工業(yè)標準通信協(xié)議（如MODBUS、IEC 61850）確保設備之間的互聯(lián)互通，支持數(shù)據(jù)實時、無延遲的傳輸，同時保證數(shù)據(jù)的完整性與安全性。

邊緣計算層，負責對感知層采集的海量數(shù)據(jù)進行初步處理與分析。通過邊緣計算技術，系統(tǒng)能夠?qū)﹄娏ω摵?、用電量和設備狀態(tài)等原始數(shù)據(jù)進行本地化的初步處理，包括：聚合、過濾和簡化，減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸捫枨蠛晚憫獣r間。

平臺層是系統(tǒng)的核心管理層，承擔整個供配電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理、分析和優(yōu)化功能。通過數(shù)據(jù)分析、能耗管理和安全預警等模塊，實時分析電能使用情況，生成能耗報表，為外包公司和船舶租戶提供精準的用電計量和賬單計算。此外，該層通過數(shù)據(jù)加密、用戶權限管理、防火墻和入侵檢測等手段，有效防止未經(jīng)授權的訪問和網(wǎng)絡攻擊，保護系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。尤其是在北船重工這樣的大型工業(yè)場景中，供配電系統(tǒng)的安全至關重要，安全層的多重防護機制能夠確保數(shù)據(jù)的機密性和完整性，降低潛在的安全風險。

最后，應用服務層為企業(yè)管理人員、技術運維團隊及外包公司和租戶提供友好的操作界面。用戶能夠?qū)崟r監(jiān)控整個供配電系統(tǒng)的運行狀態(tài)，包括能耗趨勢、設備健康狀態(tài)、異常預警等。外包公司和船舶租戶可以通過平臺進行注冊，使用微信掃碼或刷卡方式控制電源，并查看用電賬單。應用層不僅提升用戶的交互體驗，還通過遠程操作功能使管理人員能夠隨時隨地控制和調(diào)度電力資源，確保系統(tǒng)運行的靈活性和可控性。

北船重工能源管控平臺通過多層次架構的聯(lián)動，實現(xiàn)對供配電系統(tǒng)的全方位智能管理。該平臺不僅提升供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和能源利用效率，還通過精細化用電考核為企業(yè)節(jié)約成本、減少能源浪費，為北船重工打造一套高度集成的電能管理解決方案，助力企業(yè)實現(xiàn)智能制造和綠色發(fā)展目標。

三、平臺概述

本方案旨在構建一個智能化的能源管控平臺，該平臺針對北船重工復雜的供配電環(huán)境，基于智能化、精細化和安全化管理需求，集成實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、能源審計和安全預警等功能，覆蓋從生產(chǎn)車間到岸電系統(tǒng)的全方位電力管理需求，實現(xiàn)對全廠供配電系統(tǒng)的實時能耗監(jiān)控、設備健康管理和精細化用電考核，幫助企業(yè)提高能源使用效率，優(yōu)化電力資源分配。平臺具備強大的計量與考核功能，能夠?qū)ν獍竞桶峨娮鈶舻挠秒娺M行精細化管理和計費。通過電能故障預警功能，平臺能夠及時發(fā)現(xiàn)并定位電流、電壓異常等潛在問題，提供設備健康診斷和預防性維護建議，保障供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

3.1 平臺功能構架

該系統(tǒng)采用分布式運算架構，涵蓋數(shù)據(jù)采集與存儲、數(shù)據(jù)處理、分析和決策等功能，各個子系統(tǒng)相對獨立，確保穩(wěn)定性與高效性。系統(tǒng)通過精準監(jiān)控供配電系統(tǒng)的各個關鍵環(huán)節(jié)，優(yōu)化電能質(zhì)量管理，降低設備故障率，并有效降低運維成本和風險。平臺的智能調(diào)度和電能考核功能使得外包公司和岸電租戶的用電管理更加透明，最終助力北船重工實現(xiàn)供配電系統(tǒng)的高效、安全、智能運維。

