淺談企業(yè)電能量管理系統(tǒng)的設(shè)計與應(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)字化電能測量技術(shù)，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(jié)構(gòu)合理性、用電負(fù)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(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?fàn)幜?，更為?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(rèn)識到加強(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(yuǎn)傳到企業(yè)能量遠(yuǎn)程監(jiān)測管理中心，由電能管理專家進(jìn)行分析處理，從而對企業(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(jī)通過電能管理終端連續(xù)、在線監(jiān)測配電和用電網(wǎng)絡(luò)，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(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)部門對企業(yè)用能情況進(jìn)行宏觀監(jiān)督和管理。

2硬件設(shè)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?？赏瓿呻妳⒘?、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(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(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

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(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)來的各種實時測量數(shù)據(jù)，然后進(jìn)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(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)行客戶端對各種歷史數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫查詢，將查詢結(jié)果發(fā)送給客戶端軟件。數(shù)據(jù)庫服務(wù)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(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，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，并及時自動備份數(shù)據(jù)庫。

Web服務(wù)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(wù)器的聯(lián)系，接受服務(wù)器傳送來的實時測量數(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，實現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的實時監(jiān)測。同時，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、趨勢分析等。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(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(jìn)的表計，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用戶端用電情況進(jìn)行細(xì)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(xí)慣，有效節(jié)約電能，為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

4.2應(yīng)用場所

（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、金融機(jī)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(yùn)輸建筑（機(jī)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(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(yùn)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(jìn)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(hù)計量體系的正確性。

4.4.3詳細(xì)電參量查詢

  在配電一次圖中，當(dāng)鼠標(biāo)移動到每個回路附近時，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小時相電流趨勢曲線及24小時電壓趨勢曲線。

4.4.4運(yùn)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)、指ding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(yùn)行日報、月報，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)行在線實時監(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，分析變壓器負(fù)荷率及損耗，方便運(yùn)行維護(hù)人員及時掌握運(yùn)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(hù)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(jìn)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(hù)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(jìn)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進(jìn)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(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測，運(yùn)行維護(hù)人員可以通過諧波分析棒圖、報表掌握進(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(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(jī)構(gòu)及保護(hù)保測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）?？梢远x不同級別用戶的登錄名、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)支持實時監(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)異常時能自動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)人員實時掌握現(xiàn)場各設(shè)備的通訊狀態(tài)，及時維護(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(yùn)行數(shù)據(jù)，對變壓器負(fù)荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報警事件等進(jìn)行統(tǒng)計分析。

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"、“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(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

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(zhǔn)化用電 管理和技術(shù)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(shù)支持手段，為節(jié)約型社會建設(shè)做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。