實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能用戶側(cè)的降碳，是實(shí)現(xiàn)“3060”目標(biāo)最重要的一步，而節(jié)能降碳主要的模式就是綜合能源服務(wù)，這留給暖通空調(diào)建筑節(jié)能市場(chǎng)的空間是巨大的。傳統(tǒng)的能源管理系統(tǒng)主要是對(duì)電力、動(dòng)力以及水道進(jìn)行獨(dú)立管理，這種能源管理模式已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的能源管理需求。而科學(xué)的、智慧的能源管理作為現(xiàn)代化信息集成模式，既實(shí)現(xiàn)了對(duì)資源配置的優(yōu)化和能源的改善，還實(shí)現(xiàn)了單一設(shè)備節(jié)能向智能化、系統(tǒng)化等方向轉(zhuǎn)變。因此，綜合智慧能源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力能源系統(tǒng)、動(dòng)力能源系統(tǒng)等各個(gè)單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和監(jiān)測(cè)，預(yù)測(cè)與管理等全面的智能管理模式，從而為高質(zhì)量能源和服務(wù)奠定了良好的基礎(chǔ)。因此，該系統(tǒng)形成了動(dòng)態(tài)能源價(jià)格機(jī)制，利用電動(dòng)汽車負(fù)荷調(diào)節(jié)與儲(chǔ)存裝置，根據(jù)電力不同階段需求，保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行?？傮w上來(lái)說(shuō)，綜合智慧能源管理系統(tǒng)中應(yīng)用數(shù)字孿生，已經(jīng)成為綜合能源領(lǐng)域中的重要熱點(diǎn)問(wèn)題。

　　

　　數(shù)字孿生技術(shù)又指數(shù)字鏡像或數(shù)字雙胞胎，它是通過(guò)構(gòu)建復(fù)雜的物理實(shí)體以此實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)空間到虛擬數(shù)字空間的一種全息映射技術(shù)，并利用虛實(shí)信息連接，模擬出物理系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特征以及實(shí)時(shí)狀況。數(shù)字孿生技術(shù)還集成了數(shù)據(jù)采集功能、數(shù)據(jù)仿真以及數(shù)據(jù)通信等多種學(xué)科的一種系統(tǒng)性工程。其中，仿真是該項(xiàng)技術(shù)的核心能力，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、動(dòng)作以及狀態(tài)進(jìn)行擬實(shí)。

　　1.系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)　　

　　綜合智慧能源管理系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)如圖所示。首先，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以支持多種工業(yè)接口的應(yīng)用，如PLC接口、智能儀表接口以及在線分析儀接口、PDA接口、智能傳感器接口等。其次，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)支持西門(mén)子Profinet通信協(xié)議等所有的通信協(xié)議。此外，還可以根據(jù)實(shí)際需求和網(wǎng)絡(luò)的情況，實(shí)現(xiàn)有限組網(wǎng)模式、有線和無(wú)線的混合組網(wǎng)模式、無(wú)線組網(wǎng)模式等多種類型。最后，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)能源的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析和優(yōu)化控制管理。

▲綜合智慧能源管理系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖

　　

　　2.系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)　　

　　從系統(tǒng)軟件架構(gòu)方面來(lái)看，該系統(tǒng)的軟件架構(gòu)主要由能源實(shí)際管理、數(shù)據(jù)自定義、能耗信息報(bào)告以及終端能耗預(yù)警、能源監(jiān)控等構(gòu)成。具體如下圖所示。其中，從能源的實(shí)際管理方面來(lái)看，可以借助對(duì)不同類型能源介質(zhì)的單價(jià)或者動(dòng)態(tài)的價(jià)格更新，計(jì)算產(chǎn)品生產(chǎn)的能源成本。并借助外供與回收的指標(biāo)，對(duì)產(chǎn)品能源成本進(jìn)行綜合計(jì)算。從能源的情況方面來(lái)看，借助對(duì)能源數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)分析，可以為企業(yè)節(jié)能減排和綜合能源管理工作提供一定的數(shù)據(jù)支撐。從能源的監(jiān)控可視化方面來(lái)看，綜合智慧管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多種類型的能源介質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集和監(jiān)控，并利用數(shù)據(jù)可視化技術(shù)更加直觀地對(duì)能源數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

▲系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖

　　1.數(shù)據(jù)采集功能　　

　　此功能通過(guò)利用采集分類以及對(duì)能耗數(shù)據(jù)計(jì)量分項(xiàng)等，為能耗數(shù)據(jù)精細(xì)化管理提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)，保障了能源數(shù)據(jù)的可靠性。數(shù)據(jù)采集得到的數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)當(dāng)中，并且還可以上傳到大數(shù)據(jù)之中，便于相關(guān)人員對(duì)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)控與管理，便于上級(jí)管理部分對(duì)能源的數(shù)據(jù)匯總進(jìn)行統(tǒng)籌安排與管理。