圖3.1  北船重工供配電系統(tǒng)智能化管控平臺功能架構

3.2 平臺功能概述

3.2.1 實時監(jiān)控

實時監(jiān)控功能，旨在對全廠供配電系統(tǒng)進行全方位、多維度的動態(tài)監(jiān)測，確保系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。在北船重工供配電系統(tǒng)的關鍵位置實時采集電壓、電流、功率因數(shù)、頻率、功率、諧波等各類電能參數(shù)，同時獲取環(huán)境數(shù)據(jù)（如溫度、濕度等），確保供配電系統(tǒng)的運行環(huán)境穩(wěn)定。該系統(tǒng)實現(xiàn)全廠范圍內(nèi)的全面覆蓋，涵蓋生產(chǎn)車間、岸電系統(tǒng)、外包公司區(qū)域、配電室、變壓器等關鍵節(jié)點，提供多層次、分級監(jiān)控能力。管理人員可以通過系統(tǒng)進行全局電力監(jiān)控，也可以對特定車間或設備進行精細化管理，全面掌控電力使用情況，并及時響應異常情況，提升電力管理效率與安全保障。

圖3.2  平臺實時監(jiān)控

3.2.2 電力組態(tài)

電力組態(tài)功能是能源管控平臺的關鍵模塊，通過高度集成的可視化技術與實時數(shù)據(jù)采集，全面實現(xiàn)供配電系統(tǒng)的智能化監(jiān)控與管理。該功能利用矢量圖形技術動態(tài)展示電氣單線圖，將各級配電節(jié)點、關鍵設備的運行狀態(tài)、實時電力數(shù)據(jù)（如電壓、電流、功率、頻率等）以直觀方式呈現(xiàn)給管理人員，支持對設備和支路的全面監(jiān)控。平臺具備靈活的增刪改查功能，允許管理人員根據(jù)系統(tǒng)變化及時調(diào)整各層級支路和設備的配置，實現(xiàn)電能參數(shù)的動態(tài)優(yōu)化。同時，電力組態(tài)功能支持運行模式、編輯模式等，提供對重要電氣設備的參數(shù)設置，支持遠程控制操作，確保系統(tǒng)在高負荷運行下的安全穩(wěn)定。通過實時電能監(jiān)測與故障預警機制，電力組態(tài)功能能夠優(yōu)化電力資源分配，提升系統(tǒng)運行效率，并大幅降低故障率和運維成本，為北船重工的供配電系統(tǒng)提供高度可靠、靈活的管理手段。

圖3.3  電力組態(tài)可視化展示

3.2.3 能源審計

能源審計與能耗分析模塊，專門用于對全廠范圍內(nèi)的能耗數(shù)據(jù)進行深入的審計、分析與優(yōu)化管理。該模塊通過對實時采集的電能數(shù)據(jù)進行自動化處理，生成詳細的能耗趨勢圖、負荷曲線及分時用電分析報表，幫助企業(yè)精準掌握各生產(chǎn)車間、設備以及外包公司在不同工況下的用電情況。系統(tǒng)不僅支持對單個設備的能耗追蹤，還能夠?qū)μ囟ㄉa(chǎn)環(huán)節(jié)、區(qū)域或時間段進行橫向、縱向?qū)Ρ确治?，從而發(fā)現(xiàn)潛在的能耗異?；蚶速M點。基于時序記錄的歷史態(tài)能耗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，挖掘能耗問題，評估負載和線路的運維狀態(tài)，生成綜合性分析報告，輔助企業(yè)制定科學的節(jié)能策略。通過優(yōu)化電力資源調(diào)度，最大限度減少能源浪費，實現(xiàn)能效提升，最終降低企業(yè)的綜合用電成本，同時滿足節(jié)能減排目標。

圖3.4  平臺能源分析

3.2.4 計量考核

計量考核功能模塊通過精細化的用電計量和科學的考核機制，針對外包公司和岸電租戶實現(xiàn)獨立用電監(jiān)控、透明計量和嚴格考核。該模塊通過實時記錄各個用電實體的電能消耗情況，生成詳細的用電報表，確保用電數(shù)據(jù)的準確性和可追溯性。系統(tǒng)根據(jù)預設的用電限額和考核標準進行自動化對比，超出限額時觸發(fā)預警或限制措施。計量考核模塊還具備自動生成賬單和實時用電查詢功能，確保用電公平化和透明化，同時優(yōu)化電力資源分配，防止無界限用電和能源浪費現(xiàn)象。

