淺談企業電能量管理系統的設計與應用

周文浩

江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405

摘要 ：為了提高企業的用電管理水平，開發一種新型的企業電能量管理系統。系統基于無線傳感網絡和數字化電能測量技術，可通過在線監測企業重要能耗節點的用電狀況，對企業現有用電方式和結構合理性、用電負荷、功率因數、諧波分量的動態變化趨勢，以及無功功率和諧波功率的大小和產生原因等情況作出準確判斷。

關鍵詞：電能量 電能質量 能耗 節能 管理系統

0引言

我國高耗能企業眾多。過高的能耗不僅大大增加了企業的生產成本，降低了企業的市場竟爭力，更為嚴重的是過多地消耗了寶貴的資源，并使環境污染加劇，從而使我國企業的可持續發展面臨巨大壓力。目前我國大多數企業對其能耗重要形式的電能，多采用傳統的人工抄表等粗放式計量與管理方式。企業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。

為積極響應建設節約型社會的國策，我們研制開發一種新型的企業電能量管理系統。該系統可通過在線監測企業重要能耗節點的用電狀況，并實時遠傳到企業能量遠程監測管理中心，由電能管理專家進行分析處理，從而對企業現有用電方式和結構是否合理、用電負荷、功率因數、諧波分量如何動態變化，以及無功功率和諧波功率的大小和產生原因等情況作出準確判斷。有了這些統計信息，通過精準化用電管理和技術改造，企業可以大幅降低電能消耗。

1系統組成

如圖1所示，本系統由一套企業能量管理系統軟件和若干臺電能管理終端組成。企業能量監測中心的裝有企業能量管理系統軟件的計算機通過電能管理終端連續、在線監測配電和用電網絡，采集實時的電參量、電能量和電能質量數據。數據經過分析和處理后用圖示化和表格的方式直觀顯示用電數據和電能質量狀況。所有數據儲存至數據庫中，企業各運行管理部門依據用電數據和電能質量數據，調整運行設備和用電負荷，以優化用電方式，提高生產運行和設備效率。該系統數據還可傳至獲得授權的相關部門對企業用能情況進行宏觀監督和管理。

2硬件設計

企業電能量管理系統的硬件由不同型式、配置、功能和精度的電能管理終端組成。可完成電參量、電能量和電能質量的測量，并將測量數據通過無線傳感網絡、以太網絡、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-數轉換器A/ D1～A/ D6的輸入端，轉換結果由A/ D1～A/ D6送入 CPU中進行計算處理，完成電參量、電能量和電能質量的測量。而后，CPU將所測得的測量結果送入無線傳感網絡以太網絡、RS485、以及GPRS/CDMA模塊進行傳送。

3軟件設計

本系統軟件可收集各種電能管理終端的測量數據，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，系統軟件由通信及查詢服務器軟件、數據庫服務器軟件、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來的各種實時測量數據，然后進行解析、 加工、分類和保存，并實時推送給需要這些數據的客戶端軟件 。同時，接收客戶端軟件 發送的各種系統命令、設置命令，并進行處理、保存、或轉發給相應的電能管理終端。并接受、處理、和執行客戶端對各種歷史數據的數據庫查詢，將查詢結果發送給客戶端軟件。數據庫服務器 軟件用于實現對各種歷史數據的持久化，在持久化數據的同時對數據進行必要的加工處理，以提高數據在以后的使用效率。同時，維護數據的完整性和各種數據之間的關系約束等，并及時自動備份數據庫。

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境，并實現簡單有效的客戶端軟件部署。同時，對于缺少必要軟件環境的用戶提供所需軟件的下載，并提供在線系統幫助。客戶端軟件主要用來提供用戶與本系統的交互界面，建立與通信及查詢服務器的聯系，接受服務器傳送來的實時測量數據、系統參數等，然后進行解析、加工和顯示等操作，實現對系統內設備的實時監測。同時，維護系統運行的一些必要數據，查詢歷史數據并進行統計、趨勢分析等。客戶端軟件主流程圖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80%的電能，用戶端智能化用電管理對用戶可靠、安全、節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，實現電網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：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、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計，以直觀的數據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，有效節約電能，為用戶進一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。

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）科教文衛建筑（文化、教育、科研、醫療衛生、體育建筑等）；

（5）通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數據中心等）；

（6）交通運輸建筑（機場、車站、碼頭建筑等）。

4.3系統結構

4.4系統功能

4.4.1實時監測

系統人機界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數、電能等電參數信息，動態監視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分狀態，以及有關故障、告警等信號。

4.4.2電能統計報表

系統以豐富的報表支撐計量體系的完整性。系統具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自系統正常運行以來任意時間段內各配電節點的用電情況，即該節點進線用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。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，鼠標指針變為手形，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、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

系統具有實時電力參數和歷史電力參數的存儲和管理功能，所有實時采集的數據、順序事件記錄等均可保存到數據庫，在查詢界面中能夠自定義需要查詢的參數、時間或選擇查詢更新的記錄數據等，并通過報表方式顯示出來。用戶可以根據需要定制運行日報、月報，支持導出Excel格式文件，還可以根據用戶要求導出PDF格式文件。

4.4.5變壓器運行監視

  系統對配電系統總進線、主變壓器、重要負荷出線的運行狀態進行在線實時監視，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

  系統具有實時報警功能，系統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、功率因數越限等事件進行實時監測，并根據事件等級發出告警。系統報警時自動彈出實時報警窗口，并發出聲音或語音提醒。

4.4.7歷史事件查詢

  系統能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。

4.4.8電能質量監測

  系統可以對整個配電系統范圍內的電能質量進行持續性的監測，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測功能的電力儀表，不需要可刪除。

4.4.9遙控操作

  系統支持對斷路器、隔離開關、接地刀等進行分、合遙控操作。系統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

  系統為保障系統安全穩定運行，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，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

4.4.11通訊狀態圖

  系統支持實時監視接入系統的各設備的通訊狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構；可在線診斷設備通訊狀態，發生網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場各設備的通訊狀態，及時維護出現異常的設備，保證系統的穩定運行。

4.4.12視頻監控

  視頻監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。

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據，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數、報警事件等進行統計分析。

4.4.14 APP支持

電力運維手機支持“監控系統"、“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。

4.5系統硬件配置清單

5結束語

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

參考文獻

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［2］吳揚俊.管理信息系統基礎[M].北京: 電子工業出版社,2007.

［3］面向對象的開放式能量管理系統[M].北京

［4］企業電能量管理系統的研制.曹銳

［5］安科瑞企業微電網設計與應用手冊2020.06