　　

　　2.數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)功能　　

　　數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)功能的設(shè)計(jì)主要是利用數(shù)據(jù)表格與圖表的模式，將采集得到的相關(guān)數(shù)據(jù)在綜合智慧能源監(jiān)控平臺(tái)中進(jìn)行顯示和實(shí)時(shí)監(jiān)控，這對(duì)能源企業(yè)來(lái)說(shuō)具有非常重要的作用。而數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的精準(zhǔn)性會(huì)對(duì)工作人員把控現(xiàn)場(chǎng)具有重要的影響。因此，在綜合智慧能源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要可以做到及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)信息進(jìn)行更新，并將數(shù)據(jù)以圖表方式或者文章的形式，在顯示器上進(jìn)行顯示，使工作人員能夠更加直觀地從數(shù)據(jù)當(dāng)中獲得設(shè)備的信息，及時(shí)對(duì)相關(guān)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，能有效避免設(shè)備由于過(guò)熱或者電壓不足等情況發(fā)生故障，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　　

　　3.能耗統(tǒng)計(jì)分析功能　　

　　從能耗統(tǒng)計(jì)的方面來(lái)看，該功能主要是對(duì)能耗的數(shù)據(jù)、能耗分項(xiàng)以及區(qū)域能耗和能耗指標(biāo)等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。其中，還包含總能耗定比，也就是指實(shí)際消耗的能量所占據(jù)總能量的百分比，并利用百分?jǐn)?shù)的方式進(jìn)行表示。同時(shí)，總能耗主要用于綜合分析。因此，綜合智慧能源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并將統(tǒng)計(jì)完成的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中。這樣一來(lái)，用戶就可以利用數(shù)據(jù)管理軟件，直接實(shí)現(xiàn)對(duì)能耗比的信息進(jìn)行查詢，并做出相應(yīng)的決策，使得其工作效率得到提高。從能耗分析方面來(lái)看。綜合智慧能源管理系統(tǒng)可以利用不同分析算法工具對(duì)能源消耗的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算與分析。并將其能耗進(jìn)行分類成建筑能耗、區(qū)域能耗等類型計(jì)量數(shù)據(jù)，從而匯總成統(tǒng)一的能耗值。并根據(jù)總能耗、但能耗以及對(duì)標(biāo)定等相關(guān)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)能耗水平進(jìn)行綜合分析與對(duì)比。同時(shí)，在對(duì)比中利用標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)對(duì)比實(shí)現(xiàn)，并生產(chǎn)對(duì)應(yīng)的圖標(biāo)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)能耗數(shù)據(jù)的研究，為領(lǐng)導(dǎo)層的決策提供相應(yīng)的依據(jù)。

　　

　　4.智慧能源管理功能　　

　　在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程時(shí)，綜合智慧能源管理系統(tǒng)的應(yīng)用可以合理有效地利用能源，以此降低能源消耗，使得經(jīng)濟(jì)效益得到提升。同時(shí)，可以將能源計(jì)劃、能源的管控以及統(tǒng)計(jì)分析等下放到各個(gè)單位當(dāng)中，從而使得節(jié)能工作責(zé)任得到明確。并且還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同單位的能源消耗水平，設(shè)置定額用能實(shí)現(xiàn)，以此達(dá)到節(jié)能減排，使得能源的利用效率得到提升。

　　

　　5.智能故障診斷　　

　　智能分析功能主要包含了健康狀況分析、設(shè)備狀態(tài)分析以及故障診斷分析等3個(gè)功能構(gòu)成。其中，從設(shè)備的健康狀態(tài)方面進(jìn)行分析，可以利用數(shù)據(jù)采集平臺(tái)中所存儲(chǔ)的設(shè)備每項(xiàng)指標(biāo)狀態(tài)數(shù)據(jù)，展開(kāi)全面的分析，并對(duì)各個(gè)類型的指標(biāo)與設(shè)備之間建立起相關(guān)性分析，并實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的健康相關(guān)特征值，如特征頻率以及相位等進(jìn)行重點(diǎn)的監(jiān)控。通過(guò)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行以及狀態(tài)監(jiān)測(cè)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，構(gòu)建關(guān)于設(shè)備的健康評(píng)估模型，從而幫助運(yùn)維人員對(duì)設(shè)備的健康狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。從設(shè)備的狀態(tài)評(píng)價(jià)方面來(lái)看，可以結(jié)合預(yù)定的特征值，在線實(shí)時(shí)對(duì)歷史工況與當(dāng)前類似的工況進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)合大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析和時(shí)序預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。最后，從故障診斷方面來(lái)看，該功能主要利用傳感器和智能數(shù)據(jù)采集設(shè)備兩者之間進(jìn)行有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)多維在線監(jiān)測(cè)，從而實(shí)時(shí)地對(duì)設(shè)備的監(jiān)控狀態(tài)進(jìn)行反映出來(lái)。并以多級(jí)報(bào)警方式，告知相應(yīng)工作人員，以此實(shí)現(xiàn)故障遠(yuǎn)程診斷。

