淺談某水務集團給水廠電能管理系統(tǒng)平臺設計應用方案

摘要：節(jié)能降耗是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展關(guān)注的重點，做好電能管理、提高電能使用效率具有極其重要的意義。筆者依托某集團給水廠電能管理系統(tǒng)平臺的建設，從電能管理需求和建設目標出發(fā)，結(jié)合實際總體規(guī)劃了平臺的架構(gòu)，再分別從硬件及軟件角度介紹整個平臺的構(gòu)成。 本系統(tǒng)已成功部署了三年，電能管理系統(tǒng)平臺運行穩(wěn)定、可靠。

 

關(guān)鍵詞：節(jié)能降耗；電能管理；總體規(guī)劃

 

         電能管理系統(tǒng)為企業(yè)提供精細化的管理模式和節(jié)能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可為企業(yè)提供一個節(jié)能、安全、優(yōu)化的信息化平臺，通過網(wǎng)絡延伸布設，使企業(yè)信息化傳遞更加快速，使即時電能消耗和企業(yè)生產(chǎn)用能狀況一目了然，使企業(yè)更為便捷、全面和準確地對生產(chǎn)過程中的電能消耗、電能損失、電能平衡、電能成本、電能趨勢變化和電能利用水平進行實時掌控。在電能統(tǒng)計和監(jiān)測的基礎(chǔ)上，制定相關(guān)的節(jié)能措施，進一步挖掘節(jié)能潛力，使企業(yè)持續(xù)改進使用策略、提高電能信息化管理層次和降低企業(yè)電能成本，全面提升企業(yè)市場綜合競爭力。

 

         某水務公司的給水廠平均電能均占生產(chǎn)成本50%以上，節(jié)能降耗是水廠成本管理的重點，因此建設電能管理系統(tǒng)意義重大。

         某水務集團下轄10余處給水廠，本次電能管理系統(tǒng)將在各水廠分批次逐步實施，本文依托2019年實施的兩個給水廠電能管理系統(tǒng)作為試點。

        本次電能管理系統(tǒng)建設計劃分為兩個層級：給水廠電能管理系統(tǒng)和集團級電能管理系統(tǒng)。 

2.1給水廠電能管理系統(tǒng)擬要實現(xiàn)功能需求

            （1）全廠能效計量：實現(xiàn)給水廠電能計量及相關(guān)數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)視、統(tǒng)計、分析。

            （2）能效實績考核：對各電能單元分區(qū)責任制管理，提高員工節(jié)能意識和節(jié)能降耗積極性；對關(guān)鍵能效指標監(jiān)控、預警，實現(xiàn)班組、全廠能效實績考核。

            （3）設備經(jīng)濟運行：通過對重點電能設備的效率核算、監(jiān)視和控制，實現(xiàn)設備經(jīng)濟運行。

            （4）電能質(zhì)量監(jiān)控：通過系統(tǒng)對諧波分量圖趨勢圖的監(jiān)控，實現(xiàn)電能質(zhì)量及諧波監(jiān)測、分析，避免發(fā)生諧波危害和電力系統(tǒng)電能質(zhì)量問題。同時提高功率因數(shù)、負荷均衡和變配電效率，降低供電系統(tǒng)損耗。

2.2集團級電能管理系統(tǒng)實現(xiàn)功能需求

            （1）集團能效全面管理：各給水廠電能管理系統(tǒng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)上傳集團電能管理系統(tǒng)，實現(xiàn)所屬水廠電能管理的全覆蓋。

            （2）節(jié)能降耗管理：通過電能計量及相關(guān)數(shù)據(jù)的采集、統(tǒng)計、分析，推動水廠經(jīng)濟運行和節(jié)能技改工作的實施，形成節(jié)能技術(shù)交流培訓平臺。

            （3）能效實績評價與考核：利用大數(shù)據(jù)對水廠內(nèi)部、水廠之間關(guān)鍵能效指標對標、分析，評價水廠能效挖掘潛力，通過目標指標考評和節(jié)能降耗經(jīng)驗推廣，激勵員工、班組、水廠節(jié)能降耗積極性，有效降低電能成本。

 

         為了做好某水務集團節(jié)能減排工作，進一步增強水務集團工作人員節(jié)能意識，加強電能管理，降低電能成本，結(jié)合某水務集團水廠電能的現(xiàn)狀，本次電能管理系統(tǒng)建設目標如下：

