用電企業(yè)電能管理系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)采集的應用

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)絡通訊方式與實時電能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接，實時電能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將處于分散狀態(tài)的電能數(shù)據(jù)讀取到實時電能采集數(shù)據(jù)庫；依靠實時電能采集數(shù)據(jù)庫，電能采集監(jiān)測系統(tǒng)可以提供動態(tài)實時的電能采集網(wǎng)絡監(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，按照設定的處理周期進行電量結算，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)服務接口可以為ERP等信息化系統(tǒng)提供電能網(wǎng)絡運行和電量數(shù)據(jù)，為生產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)內部其它信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，例如有關計劃數(shù)據(jù)、生產實績數(shù)據(jù)等。系統(tǒng)的總體結構設計如圖1所示。

圖1電能管理系統(tǒng)總體結構

1實時電能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

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

.       系統(tǒng)根據(jù)設定的參數(shù)自動輪詢電能表，讀取相關數(shù)據(jù)；

.       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)進行解析并進行有效性檢查，舍棄不正確的數(shù)據(jù)；

.       讀取電能表的順序將根據(jù)配置在實時數(shù)據(jù)庫中的電能表序號進行；

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

.       維護管理人員可以通過手動操作讀取電能表相關數(shù)據(jù)、對電能表進行參數(shù)設置（如校時操作）等；

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

實時電能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣周期通常可以設置為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)實時功能的Web應用軟件系統(tǒng)，它首先提供一套反映系統(tǒng)內所管理變電所、開關站或配電室等電網(wǎng)結點分布情況和當前運行狀態(tài)的“電能采集系統(tǒng)總體監(jiān)測圖”，圖中可以根據(jù)用戶需要設置各結點設備的狀態(tài)，例如：正常運行為“綠色”、故障或檢修停運狀態(tài)為“紅色”、備用狀態(tài)為“灰色”。點擊圖上的某一結點設備，可以按電能網(wǎng)絡圖或電能數(shù)據(jù)表的形式動態(tài)的顯示該結點內部所屬的各個用電部位的電能數(shù)據(jù)。實時數(shù)據(jù)顯示的刷新頻率可以與實時電能數(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)提供基礎的運行管理服務，也為現(xiàn)場電能表的運行維護提供服務，同時還可以間接的為電能表所測量的供電、用戶設備的運行維護提供參考信息。

3電能數(shù)據(jù)上傳接口

按照設定的數(shù)據(jù)上傳周期，定時由實時電能數(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分鐘設置，例如化工企業(yè)若以滿足生產日報為小時間要求，則設置為10分到60分鐘都可以，但若想滿足轉爐煉鋼按爐次計算成本的要求，就設置為不大于2分鐘。總之上傳周期的設置，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)以關系數(shù)據(jù)庫為基礎，針對電量計算數(shù)據(jù)和電力系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)兩個種類分別構建出按時間分層的電能數(shù)據(jù)模型如圖2所示。其中：

.       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行計算處理，并且有不同時段的峰、平、谷數(shù)據(jù)。當需要進行周報、旬報、月報等數(shù)據(jù)時，可以利用電量日數(shù)據(jù)來實現(xiàn)。

.       電力運行數(shù)據(jù)是指對于電力系統(tǒng)運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)的運行管理提供實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)在按設定的采集周期形成采集基礎數(shù)據(jù)的同時，按時自動進行各時間層面數(shù)據(jù)的歸集處理，并且可以根據(jù)不同層面數(shù)據(jù)的使用有效期限設置自動轉儲與清理策略。例如，電能采集原始數(shù)據(jù)、電量計算采集數(shù)據(jù)和電力運行采集數(shù)據(jù)可以設置為保存3個月到12個月，小時數(shù)據(jù)、班數(shù)據(jù)和運行統(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)自動進行轉儲與刪除，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的Web應用軟件系統(tǒng)，它主要由運行管理、計量管理、綜合管理、信息服務和系統(tǒng)管理五大功能項目構成，電能管理信息系統(tǒng)的主功能結構如圖3所示。

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

.       計量管理功能由人工結算、人工平衡、計量臺帳、計量報表等項組成。其中人工結算是在數(shù)據(jù)正常采集、上傳與自動結算某環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，重新從實時數(shù)據(jù)庫提取某一時段數(shù)據(jù)后，由人工選擇進行重新結算處理的功能；人工平衡是對于自動采集過程中由于線路或設備故障原因所造成的異常數(shù)據(jù)進行處理的功能，處理的時間層面可以選擇在小時、班或日的任一層面，經過人工平衡的數(shù)據(jù)點原始數(shù)據(jù)與人工數(shù)據(jù)同時保存，后續(xù)的結算以人工數(shù)據(jù)為準進行；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行設計。

.       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所設計的功能項目，例如電能消耗指標完成情況統(tǒng)計表、主要設備電能消耗統(tǒng)計表、設備停機電能損耗計算表等。

.       信息服務功能是對企業(yè)的各類用戶提供電能管理信息查詢、報表、統(tǒng)計計算的功能項目。例如對于企業(yè)高層管理提供全公司按產品或按分廠車間的電能消耗統(tǒng)計或明細查詢，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)計或明細查詢。

.       系統(tǒng)管理功能提供登錄操作人員的授權、系統(tǒng)參數(shù)設置、系統(tǒng)數(shù)據(jù)的轉儲備份等功能。本系統(tǒng)的各項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)主功能結構

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容主要包括：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。

6.2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)等）；

（6）交通運輸建筑（機場、車站、碼頭建筑等）。

6.3系統(tǒng)結構

6.4系統(tǒng)功能

6.4.1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。

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)正常運行以來任意時間段內各配電節(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。

6.4.3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)槭中危髽藛螕艨刹榭丛摶芈吩敿氹妳⒘浚ㄈ嚯娏鳌⑷嚯妷骸⑷嗫傆泄β省⒖偀o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。

6.4.5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。

6.4.6實時報警

系統(tǒng)具有實時報警功能，系統(tǒng)能夠對配電回路斷路器、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。

6.4.7歷史事件查詢

系統(tǒng)能夠對遙信變位，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。

6.4.8電能質量監(jiān)測

系統(tǒng)可以對整個配電系統(tǒng)范圍內的電能質量進行持續(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。

6.4.9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。

6.4.10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授權的操作（如配電回路名稱修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統(tǒng)運行、維護、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。

6.4.12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。

6.4.14APP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。

6.5系統(tǒng)硬件配置清單

7結束語

用電企業(yè)通過電能管理系統(tǒng)的應用，不但要解決傳統(tǒng)的電能計量結算問題，更重要的是要實現(xiàn)面向重要工序和重點設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。一套實時采集、自動結算、動態(tài)完整的反映電能消耗詳細過程與綜合狀況的電能信息服務體系，為企業(yè)的這些需求提供了有力的工具。這種基于實時采集的電能管理系統(tǒng)，還為企業(yè)供電系統(tǒng)的運行管理提供了網(wǎng)絡化的監(jiān)測管理工具。同時，電能管理系統(tǒng)的實施，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】

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安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版.