有色企业能效监测系统的开发与实现.pdf

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1、摘要 摘要 有色企业是高能耗企业，随着能源价格的上涨和国家相关节能政策法规的出台，作 为广东省重点能耗监督企业的佛山市某有色企业，节能减排任务重、压力大。建设能 效监测系统，是该企业实行节能减排的重要举措，本文以该企业为具体研究对象，研 究有色企业节能减排方法和能效监测系统的软件实现。 在研究国内外能源管理研究现状和发展趋势的基础上，借鉴其他企业成功实现能源 管理系统的先进经验，分析企业节能减排措施，本文提出了针对某有色企业的能效监 测系统架构和实现方案。系统从电能质量分析和通过管理节能两方面着手设计，利用 V C + + 以及S S H + E x t J S 框架技术，开发实现有色企业能源

2、数据采集系统和能效监测系统。 通过安装在现场的能源采集终端，实时采集企业电力、水、氮气、压缩空气等各类能 源信息，构建企业能效实时数据库。基于能效数据库，系统对电压偏差、三相不平衡、 谐波、功率因数等电能质量指标进行分析，实现了电能质量分析、用能单位管理、能 耗统计、能效对标、设备负载率等功能，为企业能效监测系统集过程监控、能源调度、 能效对标的一体化管理提供了坚实基础。同时，本文对影响企业电力能效的主要因素 之一的谐波进行了分析和仿真，给出了电力谐波在有色企业节能中的理论依据。 本文的研究成果将促进某有色企业建立现代企业能源管理体系，对降低企业能源消 耗，促进企业节能减排有重大意义。同时，对

3、有色行业在节能减排方面具有良好的示 范作用和推广借鉴意义。 关键字：能效监测；数据采集；电能质量；谐波 广东工业大学硕士学位论文 A b s t r a c t N o n f e r r o u sm e t a l se n t e r p r i s e sa r et h eh i g he n e r g yc o n s u m p t i o ne n t e r p r i s e s ，、) l ，i mt h er i s i n g o fe n e t a n dt h e ) e f f o r m i no fe n e r 。 a o l i c y o n -

4、f e r r o u se nter)risepnce o fe n e r g ya n d ep e r t o r m m go te n e r g ys a v m gp O l i C yo n en o nt e r r o u se n t e r p r i s em ， - F o s h a nC i t yw h i c hi so n eo ft h ee n e r g yc o n s u m p t i o ns u p e r v i s i o ne n t e r p r i s e sb yG u a n g d o n g P r o v i n c

5、 eg o v e r n m e n tm u s tw o r kh a r dt os a v ee n e r g ya n dr e d u c ee m i s s i o n T h ed e v e l o p i n g o fe n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e mi sa l li m p O r t a n ta c t i o nt oi m p l e m e n te n e r g y s a v i n ge m i s s i o n T a k i n gt h i se n t e r p r i s e 嬲ar

6、 e s e a r c ho b j e c t ，t h i sa r t i c l er e s e a r c h e se n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m w h i c hs u i t st on o n f e r r o u se n t e r p r i s e s B a S e do nc o m p r e h e n d i n go ft h ec u r r e n tr e s e a r c hs t a t u sa n dd e v e l o p m e n tt e n d e n c yo f d

7、 o m e s t i ca n df o r e i g ne n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m ，t h i sa r t i c l ep r e s e n ta ne n e r g ym a n a g e m e n t s y s t e ms t r u c t u r ea n d i t si m p l e m e n t a t i o nf o ro n en o n f e r r o u se n t e r p r i s er e f e r e n c e do t h e r m a t u r ee n

8、e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m T h i ss y s t e md e s i g n e d 、析t l lp O w e rq u a l i t ya n a l y s i sa n d s a v ee n e r g yb ym a n a g e m e n tt w op r i n c i p l e s ，u s e dV C + + a n dS S H + E x t J Sf r a m e w o r k t e c h n o l o g y T h r o u g ht h ei n s t a l l a t i

