任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：在信息化技術(shù)應(yīng)用日益發(fā)展的今天，各類用電企業(yè)對于電能的管理已經(jīng)不僅局限于按月的電能計量結(jié)算了，對供電系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時監(jiān)測、對電能量按工序或設(shè)備的考核、甚至是按單爐單機(jī)的成本核算，都需要建立起動態(tài)實(shí)時的電能管理系統(tǒng)。本文介紹了基于實(shí)時數(shù)據(jù)采集的電能管理系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用情況，對實(shí)時電能管理系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)模型、功能結(jié)構(gòu)及各環(huán)節(jié)的應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行了分析研究。

關(guān)鍵詞：用電企業(yè)；電能管理；實(shí)時數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)采集；

0引言

電能管理系統(tǒng)以智能電表（以下簡稱電能表）為數(shù)據(jù)采集的源頭，利用互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)以太網(wǎng)等各種網(wǎng)絡(luò)通訊方式與實(shí)時電能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接，實(shí)時電能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將處于分散狀態(tài)的電能數(shù)據(jù)讀取到實(shí)時電能采集數(shù)據(jù)庫；依靠實(shí)時電能采集數(shù)據(jù)庫，電能采集監(jiān)測系統(tǒng)可以提供動態(tài)實(shí)時的電能采集網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測功能；再通過電能數(shù)據(jù)上傳接口定時將電能管理數(shù)據(jù)保存到電能數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，按照設(shè)定的處理周期進(jìn)行電量結(jié)算，后利用電能管理信息系統(tǒng)提供電能管理信息。根據(jù)不同類型企業(yè)的需要，通過電能數(shù)據(jù)服務(wù)接口可以為ERP等信息化系統(tǒng)提供電能網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行和電量數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)管理與成本管理提供電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)；根據(jù)電能管理用戶的需要，還可以通過外部數(shù)據(jù)接口接受來自企業(yè)內(nèi)部其它信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，例如有關(guān)計劃數(shù)據(jù)、生產(chǎn)實(shí)績數(shù)據(jù)等。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

圖1電能管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

1實(shí)時電能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

實(shí)時電能采集系統(tǒng)是以實(shí)時數(shù)據(jù)庫技術(shù)為基礎(chǔ)，建立起實(shí)時電能采集數(shù)據(jù)庫，采集的主要步驟是：

1. 系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的參數(shù)自動輪詢電能表，讀取相關(guān)數(shù)據(jù)；

2. 對于讀取到的數(shù)據(jù)，將根據(jù)不同規(guī)約的格式（如DL/T645的數(shù)據(jù)格式）對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析并進(jìn)行有效性檢查，舍棄不正確的數(shù)據(jù)；

3. 讀取電能表的順序?qū)⒏鶕?jù)配置在實(shí)時數(shù)據(jù)庫中的電能表序號進(jìn)行；

4. 電能表出現(xiàn)通訊異常時，如無應(yīng)答、校驗(yàn)錯等，系統(tǒng)自動重采。重采的次數(shù)可以在配置界面中設(shè)置。如重采失敗，系統(tǒng)會記錄并顯示對應(yīng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，為運(yùn)行管理人員提供監(jiān)測與處理信息。

5. 維護(hù)管理人員可以通過手動操作讀取指ding電能表相關(guān)數(shù)據(jù)、對電能表進(jìn)行參數(shù)設(shè)置（如校時操作）等；

6. 系統(tǒng)讀取的數(shù)據(jù)均跟隨時間標(biāo)簽，并根據(jù)設(shè)定的時間間隔自動將電能表數(shù)據(jù)寫入到實(shí)時數(shù)據(jù)庫中。

實(shí)時電能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣周期通?？梢栽O(shè)置為500ms。

2電能采集監(jiān)測系統(tǒng)

電能采集監(jiān)測系統(tǒng)是一套有動態(tài)實(shí)時功能的Web應(yīng)用軟件系統(tǒng)，它首先提供一套反映系統(tǒng)內(nèi)所管理變電所、開關(guān)站或配電室等電網(wǎng)結(jié)點(diǎn)分布情況和當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的“電能采集系統(tǒng)總體監(jiān)測圖”，圖中可以根據(jù)用戶需要設(shè)置各結(jié)點(diǎn)設(shè)備的狀態(tài)，例如：正常運(yùn)行為“綠色”、故障或檢修停運(yùn)狀態(tài)為“紅色”、備用狀態(tài)為“灰色”。點(diǎn)擊圖上的某一結(jié)點(diǎn)設(shè)備，可以按電能網(wǎng)絡(luò)圖或電能數(shù)據(jù)表的形式動態(tài)的顯示該結(jié)點(diǎn)內(nèi)部所屬的各個用電部位的電能數(shù)據(jù)。實(shí)時數(shù)據(jù)顯示的刷新頻率可以與實(shí)時電能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣周期相同。