2.1 各水廠能效工況統(tǒng)計、分析與預警

         開展集團以及各單位電能工況統(tǒng)計、分析與預警，集團所屬各單位間關(guān)鍵電能指標對標，查問題找原因，尋找節(jié)能降耗重點目標，進行管理提升或節(jié)能技改。

        對于重點耗能設備由于客觀原因偏離額定工況時增加的電能，通過工況統(tǒng)計、分析與預警等手段，科學化合理調(diào)整工藝流程和技術(shù)路線等。

2.2節(jié)能降耗管理

        建立節(jié)能技改臺賬，進行節(jié)能效果統(tǒng)計、分析；進行節(jié)能技術(shù)、措施研究與推廣；以本項目為契機，構(gòu)建節(jié)能技術(shù)交流培訓平臺。

2.3能效實績評價與考核

        以各給水廠分級管理電能作為考核指標，對水廠電能管理水平進行評價、分級管理；各給水廠的電能預算指標進行年度、月度考核評價。

 

3.1總體規(guī)劃

3.1.1整體規(guī)劃，分步實施原則

          某水務集團電能管理系統(tǒng)建設要遵循整體規(guī)劃，分步實施，從集團發(fā)展戰(zhàn)略、電能管理先進手段、電能結(jié)構(gòu)調(diào)整等高度出發(fā)，做到整體規(guī)劃，分為遠期規(guī)劃、中期規(guī)劃和近期規(guī)劃，并進行分步實施。

3.1.2技術(shù)成熟，應用創(chuàng)新原則

         電能管理系統(tǒng)建設應選擇成熟的、主流的和符合技術(shù)發(fā)展趨勢的相關(guān)產(chǎn)品，使電能監(jiān)控系統(tǒng)建設及運營兼具經(jīng)濟性及創(chuàng)新性。

3.1.3充分兼容，減少投資原則

        電能管理系統(tǒng)建設應充分考慮系統(tǒng)之間的兼容性原則，系統(tǒng)應充分兼容其他電能信息化相關(guān)系統(tǒng)。

3.1.4結(jié)合實際，彰顯特色原則

         電能管理系統(tǒng)的建設過程中，從水廠電能使用現(xiàn)狀出發(fā)，充分考慮實際需求，在滿足基本需求的基礎(chǔ)上，讓系統(tǒng)功能更豐富而具有特色。

3.2總體架構(gòu)及硬件系統(tǒng)

        本次電能管理系統(tǒng)從業(yè)務層級上可分為水廠監(jiān)控級和集團運營管理級，其中水廠和集團都是切實存在的公司實體，其對應的功能需求如下。集團運營管理層：電能數(shù)據(jù)的挖掘分析，績效考核；目標制定，計劃制訂等運營管理；水廠現(xiàn)場監(jiān)控層：承上啟下的作用，現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)的過濾與匯總，對水廠進行專業(yè)管控。本次電能管理系統(tǒng)由電能計量裝置、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、傳輸網(wǎng)絡、工作站、服務器、運營管理軟件等組成，總體架構(gòu)詳見圖１。

 

圖1 某水務集團水廠電能管理系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.3軟件系統(tǒng)

3.3.1軟件系統(tǒng)架構(gòu)

        本次電能管理系統(tǒng)軟件的架構(gòu)采用目前*為主流、成熟的三層架構(gòu)：即數(shù)據(jù)層、應用層、表現(xiàn)層，如下圖2所示。

 

圖2 電能管理系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖

3.3.1.1數(shù)據(jù)層

      數(shù)據(jù)層是整個電能管理的基礎(chǔ)，其包括數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)存儲。

數(shù)據(jù)采集包括智能設備采集、手動錄入系統(tǒng)和與其他系統(tǒng)通信的三種方式；采用基于SQL結(jié)構(gòu)的大型數(shù)據(jù)庫將采集上來的電能數(shù)據(jù)按照分項分類的標準存儲。

3.3.1.2應用層

      應用層主要分成四個功能模塊，分別是數(shù)據(jù)及消息管理、分析展示、輔助管理及后臺管理四個功能模塊。

      數(shù)據(jù)及消息處理的主要功能包括電能數(shù)據(jù)的采集、電能數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)上傳，以及電能數(shù)據(jù)的備份、校驗和還原功能。

     分析展示主要是將電能數(shù)據(jù)結(jié)合企業(yè)的特點，進行多維度的分析，然后將結(jié)果通過曲線、圖表等等方式展現(xiàn)出來。

     輔助管理功能是根據(jù)運行的電能數(shù)據(jù)，幫助企業(yè)管理者制定相關(guān)的考核指標、進行考核并將電能數(shù)據(jù)結(jié)果進行展示。