9、 o n o ft h ee n e r g yd a t aa c q u i s i t i o nt e r m i n a la ts i t e ， c o n s t r u c t sar e a lt i m ed a t a b a S eo fp O w e r , w a t e r , n i 仃o g e n ，c o m p r e s s e da i ra n do t h e rt y p e so f e n e r g yi n f o r m a t i o n B a S e do nt h ed a t a b a S e ，t h es o t t

10、 w a r ea n a l y s i sp O w e rq u a l i t y 嬲v o l t a g e d e v i a t i o n , t h r e ep h a S eu n b a l a n c e ，h a r m o n i cw a v e s ，p O w e rf a c t o r T h i ss y s t e mi m p l e m e n t f u n c t i o n sa sp O w e rq u a l i t ya n a l y s i s ，u s e rm a n a g e m e n t , e n e r g y

11、c o n s u m p t i o ns t a t i s t i c s ，e n e r g y e f f i c i e n c ys t a n d a r d , e q u i p m e n tl o a dr a t ea n dS Oo n E s p e c i a l l y , t h i sa r t i c l ea n a l y s i sa n d s i m u l a t et h ei m p a c to fh a r m o n i cw a v e st Oe n t e r p r i s ee n e r g ye f f i c i

12、e n c y T h er e s e a r c hr e s u l to ft h i sa r t i c l ei s v e r yi m p O r t a n tt Oo n en o n - f e r r o u se n t e r p r i s e s ，i t e s t a b l i s h e dam o d e me n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e ma n dh e l p sal o to ne n e r g yc o n s e r v a t i o na n d e m i s s i o nr e

13、d u c t i o n T oo t h e rn o n - f e r r o u so rr e l a t e de n t e r p r i s e s ，t h er e s e a r c hr e s u l ti sag o o d d e m o n s t r a t i o n K e yw o r d s ：E n e r g yM a n a g e m e n tS y s t e m ；E n e r g yD a t aA c q u i s i t i o n ；P o w e rQ u a l i t y ； 目录 目录 摘要I A b s t r

14、a c t I I 目录I I I C o n t e n t s V I 第一章绪论1 1 1 课题研究背景与现实意义1 1 2 国内外研究现状。3 1 2 1 国外研究现状。3 1 2 2 国内研究现状4 1 3 本文主要研究内容与结构5 1 3 1 本文主要研究内容。5 1 3 2 本文结构。5 第二章有色企业能效概况7 2 1 有色企业概况7 2 2 企业能耗类型7 2 3 企业能效管理现状8 2 4 电能质量对企业能效影响9 2 4 1 电压偏差对能效的影响9 2 4 2 三相不平衡对能效的影响9 2 4 3 谐波对能效的影响1 0 2 4 4 功率因数对能效的影响。l1 2 5 企

15、业通过管理节能分析。1 2 第三章系统总体方案设计l4 3 1 系统设计原则1 4 3 2 系统技术选型1 5 3 2 1B S 结构15 3 2 2J 2 E E 简介16 广东_ x4 l , 大学硕士学位论文 3 2 3 数据库选型一1 6 3 3 系统总体架构1 7 3 4 采用的关键技术一l8 3 4 1S S H 框架l8 3 4 2E x t J S 框架1 9 3 4 3S S H 与E x t J S 框架的集成o 。1 9 第四章能源数据采集系统开发与实现。2 l 4 1 系统概述2 1 4 2 系统结构2 2 4 3 系统软件实现2 4 4 3 1 通信设置功能2 4 4

16、 3 2 数据操作功能2 7 4 3 3 数据存储功能3 3 第五章能效监测系统开发与实现一3 6 5 1 系统概述3 6 5 2 系统结构3 6 5 3 系统软件功能3 7 5 3 1 用能单位管理3 7 5 3 2 能耗统计功能3 7 5 3 3 能效对标功能。3 8 5 3 4 电能质量分析4 0 5 3 5 设备负载率功能4 3 第六章谐波对能效的影响分析一4 5 6 1 谐波数据采集4 5 6 2 谐波畸变率4 6 6 3 系统仿真4 7 6 4 仿真结论分析4 9 结论5 0 参考文献5 2 I V 目录 攻读学位期间发表论文5 5 学位论文独创性声明：5 6 学位论文版权使用授权