這一系統(tǒng)的功能主要是為電能管理系統(tǒng)提供基礎(chǔ)的運(yùn)行管理服務(wù)，也為現(xiàn)場電能表的運(yùn)行維護(hù)提供服務(wù)，同時還可以間接的為電能表所測量的供電、用戶設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)提供參考信息。

3電能數(shù)據(jù)上傳接口

按照設(shè)定的數(shù)據(jù)上傳周期，定時由實(shí)時電能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提取電能管理需要的數(shù)據(jù)，保存到電能數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。依據(jù)一個企業(yè)對電能數(shù)據(jù)所需要的小時間粒度，上傳周期可以為1分鐘到60分鐘設(shè)置，例如化工企業(yè)若以滿足生產(chǎn)日報為小時間要求，則設(shè)置為10分到60分鐘都可以，但若想滿足轉(zhuǎn)爐煉鋼按爐次計算成本的要求，就設(shè)置為不大于2分鐘。總之上傳周期的設(shè)置，就是以企業(yè)對通電數(shù)據(jù)的需要為前提，根據(jù)系統(tǒng)存儲能力、考慮數(shù)據(jù)的處理效率來確定，設(shè)置時還要兼顧數(shù)據(jù)的保存期限要求。

4電能數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

電能數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)以關(guān)系數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，針對電量計算數(shù)據(jù)和電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)兩個種類分別構(gòu)建出按時間分層的電能數(shù)據(jù)模型如圖2所示。其中：

1. 電量計算數(shù)據(jù)是指用于電量計算的正向有功電量、正向無功電量、反向有功電量、反向無功電量等，這類數(shù)據(jù)可以按時間分為采集量、小時量、班量和日量等多個時間層面進(jìn)行計算處理，并且有不同時段的峰、平、谷數(shù)據(jù)。當(dāng)需要進(jìn)行周報、旬報、月報等數(shù)據(jù)時，可以利用電量日數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)。

2. 電力運(yùn)行數(shù)據(jù)是指對于電力系統(tǒng)運(yùn)行管理所需要的單相或三相電流、電壓、電量、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)，在采集上傳基礎(chǔ)上，按小時生成大值、小值和平均值等統(tǒng)計數(shù)據(jù)。為電力系統(tǒng)的運(yùn)行管理提供實(shí)時的和歷史的原始數(shù)據(jù)與統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

這種數(shù)據(jù)的分類存儲策略，主要是用來滿足用戶的不同管理需求；而分層的數(shù)據(jù)存儲策略則是為了更好的滿足數(shù)據(jù)的處理效率要求。

數(shù)據(jù)在按設(shè)定的采集周期形成采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的同時，按時自動進(jìn)行各時間層面數(shù)據(jù)的歸集處理，并且可以根據(jù)不同層面數(shù)據(jù)的使用有效期限設(shè)置自動轉(zhuǎn)儲與清理策略。例如，電能采集原始數(shù)據(jù)、電量計算采集數(shù)據(jù)和電力運(yùn)行采集數(shù)據(jù)可以設(shè)置為保存3個月到12個月，小時數(shù)據(jù)、班數(shù)據(jù)和運(yùn)行統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以保存為3年，日數(shù)據(jù)可以保存10年等。超過保存期限的數(shù)據(jù)自動進(jìn)行轉(zhuǎn)儲與刪除，這樣能夠在滿足使用要求的前提下盡量減少在線存儲空間的占用，目的就是為了提高處理效率。

圖2電能數(shù)據(jù)模型

5電能管理信息系統(tǒng)

電能管理信息系統(tǒng)是一個面向管理與服務(wù)的Web應(yīng)用軟件系統(tǒng)，它主要由運(yùn)行管理、計量管理、綜合管理、信息服務(wù)和系統(tǒng)管理五大功能項(xiàng)目構(gòu)成，電能管理信息系統(tǒng)的主功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1. 運(yùn)行管理功能由采集信息、數(shù)據(jù)查詢、分析曲線、平衡曲線、運(yùn)行日報、參數(shù)管理等子功能項(xiàng)組成，主要是用來滿足電能采集網(wǎng)絡(luò)和電能表等的設(shè)備與線路的運(yùn)行監(jiān)測與管理。對于能源責(zé)任管理細(xì)化的單位，也是各責(zé)任部門人員觀測自己責(zé)任范圍內(nèi)供電設(shè)備和用電設(shè)備運(yùn)行狀況的窗口。