    后臺管理系統(tǒng)是對整個能效管理系統(tǒng)的工程管理，如用戶權(quán)限的設置，系統(tǒng)增容以及界面設置等功能。

3.3.1.3表現(xiàn)層

      表現(xiàn)層的主要功能是將電能數(shù)據(jù)信息及分析結(jié)果通過一定的方式展現(xiàn)給對應用戶，不同的用戶分組擁有不同的權(quán)限，可以看到的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)是基于B/S結(jié)構(gòu)，展示主要以圖形、報表級曲線等方式，通過Web瀏覽器方式實現(xiàn)。

3.3.2軟件系統(tǒng)的內(nèi)容

      電能管理系統(tǒng)軟件建設主要有：

     (1)Web系統(tǒng)：支持在一個平臺系統(tǒng)上能建立多個基于Web系統(tǒng)的服務及其功能。

     (2)安裝SOA工作流引擎：采用標準的SOA架構(gòu)，通過SOA工作流引擎與數(shù)據(jù)庫進行高速的數(shù)據(jù)交互。

     (3)安裝網(wǎng)絡服務協(xié)議：amtp.pops,imap4,web soap等。

     (4)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：建立大型的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、大型的關(guān)系數(shù)據(jù)庫SQL Sever2008和實時的工業(yè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

     (5)建立安全系統(tǒng)：設置防火墻軟件、防病毒軟件，可有效地防止入侵。

    (6)電能管控系統(tǒng)軟件：在建設周期內(nèi)可以動態(tài)實現(xiàn)根據(jù)車間內(nèi)需要修正軟件功能。

3.3.3軟件系統(tǒng)功能

     本次電能管理系統(tǒng)軟件所能實現(xiàn)的主要功能（不限于）如下：

3.3.3.1數(shù)據(jù)采集及管理

     系統(tǒng)通過網(wǎng)絡傳輸層將電能數(shù)據(jù)采集上來，并將其存儲至實時數(shù)據(jù)庫中，存儲的數(shù)據(jù)帶有時間、用途及位置等信息。

3.3.3.2系統(tǒng)管理

     靈活的用戶配置界面，可以讓用戶很方便地進行用戶配置、區(qū)域管理、分類分項及分科室管理，并能很方便進行儀表信息管理。

上述功能須在專用客戶端上進行，以保障系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全和生產(chǎn)運行安全。

3.3.3.3電能管理

      (1)用戶可自定義實現(xiàn)基于GIS 地圖的電能監(jiān)測與管理、各生產(chǎn)構(gòu)筑物分項用能數(shù)據(jù)分析展示、用能查詢，當能源監(jiān)測點發(fā)生異常，可以直接在地圖上進行位置鎖定，幫助客戶縮短故障恢復時間。

      (2)對電能系統(tǒng)內(nèi)節(jié)點設定報警限值，設定的內(nèi)容包括報警內(nèi)容、報警類型、報警等級、報警級別、位置、能源類型、周期、指標、單位、設定值等。

      (3)報警管理包括報警設定、實時報警、統(tǒng)計分析、歷史查詢等管理功能。

     (4)提供對歷史報警信息的查詢功能，實現(xiàn)多種查詢條件的查詢，列表展現(xiàn)報警信息列，可導出Excel，也可查看每條報警信息的詳細情況。

     (5)提供對報警信息的分析功能，方便客戶查看各種記錄信息和分析報警原因，給出分類統(tǒng)計、縱向?qū)Ρ鹊榷喾N分析方法。

    (6)對電能消耗總體情況和分項情況進行統(tǒng)計，按照年、季、月、周和天的時間進行統(tǒng)計分析，并以柱狀圖、曲線、數(shù)字表現(xiàn)形式顯示和輸出，實現(xiàn)電能統(tǒng)計需求。

    (7)可以從數(shù)據(jù)庫中任意選取數(shù)據(jù)形成方案，并針對所選方案完成圖形化對比分析展示。

   (8)通過自由分析功能，可實現(xiàn)客戶對該系統(tǒng)內(nèi)電能數(shù)據(jù)的任意組合查看，查看方式為圖表。 包括自由分析方案的定義（新建和修改）、查看、導出或打印自由分析圖表等功能。 功能頁面上包括自由分析查詢、方案編輯等管理功能。

