淺談企業(yè)電能量管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

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(luò)和數(shù)字化電能測(cè)量技術(shù)，可通過在線監(jiān)測(cè)企業(yè)重要能耗節(jié)點(diǎn)的用電狀況，對(duì)企業(yè)現(xiàn)有用電方式和結(jié)構(gòu)合理性、用電負(fù)荷、功率因數(shù)、諧波分量的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，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(zhǔn)確判斷。

關(guān)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(guó)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(chǎng)竟?fàn)幜Γ鼮閲?yán)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(guó)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展面臨巨大壓力。目前我國(guó)大多數(shù)企業(yè)對(duì)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(jì)量與管理方式。企業(yè)管理者或許認(rèn)識(shí)到加強(qiáng)用電管理并降低電能消耗的重要性，但因缺乏相應(yīng)電能管理工具以及用電管理專家，因而對(duì)電能的控制管理感到無所適從。

為積極響應(yīng)建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的國(guó)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(cè)企業(yè)重要能耗節(jié)點(diǎn)的用電狀況，并實(shí)時(shí)遠(yuǎn)傳到企業(yè)能量遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管理中心，由電能管理專家進(jìn)行分析處理，從而對(duì)企業(yè)現(xiàn)有用電方式和結(jié)構(gòu)是否合理、用電負(fù)荷、功率因數(shù)、諧波分量如何動(dòng)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(zhǔn)確判斷。有了這些統(tǒng)計(jì)信息，通過精準(zhǔn)化用電管理和技術(shù)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(tái)電能管理終端組成。企業(yè)能量監(jiān)測(cè)中心的裝有企業(yè)能量管理系統(tǒng)軟件的計(jì)算機(jī)通過電能管理終端連續(xù)、在線監(jiān)測(cè)配電和用電網(wǎng)絡(luò)，采集實(shí)時(shí)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(chǔ)存至數(shù)據(jù)庫(kù)中，企業(yè)各運(yùn)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(yùn)行設(shè)備和用電負(fù)荷，以優(yōu)化用電方式，提高生產(chǎn)運(yùn)行和設(shè)備效率。該系統(tǒng)數(shù)據(jù)還可傳至獲得授權(quán)的相關(guān)部門對(duì)企業(yè)用能情況進(jìn)行宏觀監(jiān)督和管理。

2硬件設(shè)計(jì)

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(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)絡(luò)、RS485、以及GPRS/CDMA等不同媒介上傳到服務(wù)器進(jìn)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(jìn)行說明。

如圖2所示，被測(cè)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(jié)果由A/ D1～A/ D6送入 CPU中進(jìn)行計(jì)算處理，完成電參量、電能量和電能質(zhì)量的測(cè)量。而后，CPU將所測(cè)得的測(cè)量結(jié)果送入無線傳感網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)絡(luò)、RS485、以及GPRS/CDMA模塊進(jìn)行傳送。

3軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件可收集各種電能管理終端的測(cè)量數(shù)據(jù)，并進(jìn)行歸納、處理、分析和保存，將結(jié)果以各種形式向用戶進(jìn)行展示。如圖3所示，系統(tǒng)軟件由通信及查詢服務(wù)器軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器軟件、Web服務(wù)器軟件和客戶端軟件等部分組成。通信及查詢服務(wù)器軟件是部署在特 定服務(wù)器上的后臺(tái)服務(wù)器軟件，主要用于接收電能管理終端發(fā)來的各種實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行解析、 加工、分類和保存，并實(shí)時(shí)推送給需要這些數(shù)據(jù)的客戶端軟件 。同時(shí)，接收客戶端軟件 發(fā)送的各種系統(tǒng)命令、設(shè)置命令，并進(jìn)行處理、保存、或轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的電能管理終端。并接受、處理、和執(zhí)行客戶端對(duì)各種歷史數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)查詢，將查詢結(jié)果發(fā)送給客戶端軟件。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器 軟件用于實(shí)現(xiàn)對(duì)各種歷史數(shù)據(jù)的持久化，在持久化數(shù)據(jù)的同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)，維護(hù)數(shù)據(jù)的完整性和各種數(shù)據(jù)之間的關(guān)系約束等，并及時(shí)自動(dòng)備份數(shù)據(jù)庫(kù)。

