天津市工况用电监控系统的设计与功能分析

刘佳泓 李晓曼 孙猛 杨继东 张莹 郜计欣

(1.天津市生态环境监测中心 天津 300384;2.天津天滨同盛环境技术工程有限公司 天津 300384;3.中海油天津化工研究设计院 天津 300131)

近年来，我国持续加大生态环境保护力度，生态环境质量有所改善。“十一五”到“十三五”期间我国大力开展国控重点污染源自动监控网络建设，将提高环境质量，加强生态环境综合治理，加快补齐生态环境短板，作为当前核心任务。2015年国家电网依据标准推动智能电能表应用于用电信息采集系统建设，而在国外，用电信息采集系统研究较早，西方的一些国家1980年开始就将用电信息采集系统应用到电力行业。天津市将电信息采集系统应用到工况用电上，通过电力监测装置采集电压、电流信号并对各项指标进行分析计算后与物联网技术相结合建设工况用电监控系统，从而弥补监测部门无法对中小型企业污染防治设施有效监管的不足,助力生态环境质量改善，为打好污染防治攻坚战提供有力支撑[1-2]。

1 系统的建设目标与结构设计

1.1 系统的建设目标

建设具备电量数据采集、汇总、传输、接收、储存、分析、展示等多种功能的工况用电监测系统的目标是，站在“用电分析”的角度摸清各个污染源企业的生产、污染防治环节的关联关系；通过采集上传企业生产、污染防治设施用电量，实现对污染源企业（尤其是中小型污染源企业）生产设施、污染防治设施的工况用电远程监控，同时也可以为重污染天气应急监管等提供精准技术支持，真正实现环境问题的“防”与“治”的有效结合[2]，为环境保护部门准确掌握污染企业的生产规律提供有效技术手段[3]。

1.2 系统的结构设计

工况用电监测系统由监测终端和系统平台两部分组成，具体内容见图1。

图1 天津市工况用电监控系统组成

1.2.1 监测终端

监测终端通常采用串接型监测终端和互感器型监测终端，监测参数包括三相电流、三相电压、有功功率和电量。在不影响企业生产情况下通过对生产设施和污染防治设施进行监测参数数据采集和汇总后传输到系统平台。

1.2.2 系统平台

系统平台是对监测终端传输数据进行接收、分析、储存、展示的管理系统，该系统的总体结构为基础网络环境、数据库建设、应用系统。

（1）基础网络环境是系统建设所需要的硬件环境、网络环境和工作环境。采用的Web服务器操作系统为linux CentoS 6.5；数据库为Oracle11g 或Oracle12c ；数据库服务器操作系统为linux CentoS 6.5。

（2）数据库的建设主要是为平台应用系统提供数据支撑。各区平台自行建立数据中间库向市局平台传输企业基本情况、生产工艺、监测点、治污备用组、生产治污、报警信息处理、预警指标管理、预警指标生产企业、应急启动、企业生产线工艺和设备的停产情况、监测数据、报警等信息。天津市数据库通过环保专网读取各区数据中间库的业务数据，并定时每天抽取数据。

（3）应用系统主要包含5 块子系统，即情况总览、报警信息、应急管控、综合统计分析、管理应用。其中，情况总览系统主要展现问题企业数量及企业报警信息分布情况；报警信息系统通过对各类报警模式进行分析，对超标排污、治污不利、限产不达标等信息发出报警；综合系统对用电量环节及报警趋势进行分析；统计分析系统则是对企业报警情况进行汇总统计；应急管控系统是对应急过程中对企业执行情况进行监督。

2 系统平台的功能分析

天津市工况用电监测系统平台中的5块子系统中共包含企业基础信息、用电信息、报警信息、应急启动、应急报告、报警处理情况统计等23个功能模块。各子系统的具体功能模块见图2。

图2 天津市工况用电监控系统功能图

2.1 情况总览系统

情况总览系统可以通过首页对采集的电量数据进行宏观上展现，使电量监控企业、限产企业和问题企业的数量一目了然，同时也可通过企业视角展现每个企业的企业信息、工艺流程、排污曲线、负荷曲线及报警信息等。

2.2 报警信息系统

报警信息系统的主要功能是当企业污染防治设施与生产设施未同时开启，或污染防治设施因某些原因未正常开启时，系统通过监测终端采集到的用电数据对企业各生产线上生产、污染防治设施的关系及运行周期进行智能分析得出污染防治设施异常关停时段，从而提取异常数据进行报警。主要分为实时报警和历史报警。

2.2.1 实时报警

实时报警分为两种情况：一种是对生产、污染防治设施运行异常、减排不利、限产不达标的企业进行报警；另一种是对联网异常或由于停电、设备故障、人为破坏或其他情况进行报警。

2.2.2 历史报警

历史报警系统是从企业用电情况、停限产情况、减产减排情况、生产负荷情况、投运率等多角度进行数据逻辑关系分析，为综合系统中报警趋势及企业报警排名等提供依据。历史报警系统也可以对治污不利、停限产不达标等历史报警信息是否已处理进行记录并标注处置理由，从而使报警处理情况更清晰具体。

2.3 应急管控系统

应急管控系统可实现重污染天气下企业是否严格落实“一厂一策”应急措施的远程监管要求。可预先将“一厂一策”措施录入监控平台，在重污染天气应急响应期间，通过企业用电情况精准分析判断应急措施落实情况。对于未落实应急措施的企业，系统会进行报警，为环境执法提供线索。重污染天气应急响应期结束后可在系统生成并导出重污染天气应急效果评估报告[4]。

2.4 综合统计分析系统

综合统计分析系统按功能可分为两大类：一是通过收集到的各区企业分布信息、用电量信息及报警信息等进行综合分析，然后对各区以上信息情况进行排名通过曲线图及柱形图等对排名结果进行宏观展示；二是将企业报警情况、应急预案达标情况及用电情况等进行归纳汇总，最终以报表的形式展现各区企业情况，报表展现出的数据结果可以通过导出的方式保存为Excel或Word文档。

2.5 管理系统

管理系统主要是对系统权限以及相关设置进行后台维护与管理，包括系统监控模块、个人管理模块、机构用户模块、系统设置模块、报警规则模块、摸底排查模块。系统监控模块主要对日志内容进行管理；个人管理模块可对用户信息和用户密码进行修改；机构用户模块可以实现用户的新增与删除；系统设置模块可以对系统显示界面的菜单和不同级别用户进行系统相关功能使用权限的设置；报警规则模块主要是针对报警处理人制定的管理设置；摸底排查模块则是可以实现对企业基本信息和企业设备信息等进行手动录入及修改的功能。

3 系统的作用和特点

工况用电监测系统结构紧致、智能化程度高，实现了从数据源的收集、储存、处理、可视化到监控的过程[5]，其建设进一步推动了企业污染治理设施的规范化运行，提升了环保监管的效率，也为企业环保设施的信息化管理提供有效的技术支持。通过建立对企业从生产、治污到排污的全过程监控模式，改善了由于工业污染源企业众多、企业分布广泛、企业工艺流程大不相同而引起的现场检查工作量大等问题。同时也可实现环保部门对企业的远程智能化监管，解决环境监管效率低的难题[6]。

4 结语

天津市工况用电监测系统的建设，实现了排污单位生产设施及污染防治设施用电量的数据采集、管理、报警、查询、统计、分析等功能，用电监测数据也可以做到“可评价、可统计、可分析”。伴随着物联网大数据、人工智能的发展与应用，工况用电监控系统作为创新环境监管模式，不仅提升了环境监督与管理的水平，同时也为实现科学精准执法提供可靠依据。