在“双碳”目标背景下，传统造船行业通过一系列节能措施促进这一目标的实现。通过现场调研摸排船厂用电现状，分析用电特点和用户实际需求，对4座10kV配电站和17座10/0.4kV变电站进行升改造，组建数据采集及传输网络并搭建电能管理与监控系统软件平台，实现对船厂电能的优化管理和状态监控，确保船厂的用电安全，降低船厂用电能耗，提高经济效益。

　　2020年的联合国气候峰会上，我国提出了力争在2030年达到碳峰值，2060年实现碳中和的“双碳”目标。围绕这一目标，国家出台了一系列的文件，指引各行各业优化产业结构，发展绿色经济，实现高质量发展。作为我国整体碳排放的重要组成部分，船舶行业采取了一系列节能减排措施，将对“双碳”目标的实现发挥重要促进作用。

　　传统的造船企业是用能大户，在能源利用方面存在以下问题：采集自动化水平落后，人工抄表的可靠性低，仪器仪表老化甚至损坏，无法实现计量；对企业用能管理仅凭经验，缺乏有效的数据支撑；“跑冒滴漏”等现象频繁。传统造船企业要克服在能源使用和管理等方面的弊端，采用数字化手段，加快数字化转型，打造智能船厂数字化平台，实现生产制造全过程全周期的透明、节能、安全、有效。

　　电力能源是船厂电、水、气三大用能之一，车间设备、照明、生产生活用电等各方面的用电量消耗巨大，因此电力能源的管理与监控将很大影响到船厂生产制造的节能潜力，影响船厂的整体碳排放。目，对电力能源的管理与监控在包括造船企业在内的许多行业都已经有了一系列应用，并取得了良好的应用效果，为用户节能减排做出了重要贡献。例如，大连造船厂通过建设能源管理系统实现了对21个高低压变电所的运行管理、统计计量、数据查询和状态预警等方面的功能，在电力能源方面成功降低了船厂单位产品能耗，提高了船厂的经济效益；在校园内应用电能管理系统，通过信息监测、设备状态控制以及自动管理设备等手段对照明、吊扇和空调等进行管理，实现了整体节省电量达30.72%。

　　本项目从用户的需求出发，通过现场调研摸排船厂用电现状，对配电站和变电站进行升改造，搭建电能管理与监控系统软件平台，实现对船厂电能的优化管理和状态监控。本文总结船厂电能管理与监控系统的实施要求，从用户需求、总体方案、组织架构、软件开发和应用效果等方面进行详细的说明。

　　a.厂区目有4座10kV配电站，17座10/0.4kV变电站，分别设置能源管控中心一处和核心机房运维办公室一处。

　　建设能源监控中心，实现电能远程实时监测、能耗查询、能耗统计、智能分析、能源决策、报表管理等功能，提升能效管理水平。

　　在10kV配电站、10/0.4kV变电站以及智能监控中心内，按照取样点位在各开关柜上加装相应的多功能计量仪表。

　　在高压站房安装数据采集箱（站房数据汇聚点，安装有数据融合终端、串口服务器、交换机、光电转换器等）。各变/配电站电参数信号通过屏蔽线、数据采集箱、光缆传送至能源监控中心的能源管控服务器上（安装有串口服务器、交换机等）。

　　各数据采集箱内预留光缆接口，以备后期需要时将动力站房监测数据整合的信号传送至能源监控中心。

　　a.在能源监控中心监控上位机上制作监控软件，并将各数据采集箱收集的所有信号整合于监控画面中，形成各电参量、能耗实时数据及开关实时状态等示意图。

　　b.监控软件可记录电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数等电参量实时数据，并根据半小时数据生成可打印的报表，实现对能源使用状态的实时监控。

　　c.监控软件可以对电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数等电参量设定报警值，报警记录生成可打印报表，实现通过检测变电站关键数据，在变压器、开关、电缆等发生异常提预警，达到无人值守或少人值守的目的。

　　d.监控软件可生成电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数等电参量实时和历史曲线，实现对变压器的负荷率分析、MD值预测、电能质量分析、三相不平衡分析、变压器温度分析等（当月、上月、环比，本年、去年、同比等）。

　　e.完成配电站10kV、变电站0.4kV回路的电能消耗统计和报表，实现对变电站能耗使用相关数据的分析与查询（峰平谷查询、能耗同比环比分析、用能结构分析与查询等）。

　　根据项目实际需求及实际情况，定制设计一套厂区用电监测平台，采用B/S架构。厂区用电监测系统的架构是不同软硬件交互的界面层，按照主要功能划分为以下3个层。

　　现场设备管理层：实现电气系统的基本现场保护、监测、控制层功能，主要由现场多功能电表、物联网表、物联网监测模块和采集器等设备组成；该层设备用以实现电力系统的计量、信息监测功能。

　　通信管理层：实现设备之间联络和通信管理，主要由交换机、以太网关设备组成；该层完成设备的基本智能化功能，是实现微电网系统信息化的基础。

　　应用管理层：主要实现现场信息到计算机界面的转化，主要由计算机、业监控软件、打印机等设备组成；该层设备完成现场信息的数据转换机界面信息，并将信息按照发生源进行分门别类分析处理。