2. 計量管理功能由人工結(jié)算、人工平衡、計量臺帳、計量報表等項(xiàng)組成。其中人工結(jié)算是在數(shù)據(jù)正常采集、上傳與自動結(jié)算某環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，重新從實(shí)時數(shù)據(jù)庫提取某一時段數(shù)據(jù)后，由人工選擇進(jìn)行重新結(jié)算處理的功能；人工平衡是對于自動采集過程中由于線路或設(shè)備故障原因所造成的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的功能，處理的時間層面可以選擇在小時、班或日的任一層面，經(jīng)過人工平衡的數(shù)據(jù)點(diǎn)原始數(shù)據(jù)與人工數(shù)據(jù)同時保存，后續(xù)的結(jié)算以人工數(shù)據(jù)為準(zhǔn)進(jìn)行；計量臺帳和計量報表可以按用戶的格式要求和時間要求進(jìn)行設(shè)計。

3. 綜合管理功能是以用戶對電能管理的綜合管理要求為目標(biāo)所設(shè)計的功能項(xiàng)目，例如電能消耗指標(biāo)完成情況統(tǒng)計表、主要設(shè)備電能消耗統(tǒng)計表、設(shè)備停機(jī)電能損耗計算表等。

4. 信息服務(wù)功能是對企業(yè)的各類用戶提供電能管理信息查詢、報表、統(tǒng)計計算的功能項(xiàng)目。例如對于企業(yè)高層管理提供全公司按產(chǎn)品或按分廠車間的電能消耗統(tǒng)計或明細(xì)查詢，對分廠或車間提供本部門或各基層工段班組的電能消耗統(tǒng)計或明細(xì)查詢。

5. 系統(tǒng)管理功能提供登錄操作人員的授權(quán)、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)儲備份等功能。本系統(tǒng)的各項(xiàng)操作都自動記錄操作人員和操作時間，為系統(tǒng)的管理提供幫助。

圖3電能管理信息系統(tǒng)主功能結(jié)構(gòu)

6安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案

6.1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(shí)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：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(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)備升級提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

6.2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)等）；

（6）交通運(yùn)輸建筑（機(jī)場、車站、碼頭建筑等）。

6.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6.4系統(tǒng)功能

6.4.1實(shí)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(shí)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。

6.4.2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(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。

6.4.3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?，鼠?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。

6.4.4運(yùn)行報表

系統(tǒng)具有實(shí)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(shí)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。

6.4.5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(shí)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。

6.4.6實(shí)時報警

系統(tǒng)具有實(shí)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(shí)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(shí)時報警窗口，并發(fā)出聲音或語音提醒。

6.4.7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。

6.4.8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。

6.4.9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(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)保測控裝置具備遙控功能等硬件設(shè)備的支持。

6.4.10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。

6.4.11通訊狀態(tài)圖

系統(tǒng)支持實(shí)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(shí)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。

6.4.12視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控展示了當(dāng)前實(shí)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。

6.4.13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。

6.4.14APP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、各種事件報警查詢，設(shè)備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢等。

6.5系統(tǒng)硬件配置清單

7結(jié)束語

用電企業(yè)通過電能管理系統(tǒng)的應(yīng)用，不但要解決傳統(tǒng)的電能計量結(jié)算問題，更重要的是要實(shí)現(xiàn)面向重要工序和重點(diǎn)設(shè)備的電能成本考核管理，真正使節(jié)能降耗從管理層的行為變?yōu)槠髽I(yè)職工全員的自覺行動。一套實(shí)時采集、自動結(jié)算、動態(tài)完整的反映電能消耗詳細(xì)過程與

綜合狀況的電能信息服務(wù)體系，為企業(yè)的這些需求提供了有力的工具。這種基于實(shí)時采集的電能管理系統(tǒng)，還為企業(yè)供電系統(tǒng)的運(yùn)行管理提供了網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)測管理工具。同時，電能管理系統(tǒng)的實(shí)施，也可為企業(yè)ERP等其它信息化系統(tǒng)提供電能數(shù)據(jù)共享。

【參考文獻(xiàn)】

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作者簡介：任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任于安科瑞電氣股份有限公司。