Web服務(wù)器軟件用來提供最初與用戶的交互界面，檢測(cè)用戶端的軟件環(huán)境，并實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單有效的客戶端軟件部署。同時(shí)，對(duì)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。客戶端軟件主要用來提供用戶與本系統(tǒng)的交互界面，建立與通信及查詢服務(wù)器的聯(lián)系，接受服務(wù)器傳送來的實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)、系統(tǒng)參數(shù)等，然后進(jìn)行解析、加工和顯示等操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。同時(shí)，維護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行的一些必要數(shù)據(jù)，查詢歷史數(shù)據(jù)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、趨勢(shì)分析等。客戶端軟件主流程圖和服務(wù)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(gè)電網(wǎng)80%的電能，用戶端智能化用電管理對(duì)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(wù)體系，全面推廣用戶端智能儀表、智能用電管理終端等設(shè)備用電管理解決方案，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向良性互動(dòng)。用戶端急需解決的研究?jī)?nèi)容主要包括：先進(jìn)的表計(jì)，智能樓宇、智能電器、增值服務(wù)、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(duì)用戶端用電情況進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計(jì)，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(xiàng)用電的使用消耗情況，便于找出高耗能點(diǎn)或不合理的耗能習(xí)慣，有效節(jié)約電能，為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級(jí)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

4.2應(yīng)用場(chǎng)所

（1）辦公建筑（商務(wù)辦公、大型公共建筑等）；

（2）商業(yè)建筑（商場(chǎng)、金融機(jī)構(gòu)建筑等）；

（3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂場(chǎng)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(yùn)輸建筑（機(jī)場(chǎng)、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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)人機(jī)界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能等電參數(shù)信息，動(dòng)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(hào)。

4.4.2電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表

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

4.4.3詳細(xì)電參量查詢

  在配電一次圖中，當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到每個(gè)回路附近時(shí)，鼠標(biāo)指針變?yōu)槭中危髽?biāo)單擊可查看該回路詳細(xì)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(shí)相電流趨勢(shì)曲線及24小時(shí)電壓趨勢(shì)曲線。

4.4.4運(yùn)行報(bào)表

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

4.4.5變壓器運(yùn)行監(jiān)視

  系統(tǒng)對(duì)配電系統(tǒng)總進(jìn)線、主變壓器、重要負(fù)荷出線的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)視，用曲線顯示電流、變壓器運(yùn)行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負(fù)荷率等運(yùn)行趨勢(shì)，分析變壓器負(fù)荷率及損耗，方便運(yùn)行維護(hù)人員及時(shí)掌握運(yùn)行水平和用電需求，確保供電安全可靠。

4.4.6實(shí)時(shí)報(bào)警

  系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲鳌⒏綦x開關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)事件等級(jí)發(fā)出告警。系統(tǒng)報(bào)警時(shí)自動(dòng)彈出實(shí)時(shí)報(bào)警窗口，并發(fā)出聲音或語(yǔ)音提醒。

4.4.7歷史事件查詢

  系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，保護(hù)動(dòng)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(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

4.4.8電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)

  系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測(cè)，運(yùn)行維護(hù)人員可以通過諧波分析棒圖、報(bào)表掌握進(jìn)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(shí)采取相應(yīng)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(cè)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(duì)斷路器、隔離開關(guān)、接地刀等進(jìn)行分、合遙控操作。系統(tǒng)具有嚴(yán)格的密碼保護(hù)和操作權(quán)限管理功能，對(duì)于每次遙控操作，系統(tǒng)自動(dòng)生成操作記錄，記錄內(nèi)容包含操作人、操作時(shí)間、操作類型等。實(shí)現(xiàn)該功能需要斷路器本身具有電操機(jī)構(gòu)及保護(hù)保測(cè)控裝置具備遙控功能等硬件設(shè)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(yùn)行，設(shè)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(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、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(shí)時(shí)監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)備通訊狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。從而方便運(yùn)行維護(hù)人員實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備的通訊狀態(tài)，及時(shí)維護(hù)出現(xiàn)異常的設(shè)備，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

4.4.12視頻監(jiān)控

  視頻監(jiān)控展示了當(dāng)前實(shí)時(shí)畫面（視頻直播），選中某一個(gè)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(bào)告

  用戶報(bào)告頁(yè)面主要用于對(duì)選定的變配電站自動(dòng)匯總一個(gè)月的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)變壓器負(fù)荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報(bào)警事件等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

4.4.14 APP支持

電力運(yùn)維手機(jī)支持“監(jiān)控系統(tǒng)"、“設(shè)備檔案"、“待辦事項(xiàng)"、“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(bào)警查詢，設(shè)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(jié)束語(yǔ)

綜上所述，我們研制的新型企業(yè)電能量管理系統(tǒng)可實(shí)時(shí)精確地監(jiān)測(cè)企業(yè)的用電狀況。通過精準(zhǔn)化用電 管理和技術(shù)改造，切實(shí)幫助企業(yè)降低電能消耗和用電成本，從而為我國(guó)眾多企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和綠色轉(zhuǎn)型 提供了有利的技術(shù)支持手段，為節(jié)約型社會(huì)建設(shè)做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。