3.3.3.4報表管理及發(fā)布

    系統(tǒng)可以生成各類電能的日報表、月報表、年報表等各種報表，實現(xiàn)電能精確計量和運行監(jiān)管功能，清晰描述企業(yè)總的用電現(xiàn)狀。

    系統(tǒng)提供各種電能對比、電能審計相關(guān)報表，包括但不限于以下各類報表：

   (1)按日、月、年提供某個工藝段電能報表。

   (2)各工藝段用電環(huán)比、同比報表。

   (3)工作時間與非工作時間用電分析。

   (4)分時、分區(qū)電能消耗對比分析。

   (5)同時實現(xiàn)報表的自動生成與實時發(fā)布功能。報表提供打印、 過濾、 排序等功能， 打印方式支持Word、Excel、PDF、棒圖、曲線等圖表打印功能。

3.3.3.5績效考核

   采用績效管理的方法實現(xiàn)對客戶電能使用的一種考核方法，目的是促進客戶（電能使用者） 提高能源管理水平、提供電力系統(tǒng)或設備的運行效率、人員的節(jié)能意識等以實現(xiàn)節(jié)能的目的。 其包括績效設定、實時績效、績效分析等管理功能。

 

3.4管控中心

    電能管理系統(tǒng)建設通過互聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸，單個水廠不需建設單獨的數(shù)據(jù)主控中心，每個水廠的系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸給集團網(wǎng)絡中心服務器，每個水廠電能管理僅增加服務器、工作站及防火墻等基礎(chǔ)設備，數(shù)據(jù)中心建設在集團電能管控中心，其作為節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)軟件系統(tǒng)的支撐。

    本次電能管理系統(tǒng)采用的體系架構(gòu)為C/S和B/S架構(gòu)。B/S架構(gòu)的特點是通過瀏覽器訪問服務器的程序，在任何地方進行操作而不用安裝任何專門的軟件，只要有一臺能上網(wǎng)的電腦就能使用，客戶端零維護，系統(tǒng)的擴展非常容易。C/S結(jié)構(gòu)的特點是客戶端要安裝客戶端程序，通過客戶端程序與服務器進行交互，充分發(fā)揮客戶端PC的處理能力，很多工作可以在客戶端處理后提交給服務器，客戶端響應速度快。B/S架構(gòu)的應用，適用于用戶交互量不大的應用，對于要求高速、頻繁交互的模式則采用C/S體系，所以兩者在應用時采用相互補充。 

4.1概述

      用戶端消耗著整個電網(wǎng)80%的電能，用戶端智能化用電管理對用戶可靠、安全、節(jié)約用電有十分重要的意義。構(gòu)建智能用電服務體系，全面推廣用戶端智能儀表、智能用電管理終端等設備用電管理解決方案，實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向良性互動。用戶端急需解決的研究內(nèi)容主要包括：先進的表計，智能樓宇、智能電器、增值服務、客戶用電管理系統(tǒng)、需求側(cè)管理等課題。

      安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過對用戶端用電情況進行細分和統(tǒng)計，以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各分項用電的使用消耗情況，便于找出高耗能點或不合理的耗能習慣，有效節(jié)約電能，為用戶進一步節(jié)能改造或設備升級提供準確的數(shù)據(jù)支撐。

4.2應用場所

   （1）辦公建筑（商務辦公、大型公共建筑等）；

   （2）商業(yè)建筑（商場、金融機構(gòu)建筑等）；

   （3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂場所等）；

  （4）科教文衛(wèi)建筑（文化、教育、科研、醫(yī)療衛(wèi)生、體育建筑等）；

  （5）通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數(shù)據(jù)中心等）；

  （6）交通運輸建筑（機場、車站、碼頭建筑等）。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

 

 

4.4系統(tǒng)功能

4.4.1實時監(jiān)測

      系統(tǒng)人機界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分狀態(tài)，以及有關(guān)故障、告警等信號。

 

4.4.2電能統(tǒng)計報表

      系統(tǒng)以豐富的報表支撐計量體系的完整性。系統(tǒng)具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的用電情況，即該節(jié)點進線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計分析報表。該功能使得用電可視透明，并在用電誤差偏大時可分析追溯，維護計量體系的正確性。

 

4.4.3詳細電參量查詢

     在配電一次圖中，當鼠標移動到每個回路附近時，鼠標指針變?yōu)槭中?，鼠標單擊可查看該回路詳細電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能，并可以查看24小時相電流趨勢曲線及24小時電壓趨勢曲線。