　　由于用户原有电力仪表大部分为传统的机械仪表和不具备相应电力数据采集及远传功能的电力仪表，为实现用户的功能需求，需要对变/配电站的仪表进行重新确认选型并整体更换以实现数据的采集要求。本项目中选择AEM96三相多功能电能表，该仪表是一款主要针对电力系统、工矿企业、公用设施的电能统计、管理需求而设计的智能电能表，尤其针对某些施工现场不允许停电作业的情况，具备AEM96-C三相多功能电能表方案。AEM96和AEM96-CT三相多功能电能表均集成三相电力参数测量、电能计量及考核管理，提供上24时、上31日以及上12月的电能数据统计。具有31次分次谐波与总谐波含量检测，带有开关量输入和继电器输出，可实现“遥信”和“遥控”功能，并具备报警输出功能，可广泛应用于多种控制系统、SCADA系统（数据采集与监视控制系统）和能源管理系统中。

　　AEM96和AEM96-CT三相多功能电能表主要具备如下功能：三相电力参数测量、电压和电流的相角、四象限电能计量、复费率、*大需量、历史电能统计、开关量事件记录、历史值记录、31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）、报警输出、RS485（Modbus或DL/T645-2007《多功能电能表通信协议》）等。

　　数据融合终端是集数据采集、数据融合、数据上传和边缘计算于一体的智能设备，如图2所示。数据融合终端具有串口、网口、LoRa、光纤等多种通信接口，并可根据现场情况灵活选择与设备层产品的连接方式，同时支持Modbus、103、DL/T645、OPCUA、BACnet等多种通信协议，兼容性强，能采集不同类型产品的数据，并将数据压缩、加密后上传至平台，并且支持本地存储，实现断点续传、失电报警功能，确保数据传输的稳定、安全、可靠。

　　数据融合终端采用模块化，集中式设计，通过集成各类元器件，方便施工接线，对终端数据进行采集和监控及数据上传管理。根据实际现场共配置21台数据融合终端。

　　仪表进行整体更换后，电力仪表可以实时采集各电力参数，并将采集的数据发送到配备在各变电站以及配电站的汇聚交换机，建立数据汇聚点，由汇聚交换机将数据通过能源网络集中到能源监控中心核心交换机，通过核心交换机传输至能源监控服务器，中心平台通过网络访问能源管控服务器。

　　根据组网要求，现场共布置了19台接入交换机和1台核心交换机，分别选用端口为16口千兆和24口千兆的交换机，布置在各配电站以及能源监控中心，组网系统图如图3所示。在组网光缆选型方面，考虑到传输距离和传输效率，从各变电站到配电站或监控

　　中心均采用单模4芯光缆，配电站1至监控中心选用单模12芯光缆，配电站2和配电站3至监控中心分别选用单模4芯、8芯光缆。

　　为了满足用户需求，船厂电能管理系统软件开发架构选用B/S架构，即浏览器与服务器模式，该架构基于Web浏览器的计算模式，业务逻辑的实现主要依靠后台服务器。整体架构图如图4所示。

　　在开发语言上，从开发的安全性和运行效率出发并结合船厂电能管理与监测系统的需求，选择Java作为后台程序开发语言，VUE作为端脚本开发语言。软件通过Web端技术进行发布，通过网页的形式展现给用户，用户通过浏览器在地址栏输入****进行浏览。

　　数据库概念结构设计的主要目标是实现对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体数据库管理系统的概念模型。在数据库设计中，数据按照相应频率自动保存到TDengine数据库，限于篇幅，本文对时序数据库的设计方案不再展开叙述。

　　船厂电能管理及监控系统中，由多功能电力仪表和数据采集器实现了电力数据的采集和数据发送功能，并由数据传输网络将采集的数据汇聚到能源监控中心，能源监控中心需要接收、显示并存储电力数据。能源监控中心主要由服务器、显示器、工业网络交换机等设备组成，为确保系统正常运行，相应的配置和指标应当满足以下要求。

　　企业能效管理平台主要运行在微软WindowsServer201264位（简体中文）操作系统平台上，Web端使用谷歌、360（速模式）、火狐浏览器等访问。

　　电力综合看板提供整个园区的用电概况、厂区电力外场平面图和报警分析。用电概况可以显示变配电站数量、变压器数量、总装机容量，以及监测点数量等相关数据，同时显示当总功率和当日总耗电量。电力平面图中标注总降压站、4座配电站及17座变电站的位置信息。报警分析内容包括普通故障、严重故障、发生事故。当出现事故时屏幕出现弹窗，弹窗内容告知事故发生地点以及事故类型。事故通过声音和画面两方面进行实时提醒。

　　运行看板可以展示单个配电站及变电站的运行状况，并提供系统一次图，各出线回路实时显示重要的电力运行参数，示意图如图5所示。此外，针对变电站展示基础信息维护，包括变电站位置、变压等、装机容量、申报需量、变压器数量等。图中实时显示变电站负荷曲线，并提供变电站分时段用电当日、昨日对比柱状图。

　　当选定变电站，电力曲线记录显示各回路的有功功率、电流、电压、频率、功率因数、无功功率、视在功率曲线电力值报表

　　电力值报表展示所选变/配电站各回路功率、电压、电流、不平衡度等参数的日值和月值，报表如图7所示。

　　用电集抄功能展示选中变/配电站回路的间隔时间内的正向有功电度用能情况，并可以通过选择生成对应的电费，该功能模块如图8所示。

　　用电统计可以展示选中变/配电站回路的用能数据，可以根据不同的统计需要选择日报、月报和年报，该功能模块如图9所示。

　　分时段用电显示选中变/配电站选中回路的选中时间段内的尖、峰、平、谷、总电量，并且根据实际用电量来计算电费情。