解决方案
Solution
一、建设目标
该项目通过智能化手段，全面提升企业的能源使用效率和安全管理水平，实现供配电系统的实时监控、外包公司用电考核、岸电系统智能化管理，以及全厂供电系统的安全预警和优化调度。
1、能源使用效率精细化：
平台将通过对生产车间及关键设备的实时能耗监控，提供精细化的用电数据分析，帮助企业优化电力资源分配，减少能源浪费。同时，平台将基于负荷数据和生产需求，动态调度电力负载，确保各环节的电力使用效率最大化，提高整体供电系统的运行稳定性。
2、用电计量考核精准化：
平台为外包公司提供独立的用电计量和考核功能，使用微信扫码或刷卡方式启用电源，精确记录每家外包公司的实际用电量。平台将对每家外包公司进行用电限额管理，实时考核其用电情况，确保公平、透明的用电制度，同时对办公区和休息区的用电实现独立计量与按量收费，减少能源浪费。
3、租户管理计费透明化：
平台将为船舶租户提供智能化岸电管理服务，租户可以通过平台注册并实时
监控自身的用电情况，系统自动按实际用电量计费，生成账单并支持在线支付。此外，管理人员能够通过平台远程控制船舶的电源，实现岸电系统的灵活开断和电力资源的精准分配，保障租户用电的透明性和灵活性。
4、安全监测预警敏捷化：
平台将全面监控全厂的电能质量，实时采集电压、电流、功率因数等关键数据，确保供电系统的稳定性与安全性。同时，平台提供漏电监测与电力异常预警功能，一旦出现异常，系统将立即发出报警并采取应急措施，保障供电安全，减少设备故障风险。
5、决策运营管理智能化：
平台通过整合实时用电数据，提供全面的数据分析与决策支持功能，帮助企业管理层精准掌握各个生产车间和租户的用电情况。系统生成详尽的能源使用报表和能耗分析结果，辅助管理层优化生产计划，制定更加科学的节能策略。同时，平台支持智能化运营管理，提升企业整体的运营效率和节能减排能力，确保供配电系统的稳定、高效运行。
二、系统架构
图2.1 系统架构
图2.2 各配电系统示意图
北船重工能源管控平台的系统，基于智能化、精细化和安全化的管理需求，涵盖从数据采集到应用控制的完整层级。该平台通过多层架构的协同运作，实现对全厂供配电系统的实时监控、能源管控和安全预警，确保供电系统的稳定运行和能源使用的高效性。系统架构主要由感知层、网络传输层、边缘计算层、平台层、应用服务层组成，每一层级各司其职，共同构建一个智能化的能源管控体系，推动北船重工实现绿色、高效、智能化的电能管理。
数据感知层，负责供配电系统中的数据采集与实时监控。该层通过部署智能电表、漏电监控传感器、温湿度传感器以及电流、电压传感器等设备，实现对全厂电力系统的多维度监控，不仅可以实时获取生产车间、岸电系统和外包公司用电场景中的电能数据，还能监测电能质量、设备健康状态和电力异常情况，为后续的数据处理和平台应用提供可靠的实时信息来源。
网络传输层承载着感知层数据的高速、稳定传输任务，是系统内各层信息交互的桥梁。北船重工的供配电系统分布广泛，生产车间、岸电设施及外包公司用电点之间的距离较大，因此需要通过工业以太网、光纤网络和无线网络（如Wi-Fi、4G/5G）等实现高效数据传输。该层使用工业标准通信协议（如MODBUS、IEC 61850）确保设备之间的互联互通，支持数据实时、无延迟的传输，同时保证数据的完整性与安全性。
边缘计算层，负责对感知层采集的海量数据进行初步处理与分析。通过边缘计算技术，系统能够对电力负荷、用电量和设备状态等原始数据进行本地化的初步处理，包括：聚合、过滤和简化，减少数据传输的带宽需求和响应时间。
平台层是系统的核心管理层，承担整个供配电系统的数据管理、分析和优化功能。通过数据分析、能耗管理和安全预警等模块，实时分析电能使用情况，生成能耗报表，为外包公司和船舶租户提供精准的用电计量和账单计算。此外，该层通过数据加密、用户权限管理、防火墙和入侵检测等手段，有效防止未经授权的访问和网络攻击，保护系统的稳定运行。尤其是在北船重工这样的大型工业场景中，供配电系统的安全至关重要，安全层的多重防护机制能够确保数据的机密性和完整性，降低潜在的安全风险。