外包公司用電計量與考核流程：針對外包公司的用電管理，計量與考核模塊獨立監(jiān)控每個外包單位的用電情況，確保用電透明化。外包公司通過微信掃碼或刷卡（一戶多卡）的方式進行電源開斷操作，系統(tǒng)能夠精準記錄每次用電的啟動和斷電時間以及相應的用電量。系統(tǒng)支持為不同外包公司設置用電限額和分時計量，并根據(jù)實際使用情況自動生成月度或指定周期的用電報表。通過自動化考核機制，系統(tǒng)將用電量與預設的考核標準進行對比，當外包公司的用電量超出限額時，系統(tǒng)會自動觸發(fā)預警或其他限制措施。該考核流程不涉及具體收費問題，平臺僅負責提供超限結果，最終如何處理超限部分（如交費或其他補償方式）則由企業(yè)管理人員決定。此功能有效防止無界限用電，確保能源資源的合理使用。

圖3.5  場地用電計量考核步驟

岸電租戶用電計量與考核流程：針對岸電租戶，平臺為每艘停泊的船舶提供獨立的用電計量功能。租戶需在平臺上進行注冊并獲得獨立賬戶后，方可通過系統(tǒng)接入岸電電源。系統(tǒng)自動識別船舶的接入狀態(tài)，并根據(jù)其用電需求實時記錄用電量。租戶可以通過平臺實時查看船舶的用電情況，包括當前用電量、累計用電量以及歷史數(shù)據(jù)。平臺在用電過程中持續(xù)生成賬單，支持租戶隨時查看費用明細，并通過系統(tǒng)進行在線支付，系統(tǒng)按實際用電量自動結算費用，確保收費的透明性和精確性。只有在完成充值或支付后，租戶才能繼續(xù)使用岸電資源。通過這種獨立的計量與自動化支付模式，平臺有效保障岸電能源的合理分配和透明管理，確保了租戶用電過程的高效管理與精確計量。

圖3.6  岸電租戶用電管理步驟

3.2.5 智能用電故障預警

智能用電安全預警管理，專注于全廠供配電系統(tǒng)的全方位安全運行監(jiān)控，覆蓋變壓器、母線、電纜、開關等關鍵設備的運行狀態(tài)。系統(tǒng)通過內(nèi)置的智能監(jiān)測設備和故障診斷算法，實時采集和分析電氣參數(shù)，包括漏電流、絕緣狀態(tài)、電壓波動和電流異常等數(shù)據(jù)。對于漏電監(jiān)測，系統(tǒng)能夠及時捕捉到配電線路或設備中的漏電現(xiàn)象，并迅速定位故障源，確保故障發(fā)生時能夠第一時間報警通知管理人員。絕緣監(jiān)測則通過檢測設備的絕緣狀況，提前發(fā)現(xiàn)絕緣老化或損壞的潛在風險。

系統(tǒng)具備先進的故障預測與實時分析功能，通過對歷史數(shù)據(jù)與當前狀態(tài)的結合分析，及時發(fā)現(xiàn)設備或線路絕緣劣化、接地不良等潛在隱患，防止安全事故的發(fā)生，實現(xiàn)對全廠電力系統(tǒng)的全天候動態(tài)安全監(jiān)控，提升電氣設備的安全性和穩(wěn)定性，并通過預防性維護措施，有效減少意外停電或設備故障的風險，保障生產(chǎn)的連續(xù)性與安全性。

圖3.7  平臺智能運維模塊流程

3.2.6 安全權限管理

平臺通過多層次的用戶權限管理機制，確保不同級別的用戶只能訪問與其權限相符的系統(tǒng)功能與數(shù)據(jù)。管理員可以精細化分配權限，針對不同角色（如管理人員、操作員、外包公司、岸電租戶）設置特定的訪問范圍和操作權限，防止未經(jīng)授權的訪問，確保數(shù)據(jù)和功能使用的安全性。

同時，系統(tǒng)采用先進的數(shù)據(jù)加密技術，保證數(shù)據(jù)在傳輸和存儲過程中始終處于加密狀態(tài)，防止數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡傳輸中被竊取或篡改，確保信息的機密性。配置防火墻和入侵檢測系統(tǒng)能夠有效監(jiān)測并攔截可疑的網(wǎng)絡攻擊行為，保障系統(tǒng)免受外部威脅。該模塊還記錄用戶的操作日志，跟蹤所有用戶的訪問與操作行為，為事后審計和故障排查提供依據(jù)，進一步提升系統(tǒng)的安全管理能力。