 

4.4.4運行報表

    系統(tǒng)具有實時電力參數(shù)和歷史電力參數(shù)的存儲和管理功能，所有實時采集的數(shù)據(jù)、順序事件記錄等均可保存到數(shù)據(jù)庫，在查詢界面中能夠自定義需要查詢的參數(shù)、時間或選擇查詢更新的記錄數(shù)據(jù)等，并通過報表方式顯示出來。用戶可以根據(jù)需要定制運行日報、月報，支持導出Excel格式文件，還可以根據(jù)用戶要求導出PDF格式文件。

 

4.4.5變壓器運行監(jiān)視

     系統(tǒng)對配電系統(tǒng)總進線、主變壓器、重要負荷出線的運行狀態(tài)進行在線實時監(jiān)視，用曲線顯示電流、變壓器運行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負荷率等運行趨勢，分析變壓器負荷率及損耗，方便運行維護人員及時掌握運行水平和用電需求，確保供電安全可靠。

 

4.4.6實時報警

     系統(tǒng)具有實時報警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲?、隔離開關(guān)、接地刀分、合動作等遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件進行實時監(jiān)測，并根據(jù)事件等級發(fā)出告警。系統(tǒng)報警時自動彈出實時報警窗口，并發(fā)出聲音或語音提醒。

 

4.4.7歷史事件查詢

     系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

 

 

4.4.8電能質(zhì)量監(jiān)測

     系統(tǒng)可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量進行持續(xù)性的監(jiān)測，運行維護人員可以通過諧波分析棒圖、報表掌握進線、變壓器、重要回路的電壓、電流諧波畸變率、諧波含量、電壓不平衡度等，及時采取相應的措施，降低諧波損耗，減少因諧波造成的異常和事故(該功能需要選配帶諧波監(jiān)測功能的電力儀表，不需要可刪除。

 

4.4.9遙控操作

     系統(tǒng)支持對斷路器、隔離開關(guān)、接地刀等進行分、合遙控操作。系統(tǒng)具有嚴格的密碼保護和操作權(quán)限管理功能，對于每次遙控操作，系統(tǒng)自動生成操作記錄，記錄內(nèi)容包含操作人、操作時間、操作類型等。實現(xiàn)該功能需要斷路器本身具有電操機構(gòu)及保護保測控裝置具備遙控功能等硬件設備的支持。

 

4.4.10用戶權(quán)限管理

     系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，設置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如配電回路名稱修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

 

4.4.11通訊狀態(tài)圖

      系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)；可在線診斷設備通訊狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。從而方便運行維護人員實時掌握現(xiàn)場各設備的通訊狀態(tài)，及時維護出現(xiàn)異常的設備，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

 

4.4.12視頻監(jiān)控

    視頻監(jiān)控展示了當前實時畫面（視頻直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息。

 

4.4.13用戶報告

     用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運行數(shù)據(jù)，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報警事件等進行統(tǒng)計分析。

 

4.4.14 APP支持

    電力運維手機支持“監(jiān)控系統(tǒng)"、“設備檔案"、“待辦事項"、“巡檢記錄"和“缺陷記錄"五大模塊，支持一次圖、需量、用電量、視頻、曲線、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報警查詢，設備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢等。

 

 

4.5系統(tǒng)硬件配置清單

 

 

      節(jié)能降耗是水務公司可持續(xù)發(fā)展的根本，它是水務公司降本增效，提高生產(chǎn)運營效益的重要途徑，更是水務公司應當承擔的重要社會責任。因此對于水務公司來說，搞好電能管理，提高電能使用效率是具有重要的意義的。

本次給水廠電能管理系統(tǒng)已部署在某集團調(diào)度中心及給水廠中控室，具體實現(xiàn)的功能有：水廠電能消耗能流圖表、電能預警、統(tǒng)計分析、歷史查詢、同類對比、自由分析、績效考核、報表管理、節(jié)能效果分析等，本系統(tǒng)已投入運行將近3年，系統(tǒng)整體運行穩(wěn)定、可靠，滿足了電能生產(chǎn)及運營管理要求，為給水廠的電能管理提供有效的支撐。

 

[1]趙博龍.某水務集團給水廠電能管理系統(tǒng)平臺設計與實踐.

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作者簡介：劉細鳳，女，現(xiàn)任于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電能管理系統(tǒng)的研發(fā)與應用