最后，应用服务层为企业管理人员、技术运维团队及外包公司和租户提供友好的操作界面。用户能够实时监控整个供配电系统的运行状态，包括能耗趋势、设备健康状态、异常预警等。外包公司和船舶租户可以通过平台进行注册，使用微信扫码或刷卡方式控制电源，并查看用电账单。应用层不仅提升用户的交互体验，还通过远程操作功能使管理人员能够随时随地控制和调度电力资源，确保系统运行的灵活性和可控性。
北船重工能源管控平台通过多层次架构的联动，实现对供配电系统的全方位智能管理。该平台不仅提升供电系统的稳定性和能源利用效率，还通过精细化用电考核为企业节约成本、减少能源浪费，为北船重工打造一套高度集成的电能管理解决方案，助力企业实现智能制造和绿色发展目标。
三、平台概述
本方案旨在构建一个智能化的能源管控平台，该平台针对北船重工复杂的供配电环境，基于智能化、精细化和安全化管理需求，集成实时监控、数据采集、能源审计和安全预警等功能，覆盖从生产车间到岸电系统的全方位电力管理需求，实现对全厂供配电系统的实时能耗监控、设备健康管理和精细化用电考核，帮助企业提高能源使用效率，优化电力资源分配。平台具备强大的计量与考核功能，能够对外包公司和岸电租户的用电进行精细化管理和计费。通过电能故障预警功能，平台能够及时发现并定位电流、电压异常等潜在问题，提供设备健康诊断和预防性维护建议，保障供电系统的稳定性和安全性。
3.1 平台功能构架
该系统采用分布式运算架构，涵盖数据采集与存储、数据处理、分析和决策等功能，各个子系统相对独立，确保稳定性与高效性。系统通过精准监控供配电系统的各个关键环节，优化电能质量管理，降低设备故障率，并有效降低运维成本和风险。平台的智能调度和电能考核功能使得外包公司和岸电租户的用电管理更加透明，最终助力北船重工实现供配电系统的高效、安全、智能运维。
图3.1 北船重工供配电系统智能化管控平台功能架构
3.2 平台功能概述
3.2.1 实时监控
实时监控功能，旨在对全厂供配电系统进行全方位、多维度的动态监测，确保系统的安全、稳定运行。在北船重工供配电系统的关键位置实时采集电压、电流、功率因数、频率、功率、谐波等各类电能参数，同时获取环境数据（如温度、湿度等），确保供配电系统的运行环境稳定。该系统实现全厂范围内的全面覆盖，涵盖生产车间、岸电系统、外包公司区域、配电室、变压器等关键节点，提供多层次、分级监控能力。管理人员可以通过系统进行全局电力监控，也可以对特定车间或设备进行精细化管理，全面掌控电力使用情况，并及时响应异常情况，提升电力管理效率与安全保障。
图3.2 平台实时监控
3.2.2 电力组态
电力组态功能是能源管控平台的关键模块，通过高度集成的可视化技术与实时数据采集，全面实现供配电系统的智能化监控与管理。该功能利用矢量图形技术动态展示电气单线图，将各级配电节点、关键设备的运行状态、实时电力数据（如电压、电流、功率、频率等）以直观方式呈现给管理人员，支持对设备和支路的全面监控。平台具备灵活的增删改查功能，允许管理人员根据系统变化及时调整各层级支路和设备的配置，实现电能参数的动态优化。同时，电力组态功能支持运行模式、编辑模式等，提供对重要电气设备的参数设置，支持远程控制操作，确保系统在高负荷运行下的安全稳定。通过实时电能监测与故障预警机制，电力组态功能能够优化电力资源分配，提升系统运行效率，并大幅降低故障率和运维成本，为北船重工的供配电系统提供高度可靠、灵活的管理手段。
图3.3 电力组态可视化展示
3.2.3 能源审计