四、實施步驟

圖4.1  實施步驟

n 調(diào)研階段：深入了解當前北船重工供配電系統(tǒng)管理和監(jiān)控的實際需求與面臨的挑戰(zhàn)，收集運行、維護和管理的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、識別存在的痛點和需求；

n 分析階段：基于調(diào)研結果，確認項目的具體目標，并制定詳細的實施規(guī)劃；

n 定義階段：確定系統(tǒng)功能模塊、用戶需求文檔、項目范圍說明書等核心文檔，并明確每個階段的里程碑和可交付物；

n 設計階段：進行詳細的技術設計和業(yè)務流程設計；

n 開發(fā)階段：根據(jù)設計階段確定的方案進行軟件開發(fā)、硬件配置、系統(tǒng)集成以及全面的系統(tǒng)測試；

n 實施階段：將解決方案部署到生產(chǎn)環(huán)境中，并提供全面的培訓支持；

n 優(yōu)化階段：繼續(xù)跟蹤系統(tǒng)的運行情況，收集用戶反饋，進行持續(xù)改進。

五、效益預測

北船重工能源管控平臺的實施將為企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟效益、管理效益和安全效益，提升整體運營效率，并推動智能化、綠色化發(fā)展。

1）能源使用效率提升：通過實時監(jiān)控和精細化管理，平臺將顯著減少能源浪費。預計生產(chǎn)車間、外包公司及岸電系統(tǒng)的用電效率將提升10%-15%。通過動態(tài)負荷調(diào)度，系統(tǒng)能在高負荷時段合理分配電力資源，避免供電過載或能源浪費，預計可降低整體電能消耗5%-10%。

2）成本節(jié)約與經(jīng)濟效益：通過對外包公司和岸電租戶的精確用電計量和按量收費，企業(yè)能夠有效避免不透明的電力消耗，同時將租戶的電費收繳效率提升至100%。能耗透明化后，相較于改造前的用能水平，預計每年可以為集團節(jié)約15%-20%的電力成本。此外，優(yōu)化的負荷管理和調(diào)度將減少設備的高負荷運行，延長設備使用壽命，進一步降低維護成本和設備更換費用。

3）安全性與設備可靠性提升：平臺的實時監(jiān)測和預警系統(tǒng)將有效降低供電系統(tǒng)的故障率。通過對電能質(zhì)量、漏電情況和電流、電壓異常的監(jiān)測，系統(tǒng)可以在潛在風險發(fā)生之前進行預警并采取應急措施，預計故障率可降低20%-30%。這將減少生產(chǎn)停工時間，確保企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)，并大大減少因故障導致的經(jīng)濟損失。

4）管理效益提升：平臺將實現(xiàn)對全廠用電情況的精細化監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理，管理人員能夠通過詳細的能耗分析和報表，做出更科學的決策。外包公司與船舶租戶的用電考核與計費透明化將提高管理效率，減少管理成本。管理自動化程度的提高預計將為企業(yè)減少20%-25%的人工管理成本，并提高供配電系統(tǒng)的整體運營效率。

5）智能化與綠色發(fā)展：平臺的智能調(diào)度和節(jié)能管理將支持北船重工實現(xiàn)綠色制造目標，助力企業(yè)完成節(jié)能減排任務。通過智能化能源管理，企業(yè)預計可以減少10%-12%的碳排放量，符合國家“碳達峰”“碳中和”目標，為企業(yè)在行業(yè)內(nèi)樹立智能化、綠色化發(fā)展標桿。

6）能源數(shù)據(jù)資產(chǎn)沉淀：做為企業(yè)數(shù)字化轉型的成果之一，能源數(shù)據(jù)在企業(yè)發(fā)展過程中發(fā)揮著極其重要的作用，是企業(yè)積累沉淀出的最重要的數(shù)據(jù)資產(chǎn)之一。該平臺項目的實施不僅為企業(yè)衍生出大量珍貴的能源數(shù)據(jù)，更可以結合數(shù)能e云不斷更新迭代的能效算法和知識體系整合形成行業(yè)大數(shù)據(jù)模型，為未來人工智能的發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐和算力底座，進一步優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結構，促進企業(yè)數(shù)字賦能。

綜上所述，項目的實施將帶來多方面效益，不僅可以大幅提升北船重工的能源管理水平和用電效率，降低能源浪費和運營成本，還能有效提高供電系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性，減少生產(chǎn)風險和設備損壞。平臺的智能化管理將助力企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排，為綠色發(fā)展奠定堅實基礎，并提升企業(yè)的整體競爭力和可持續(xù)發(fā)展能力。