17、声明5 6 致谢5 7 V 广东工业大学硕士学位论文 C o n t e n t s A b s t r a c tI nC h i n e s e I A b s t r a c tI nE n g l i s h I I C o n t e n t si nC h i n e s e I I I C o n t e n t si nE n g l i s h V I C h a p t e r lI n t r o d u c t i o n 1 1 1T h eB a c k g r o u n da n dS i g n i f i c a n c eo f T h eR e s e

18、a c h 1 1 2R e a e a r c hS t a t u sI nD o m e s t i ca n dA b r o a d 3 1 2 1R e a e a r c hS t a t u sA b r o a d 3 1 2 2R e a e a r c hS t a t u sI nD o m e s t i c 4 1 3T h eS 仃u c 仃u ea n dM a j o rC o n t e n to f T h i sA r t i c l e 一5 1 3 1M a j o rC o n t e n to f T h i sA r t i c l e 5 1

19、 3 2T 1 1 eS t m c 仇l eo f T l l i S A r t i c l e 一5 C h a p t e r 2T h eE n e r g yC o n s u m p t i o no fN o n - f e r r o u sE n t e r p r i s e 7 2 1E n t e r p r i s eO v e r v i e w 。7 2 2E n e r g y T y p eo f T h i sE n t e r p r i s e 7 2 3T h eS i t u a t i o na n dP r o b l e mo f T h i

20、 sE n t e r p r i s ei nE n e r g yM a n a g e m e n t 8 2 4T h eI n f l u e n c eo fP o w e rQ u a l i t yt oE n e r g yC o n s u m p t i o n 9 2 4 1T h eI n f l u e n c eo f V o l t a g eD e v i a t i o nt oE n e r g yC o n s u m p t i o n 9 2 4 2T h eI n f l u e n c eo fU n b a l a n c e dT h r e

21、 e p h a s et oE n e r g yC o n s u m p t i o n 9 2 4 3T h eI n f l u e n c eo fH a r m o n i cW a v e st oE n e r g yC o n s u m p t i o n 10 2 4 4T h eI n f l u e n c eo fP o w e rF a c t o rt oE n e r g yC o m u r n p t i o n 11 2 5S a v eE n e r g yB yM a n a g e m e n t 1 2 C h a p t e r 3T h e

22、S c h e m e o fT h i sS y s t e m 14 3 1T h eP r i n c e p l et oD e s i g n 1 4 3 2T h eS e l e c t i o no f T e c h n o l o g y 1 5 3 2 1B SS 缸u C 臼1 l e 1 5 3 2 2J 2 E EO v e r v i e w l6 C o n t e n t s 3 2 3 D a t a b a s eS e l e c t 16 3 3T h eS t m c t r u eo f T h eW h o l eS y s t e m 1 7

23、3 4K e yT e c h n o l o g y 18 3 4 1S S HF r a m e W o r k 18 3 4 2E x t J SF r a m e W o r k 19 3 4 3I n t e g r a t i o no fS S Ha n dE x t J SF r a m e W o r k 19 C h a p t e r 4D e v e l o p m e n ta n dI m p l e m e n t i o no fE n e r g yD a t aA c q u i s i t i o nS y s t e m 21 4 1E n e r g

24、yD a t aA c q u i s i t i o nS u b s y s t e mO v e r v i e w 21 4 2T h eS n l J c t l m eo fE n e r g yD a t aA c q u i s i t i o nS u b s y s t e m 2 2 4 3I m p l e m e n t i o no fT h eS y s t e m 2 4 4 3 1C o m m u n i c a t i o nF u n c t i o n 2 4 4 3 2D a t aM a n i p u l a t eF u n c t i o n

25、 2 7 4 ：I 3D a t a S a v eF u n c t i o n ：；：； C h a p t e r 5D e v e l o p m e n ta n dI m p l e m e n t i o no fE n e r g yM a n a g e m e n tS y s t e m 3 6 5 1E n e r g yM a n a g e m e n tS y s t e mO v e r v i e w 3 6 5 2S 臼u c n l l eD e s i g n 3 6 5 3 F u n c t i o n so f T h eS y s t e m 3