　　

　　6.智能監(jiān)控功能　　

　　智能監(jiān)控功能在綜合智慧能源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要包含了配電網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)控、分布式發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)控以及負(fù)荷監(jiān)控和儲(chǔ)能系統(tǒng)監(jiān)控等供熱供冷系統(tǒng)檢修監(jiān)控，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類型的能源系統(tǒng)設(shè)備工作狀態(tài)以及運(yùn)行的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并根據(jù)不同數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算。同時(shí)，將通過(guò)采集得到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)利用三維可視化技術(shù)進(jìn)行展現(xiàn)出來(lái)，以此使得信息的直觀性得到進(jìn)一步的提高。并借助平臺(tái)下發(fā)相應(yīng)的操作指令，進(jìn)行現(xiàn)在設(shè)備控制。同時(shí)，綜合智慧能源管理系統(tǒng)，通過(guò)利用電力系統(tǒng)、能耗系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)圖形畫(huà)面，將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的電壓值、電流值以及功率因數(shù)、電鍍等相應(yīng)的測(cè)量值在顯示屏上進(jìn)行直觀地顯示出來(lái)。以此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同回路的測(cè)量值、信號(hào)以及參數(shù)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，此外還能夠根據(jù)實(shí)時(shí)記錄，進(jìn)行故障報(bào)警和故障信號(hào)顯示。

　　1.仿真與混合建模技術(shù)　

　　在綜合智慧能源管理系統(tǒng)當(dāng)中數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用，將機(jī)械、電氣以及信息等多個(gè)類型的系統(tǒng)共同組成了智慧能源系統(tǒng)，通過(guò)全面綜合對(duì)多物理場(chǎng)機(jī)械能分析和建模，使得智慧能源系統(tǒng)所需要出傳遞的虛實(shí)信息，在數(shù)字孿生模型當(dāng)中進(jìn)行加載，并構(gòu)建出模型驅(qū)動(dòng)和按數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)兩者結(jié)合的驅(qū)動(dòng)模式，從而更加逼真。

　　

　　2.信息安全防御機(jī)制　　

　　綜合智慧能源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，還包括信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要依賴于網(wǎng)絡(luò)。并且，系統(tǒng)能夠正常地工作，還取決于信息交流的可靠性。如果，數(shù)據(jù)信息發(fā)生泄露的問(wèn)題，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的工作狀態(tài)受到印象。因此，這時(shí)就需要加強(qiáng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)攻擊的監(jiān)測(cè)，以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)防御技術(shù)進(jìn)行研究，這樣一來(lái)可以更好地面對(duì)網(wǎng)絡(luò)中存在的攻擊行為，以此為綜合智慧能源管理系統(tǒng)的安全提供保障。

　　

　　3.可視化與交互技術(shù)　　

　　數(shù)字孿生技術(shù)的數(shù)據(jù)仿真模型和一般數(shù)字仿真模型不同，數(shù)字孿生模型可以在虛實(shí)之間機(jī)械能交互。從而達(dá)到更新動(dòng)態(tài)演化的效果，以此真實(shí)地映射出物理世界的動(dòng)態(tài)效果。而可視化技術(shù)的應(yīng)用，可以為用戶提供更加清晰的視覺(jué)，實(shí)現(xiàn)算法與模型的可視化。

　　

　　4.多能協(xié)同優(yōu)化技術(shù)　　

　　建設(shè)優(yōu)秀教師隊(duì)伍，為國(guó)家培養(yǎng)更多高素質(zhì)人才，是教育事業(yè)改革發(fā)展的必然選擇，是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興中國(guó)夢(mèng)的重要基礎(chǔ)。

　　

　　5.數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)功能　　

　　在綜合智慧能源管理系統(tǒng)當(dāng)中，多能協(xié)同優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用，可以為用戶提供分布式的供能，并借助智慧能源管理系統(tǒng)的多能協(xié)同優(yōu)化調(diào)度策略，使得能源的利用效率得到提高，并達(dá)到不同類型的能源之間互相協(xié)調(diào)與互補(bǔ)。同時(shí)，在有效保障用戶的穩(wěn)定能源供給時(shí)，通過(guò)對(duì)可再生能源在綜合智慧能源管理系統(tǒng)當(dāng)中的占比以及利用率進(jìn)行提升，可以有效減少對(duì)不可再生能源的依賴，從而達(dá)到有效地節(jié)能減排目的。最后，利用合理的控制模型，還可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)，對(duì)分布式能源進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度以及主動(dòng)管理。