淺談企業(yè)電能量管理系統(tǒng)的設計與應用

周文浩

江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405

摘要 ：為了提高企業(yè)的用電管理水平，開發(fā)一種新型的企業(yè)電能量管理系統(tǒng)。系統(tǒng)基于無線傳感網(wǎng)絡和數(shù)字化電能測量技術，可通過在線監(jiān)測企業(yè)重要能耗節(jié)點的用電狀況，對企業(yè)現(xiàn)有用電方式和結構合理性、用電負荷、功率因數(shù)、諧波分量的動態(tài)變化趨勢，以及無功功率和諧波功率的大小和產(chǎn)生原因等情況作出準確判斷。

關鍵詞：電能量 電能質(zhì)量 能耗 節(jié)能 管理系統(tǒng)

0引言

我國高耗能企業(yè)眾多。過高的能耗不僅大大增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本，降低了企業(yè)的市場竟爭力，更為嚴重的是過多地消耗了寶貴的資源，并使環(huán)境污染加劇，從而使我國企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展面臨巨大壓力。目前我國大多數(shù)企業(yè)對其能耗重要形式的電能，多采用傳統(tǒng)的人工抄表等粗放式計量與管理方式。企業(yè)管理者或許認識到加強用電管理并降低電能消耗的重要性，但因缺乏相應電能管理工具以及用電管理專家，因而對電能的控制管理感到無所適從。

為積極響應建設節(jié)約型社會的國策，我們研制開發(fā)一種新型的企業(yè)電能量管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可通過在線監(jiān)測企業(yè)重要能耗節(jié)點的用電狀況，并實時遠傳到企業(yè)能量遠程監(jiān)測管理中心，由電能管理專家進行分析處理，從而對企業(yè)現(xiàn)有用電方式和結構是否合理、用電負荷、功率因數(shù)、諧波分量如何動態(tài)變化，以及無功功率和諧波功率的大小和產(chǎn)生原因等情況作出準確判斷。有了這些統(tǒng)計信息，通過精準化用電管理和技術改造，企業(yè)可以大幅降低電能消耗。

1系統(tǒng)組成

如圖1所示，本系統(tǒng)由一套企業(yè)能量管理系統(tǒng)軟件和若干臺電能管理終端組成。企業(yè)能量監(jiān)測中心的裝有企業(yè)能量管理系統(tǒng)軟件的計算機通過電能管理終端連續(xù)、在線監(jiān)測配電和用電網(wǎng)絡，采集實時的電參量、電能量和電能質(zhì)量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)經(jīng)過分析和處理后用圖示化和表格的方式直觀顯示用電數(shù)據(jù)和電能質(zhì)量狀況。所有數(shù)據(jù)儲存至數(shù)據(jù)庫中，企業(yè)各運行管理部門依據(jù)用電數(shù)據(jù)和電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，調(diào)整運行設備和用電負荷，以優(yōu)化用電方式，提高生產(chǎn)運行和設備效率。該系統(tǒng)數(shù)據(jù)還可傳至獲得授權的相關部門對企業(yè)用能情況進行宏觀監(jiān)督和管理。

2硬件設計

企業(yè)電能量管理系統(tǒng)的硬件由不同型式、配置、功能和精度的電能管理終端組成。可完成電參量、電能量和電能質(zhì)量的測量，并將測量數(shù)據(jù)通過無線傳感網(wǎng)絡、以太網(wǎng)絡、RS485、以及GPRS/CDMA等不同媒介上傳到服務器進一步分析處理。下面以我們開發(fā)的AP2008H電能管理終端為例進行說明。

如圖2所示，被測的三相交流電 壓 U a、Ub、Uc 和三相交流電流I a、Ib、Ic 依次接入模-數(shù)轉(zhuǎn)換器A/ D1～A/ D6的輸入端，轉(zhuǎn)換結果由A/ D1～A/ D6送入 CPU中進行計算處理，完成電參量、電能量和電能質(zhì)量的測量。而后，CPU將所測得的測量結果送入無線傳感網(wǎng)絡以太網(wǎng)絡、RS485、以及GPRS/CDMA模塊進行傳送。

3軟件設計

本系統(tǒng)軟件可收集各種電能管理終端的測量數(shù)據(jù)，并進行歸納、處理、分析和保存，將結果以各種形式向用戶進行展示。如圖3所示，系統(tǒng)軟件由通信及查詢服務器軟件、數(shù)據(jù)庫服務器軟件、Web服務器軟件和客戶端軟件等部分組成。通信及查詢服務器軟件是部署在特 定服務器上的后臺服務器軟件，主要用于接收電能管理終端發(fā)來的各種實時測量數(shù)據(jù)，然后進行解析、 加工、分類和保存，并實時推送給需要這些數(shù)據(jù)的客戶端軟件 。同時，接收客戶端軟件 發(fā)送的各種系統(tǒng)命令、設置命令，并進行處理、保存、或轉(zhuǎn)發(fā)給相應的電能管理終端。并接受、處理、和執(zhí)行客戶端對各種歷史數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫查詢，將查詢結果發(fā)送給客戶端軟件。數(shù)據(jù)庫服務器 軟件用于實現(xiàn)對各種歷史數(shù)據(jù)的持久化，在持久化數(shù)據(jù)的同時對數(shù)據(jù)進行必要的加工處理，以提高數(shù)據(jù)在以后的使用效率。同時，維護數(shù)據(jù)的完整性和各種數(shù)據(jù)之間的關系約束等，并及時自動備份數(shù)據(jù)庫。

Web服務器軟件用來提供最初與用戶的交互界面，檢測用戶端的軟件環(huán)境，并實現(xiàn)簡單有效的客戶端軟件部署。同時，對于缺少必要軟件環(huán)境的用戶提供所需軟件的下載，并提供在線系統(tǒng)幫助?？蛻舳塑浖饕脕硖峁┯脩襞c本系統(tǒng)的交互界面，建立與通信及查詢服務器的聯(lián)系，接受服務器傳送來的實時測量數(shù)據(jù)、系統(tǒng)參數(shù)等，然后進行解析、加工和顯示等操作，實現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)設備的實時監(jiān)測。同時，維護系統(tǒng)運行的一些必要數(shù)據(jù)，查詢歷史數(shù)據(jù)并進行統(tǒng)計、趨勢分析等?？蛻舳塑浖髁鞒虉D和服務器軟件主流程圖分別如圖4圖5所示。

4安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案

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)結構

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、地刀等合、分狀態(tài)，以及有關故障、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、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、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，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作（如配電回路名稱修改等）?？梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，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)絡結構；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

5結束語

綜上所述，我們研制的新型企業(yè)電能量管理系統(tǒng)可實時精確地監(jiān)測企業(yè)的用電狀況。通過精準化用電 管理和技術改造，切實幫助企業(yè)降低電能消耗和用電成本，從而為我國眾多企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排和綠色轉(zhuǎn)型 提供了有利的技術支持手段，為節(jié)約型社會建設做出貢獻。

參考文獻

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