能源审计与能耗分析模块，专门用于对全厂范围内的能耗数据进行深入的审计、分析与优化管理。该模块通过对实时采集的电能数据进行自动化处理，生成详细的能耗趋势图、负荷曲线及分时用电分析报表，帮助企业精准掌握各生产车间、设备以及外包公司在不同工况下的用电情况。系统不仅支持对单个设备的能耗追踪，还能够对特定生产环节、区域或时间段进行横向、纵向对比分析，从而发现潜在的能耗异常或浪费点。基于时序记录的历史态能耗数据进行统计分析，挖掘能耗问题，评估负载和线路的运维状态，生成综合性分析报告，辅助企业制定科学的节能策略。通过优化电力资源调度，最大限度减少能源浪费，实现能效提升，最终降低企业的综合用电成本，同时满足节能减排目标。
图3.4 平台能源分析
3.2.4 计量考核
计量考核功能模块通过精细化的用电计量和科学的考核机制，针对外包公司和岸电租户实现独立用电监控、透明计量和严格考核。该模块通过实时记录各个用电实体的电能消耗情况，生成详细的用电报表，确保用电数据的准确性和可追溯性。系统根据预设的用电限额和考核标准进行自动化对比，超出限额时触发预警或限制措施。计量考核模块还具备自动生成账单和实时用电查询功能，确保用电公平化和透明化，同时优化电力资源分配，防止无界限用电和能源浪费现象。
外包公司用电计量与考核流程：针对外包公司的用电管理，计量与考核模块独立监控每个外包单位的用电情况，确保用电透明化。外包公司通过微信扫码或刷卡（一户多卡）的方式进行电源开断操作，系统能够精准记录每次用电的启动和断电时间以及相应的用电量。系统支持为不同外包公司设置用电限额和分时计量，并根据实际使用情况自动生成月度或指定周期的用电报表。通过自动化考核机制，系统将用电量与预设的考核标准进行对比，当外包公司的用电量超出限额时，系统会自动触发预警或其他限制措施。该考核流程不涉及具体收费问题，平台仅负责提供超限结果，最终如何处理超限部分（如交费或其他补偿方式）则由企业管理人员决定。此功能有效防止无界限用电，确保能源资源的合理使用。
图3.5 场地用电计量考核步骤
岸电租户用电计量与考核流程：针对岸电租户，平台为每艘停泊的船舶提供独立的用电计量功能。租户需在平台上进行注册并获得独立账户后，方可通过系统接入岸电电源。系统自动识别船舶的接入状态，并根据其用电需求实时记录用电量。租户可以通过平台实时查看船舶的用电情况，包括当前用电量、累计用电量以及历史数据。平台在用电过程中持续生成账单，支持租户随时查看费用明细，并通过系统进行在线支付，系统按实际用电量自动结算费用，确保收费的透明性和精确性。只有在完成充值或支付后，租户才能继续使用岸电资源。通过这种独立的计量与自动化支付模式，平台有效保障岸电能源的合理分配和透明管理，确保了租户用电过程的高效管理与精确计量。
图3.6 岸电租户用电管理步骤
3.2.5 智能用电故障预警
智能用电安全预警管理，专注于全厂供配电系统的全方位安全运行监控，覆盖变压器、母线、电缆、开关等关键设备的运行状态。系统通过内置的智能监测设备和故障诊断算法，实时采集和分析电气参数，包括漏电流、绝缘状态、电压波动和电流异常等数据。对于漏电监测，系统能够及时捕捉到配电线路或设备中的漏电现象，并迅速定位故障源，确保故障发生时能够第一时间报警通知管理人员。绝缘监测则通过检测设备的绝缘状况，提前发现绝缘老化或损坏的潜在风险。
系统具备先进的故障预测与实时分析功能，通过对历史数据与当前状态的结合分析，及时发现设备或线路绝缘劣化、接地不良等潜在隐患，防止安全事故的发生，实现对全厂电力系统的全天候动态安全监控，提升电气设备的安全性和稳定性，并通过预防性维护措施，有效减少意外停电或设备故障的风险，保障生产的连续性与安全性。
图3.7 平台智能运维模块流程
3.2.6 安全权限管理
平台通过多层次的用户权限管理机制，确保不同级别的用户只能访问与其权限相符的系统功能与数据。管理员可以精细化分配权限，针对不同角色（如管理人员、操作员、外包公司、岸电租户）设置特定的访问范围和操作权限，防止未经授权的访问，确保数据和功能使用的安全性。