26、 7 5 3 1U s e rM a n a g e m e n t 3 7 5 3 2E n e r g yC o n s u m p t i o nS t a t i s t i c sF u n c t i o n 3 7 5 3 3E n e r g yC o n s u m p t i o nC o m p a r eF u n c t i o n 3 8 5 3 4P o w e rQ u a l i t yA n a l y s i sF u n c t i o n 4 0 5 3 5L o a dF a c t o rF u n c t i o n z l ：I C h a p

27、 t e r 6T h eI n f l u e n c eo fH a r m o n i cW a v e s t oE n e r g yC o n s u m p t i o n 4 5 6 1H a r m o n i cW a v e sD a t aA c q u i s i t i o n 4 5 6 2A b e r r a t i o nR a t eo fH a r m o n i cW a v e s 4 6 6 3S i m u l a t i o n 4 7 6 4C o n c l u s i o no fS i m u l a t i o n 4 9 C o n

28、 c l u s i o n 5 0 R e f e r e n c e ! ；：2 广东工业大学硕士学位论文 P a p e r P u b l i s h e dD u r i n gG r a d u a t eS t u d e n t 5 5 D e c l a r a t i o no fO r i g i n a lC r e a t i o n ：5 6 A u t h o r i z a t i o no fD e g r e eT h e s i sC o p y R i g h t 5 6 A c k n o w l e d g m e n t 5 7 第一幸绪论 第一章

29、绪论帚一早珀了匕 1 1 课题研究背景与现实意义 能源是现代工业和社会的支撑和动力，是人类进步、经济发展不可或缺的重要物 质基础。本世纪以来，世界能源需求大幅增长，据估算，到2 0 3 0 年世界能源消耗将比 2 0 0 2 年增长6 0 以上。世界各国，尤其是大国，对能源形势都十分关注。当前，受经 济发展和人口增长的影响，世界一次能源消费量不断增加；世界能源消费也以不同的 方式增长，已经进入后工业化社会的发达国家，产业结构已经朝向低耗能、高产出发 展，能源消耗增长速度明显低于发展中国家；世界能源储藏虽然暂时还较丰富，但能 源开采、加工、交易和运输成本不断提高；能源消耗量的不断增加和能源储藏地

30、域集 中度的越来越高，使得各国对能源的争夺空前激烈，争夺手段也越来越复杂，同时， 化石能源对环境的污染和全球气候的影响将日趋严重。能源资源的有限性、储藏地域 的不平衡性、能源资源储藏地与经济中心的地域分布错位、大国间资源的争夺与利益 纠葛等，使得能源的意义不再仅仅限制在经济领域，更具有一定的政治色彩，非供求 因素影响增大。 能源与环境问题已成为当今社会普遍关注的热点。在目前全球化能源日趋紧张的 形势下，节能减排已变得十分紧迫。从能源环境及生态环境的破坏对人类造成负面影 响之后，人们一方面重新把未来的希望寄托在开发新能源上，另一方面也大力着手于 节能减排、节能管控技术的研究。节能减排关系到经济社

31、会可持续发展和人民群众的 切身利益。虽然我国节能减排已初见成效，但面临的形势仍然相当严峻。对于企业来 说，节能即意味着减少浪费，节约成本；对于国家来说，有助于缓解能源供应和建设 压力，节约社会资源，更有利于国民经济健康持续发展。 我国是世界能源消耗大国之一，早在2 0 0 3 年我国的能源消耗总量已经超过日本跃 居世界第二位。近年来，我国能源供需紧张，今后我国将面临更加突出的能源供求矛 盾。尽管我国的水、煤、石油的储藏量均居于世界前列，但是我国人口众多，使得几 乎所有能源资源的人均占有量都不到世界平均水平的一半，并且我国能源利用率非常 低。如果能源消费保持本世纪以来平均8 9 的增速，则2 0

32、 2 0 年我国能源消耗将达近 8 0 亿吨标煤，占目前世界能源消费总量的一半以上。即使我们能够持续实现每五年G D P 广东工业大学硕士学位论文 单耗下降2 0 ，在2 0 2 0 年之后，中国的能源消费也将占世界的3 0 以上。如果沿袭原 来的发展模式，资源将难以为继，环境将不堪重负。目前的能源消费趋势难以持续， 我国能源发展思路必须进行重大调整。为支撑经济社会的可持续发展，必须对能源消 费提出必要的总量控制目标，统筹发展的速度、产业结构和消费模式乜羽。因此，大力 发展节能降耗、提高资源能源利用效率成为中国发展的必然选择。 能源就如企业的“血液“ ，对于企业的正常运作必不可少，因此在大型工