同时，系统采用先进的数据加密技术，保证数据在传输和存储过程中始终处于加密状态，防止数据在网络传输中被窃取或篡改，确保信息的机密性。配置防火墙和入侵检测系统能够有效监测并拦截可疑的网络攻击行为，保障系统免受外部威胁。该模块还记录用户的操作日志，跟踪所有用户的访问与操作行为，为事后审计和故障排查提供依据，进一步提升系统的安全管理能力。
四、实施步骤
图4.1 实施步骤
n 调研阶段：深入了解当前北船重工供配电系统管理和监控的实际需求与面临的挑战，收集运行、维护和管理的现状数据、识别存在的痛点和需求；
n 分析阶段：基于调研结果，确认项目的具体目标，并制定详细的实施规划；
n 定义阶段：确定系统功能模块、用户需求文档、项目范围说明书等核心文档，并明确每个阶段的里程碑和可交付物；
n 设计阶段：进行详细的技术设计和业务流程设计；
n 开发阶段：根据设计阶段确定的方案进行软件开发、硬件配置、系统集成以及全面的系统测试；
n 实施阶段：将解决方案部署到生产环境中，并提供全面的培训支持；
n 优化阶段：继续跟踪系统的运行情况，收集用户反馈，进行持续改进。
五、效益预测
北船重工能源管控平台的实施将为企业带来显著的经济效益、管理效益和安全效益，提升整体运营效率，并推动智能化、绿色化发展。
1）能源使用效率提升：通过实时监控和精细化管理，平台将显著减少能源浪费。预计生产车间、外包公司及岸电系统的用电效率将提升10%-15%。通过动态负荷调度，系统能在高负荷时段合理分配电力资源，避免供电过载或能源浪费，预计可降低整体电能消耗5%-10%。
2）成本节约与经济效益：通过对外包公司和岸电租户的精确用电计量和按量收费，企业能够有效避免不透明的电力消耗，同时将租户的电费收缴效率提升至100%。能耗透明化后，相较于改造前的用能水平，预计每年可以为集团节约15%-20%的电力成本。此外，优化的负荷管理和调度将减少设备的高负荷运行，延长设备使用寿命，进一步降低维护成本和设备更换费用。
3）安全性与设备可靠性提升：平台的实时监测和预警系统将有效降低供电系统的故障率。通过对电能质量、漏电情况和电流、电压异常的监测，系统可以在潜在风险发生之前进行预警并采取应急措施，预计故障率可降低20%-30%。这将减少生产停工时间，确保企业的连续生产，并大大减少因故障导致的经济损失。
4）管理效益提升：平台将实现对全厂用电情况的精细化监控和数据化管理，管理人员能够通过详细的能耗分析和报表，做出更科学的决策。外包公司与船舶租户的用电考核与计费透明化将提高管理效率，减少管理成本。管理自动化程度的提高预计将为企业减少20%-25%的人工管理成本，并提高供配电系统的整体运营效率。
5）智能化与绿色发展：平台的智能调度和节能管理将支持北船重工实现绿色制造目标，助力企业完成节能减排任务。通过智能化能源管理，企业预计可以减少10%-12%的碳排放量，符合国家“碳达峰”“碳中和”目标，为企业在行业内树立智能化、绿色化发展标杆。
6）能源数据资产沉淀：做为企业数字化转型的成果之一，能源数据在企业发展过程中发挥着极其重要的作用，是企业积累沉淀出的最重要的数据资产之一。该平台项目的实施不仅为企业衍生出大量珍贵的能源数据，更可以结合数能e云不断更新迭代的能效算法和知识体系整合形成行业大数据模型，为未来人工智能的发展提供数据支撑和算力底座，进一步优化产业结构，促进企业数字赋能。
综上所述，项目的实施将带来多方面效益，不仅可以大幅提升北船重工的能源管理水平和用电效率，降低能源浪费和运营成本，还能有效提高供电系统的安全性与稳定性，减少生产风险和设备损坏。平台的智能化管理将助力企业实现节能减排，为绿色发展奠定坚实基础，并提升企业的整体竞争力和可持续发展能力。