33、业企业中 能源管理部门占据着非常重要的地位。能源成本是大型的工业企业成本的重要组成部 分，随着技术的进步，企业对能源的管理需求也在不断提高，不管从能源资源的节约， 或是企业成本降低，还是提高企业经营效益的角度考虑，能源管理对企业而言都是非 常重要的。目前，我国大部分企业的能源管理还是企业管理的薄弱环节，管理手段落 后，信息化水平低，能源信息处理效率低下，对能源消耗信息的记录和管理以人工为 主，数据停留在纸面形式，缺少对设备运行情况的记录和统计，没有形成有效利用能 源消耗数据深入分析能源系统的运行状况的高效分析决策机制。因此提高企业能源管 理信息化水平，建设管理科学、使用合理的能源管理系统，有效

34、地节约能源，已是企 业技术升级改造的重要课题。信息技术的快速发展，特别是功能强大的计算机网络技 术发展，为企业能源管理信息化提供了技术保障，积极研究现代化能源管控系统，实 施能源数据的自动采集，形成对能源消耗情况的不间断监控，准确、及时地对数据进 行分析，在此基础上做出能源预测、决策，实现功能强大、信息化水平较高企业能源 管理系统，为企业降低成本、节能减排做出贡献。 我国目前正处于经济高速增长的时期，持续高速增长的同时也伴随着能源紧张和 环境恶化的巨大压力，而面对这一挑战的最有效、经济的办法之一是在企业通过配备 实时的能耗监测、管理、控制系统，建设现代能源管理体系。研究如何推广企业节能 降耗、

35、企业终端用户节能管控，建立企业能源管控体系，吸取先进国家节能管控和节 能减排的先进经验与教训，通过优化控制和管理，提高能源使用效率，帮助企业降低 运营成本，实现节能增效、清洁生产的目标，对促进经济健康、绿色发展具有重大的 现实意义。 2 第一幸绪论 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 国外著名企业和机构针对能源管理进行深入研究，早在1 9 9 3 年至1 9 9 5 年，美国 电力科学研究院E P R I ( E l e c t r i cP o w e rR e s e a r c hI n s t i t u t e ) 做了一个课题，针对全美2 4 种不同供电企业的2 7

36、7 个监测点进行了数据收集和统计分析，研究系统性能如何监测、 特殊的电能质量问题如何监测、为提高供电的服务质量如何监测等等，这个研究成果 成为美国开展电力能源质量监测、管理、分析的指导方针。随后，E P R I 又针对不同的 数据采集源研究制定电力能源质量数据交换格式P Q D I F ( P o w e rQ u a l i t yD a t a I n t e r c h a n g eF o r m a t ) ，该格式被I E E E 采纳并将其作为标准来制定，目前，某些制造厂 家已采用了这种P Q D I F ( P o w e rQ u a l i t yD a t aI n t

37、e r c h a n g eF o r m a t ) 标准格式。据介绍，近 年来，基于W E B 网络技术、采用P Q D I F 标准格式的在线监测系统有成功的应用实例 ( 如应用于美国著名的电力公司T V A - T e n n e s s e eV a l l e yA u t h o r i t y 的S i g n a t u r e S y s t e m T M ) 。 在欧美、日本等工业发展较早的发达国家，企业能源管理系统最早运用在冶金行 业，冶金企业利用集管理和控制功能于一身的能源管理系统进行能源管理，已经有不 少的成功案例。其他冶金企业和高耗能企业也纷纷效仿，加快企业能源管理的信息化 建设。目前，发达国家能源管理系统中的计算机应用已经脱离了简单的财务、仓库管 理甚至单纯的生产能耗管理。这些企业的管理信息系统倾向于把诸如生产、物流、财 务、仓库等各个子系统集成到一个大的管理系统中，通过各个子系统内在的联系整和 成一个互相关联的