企业电能量管理系统的设计与应用

胡冠楠

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定

摘要 ：为了提高企业的用电管理水平，开发一种新型的企业电能量管理系统。系统基于无线传感网络和数字化电能测量技术，可通过在线监测企业重要能耗节点的用电状况，对企业现有用电方式和结构合理性、用电负荷、功率因数、谐波分量的动态变化趋势，以及无功功率和谐波功率的大小和产生原因等情况作出准确判断。

关键词：电能量 电能质量 能耗 节能 管理系统

0引言

我国高耗能企业众多。过高的能耗不仅大大增加了企业的生产成本，降低了企业的市场竟争力，更为严重的是过多地消耗了宝贵的资源，并使环境污染加剧，从而使我国企业的可持续发展面临巨大压力。目前我国大多数企业对其能耗重要形式的电能，多采用传统的人工抄表等粗放式计量与管理方式。企业管理者或许认识到加强用电管理并降低电能消耗的重要性，但因缺乏相应电能管理工具以及用电管理专家，因而对电能的控制管理感到无所适从。

为积极响应建设节约型社会的国策，我们研制开发一种新型的企业电能量管理系统。该系统可通过在线监测企业重要能耗节点的用电状况，并实时远传到企业能量远程监测管理中心，由电能管理专家进行分析处理，从而对企业现有用电方式和结构是否合理、用电负荷、功率因数、谐波分量如何动态变化，以及无功功率和谐波功率的大小和产生原因等情况作出准确判断。有了这些统计信息，通过精准化用电管理和技术改造，企业可以大幅降低电能消耗。

1系统组成

如图1所示，本系统由一套企业能量管理系统软件和若干台电能管理终端组成。企业能量监测中心的装有企业能量管理系统软件的计算机通过电能管理终端连续、在线监测配电和用电网络，采集实时的电参量、电能量和电能质量数据。数据经过分析和处理后用图示化和表格的方式直观显示用电数据和电能质量状况。所有数据储存至数据库中，企业各运行管理部门依据用电数据和电能质量数据，调整运行设备和用电负荷，以优化用电方式，提高生产运行和设备效率。该系统数据还可传至获得授权的相关部门对企业用能情况进行宏观监督和管理。

2硬件设计

企业电能量管理系统的硬件由不同型式、配置、功能和精度的电能管理终端组成。可完成电参量、电能量和电能质量的测量，并将测量数据通过无线传感网络、以太网络、RS485、以及GPRS/CDMA等不同媒介上传到服务器进一步分析处理。下面以我们开发的AP2008H电能管理终端为例进行说明。

如图2所示，被测的三相交流电 压 U a、Ub、Uc 和三相交流电流I a、Ib、Ic 依次接入模-数转换器A/ D1～A/ D6的输入端，转换结果由A/ D1～A/ D6送入 CPU中进行计算处理，完成电参量、电能量和电能质量的测量。而后，CPU将所测得的测量结果送入无线传感网络以太网络、RS485、以及GPRS/CDMA模块进行传送。

3软件设计

本系统软件可收集各种电能管理终端的测量数据，并进行归纳、处理、分析和保存，将结果以各种形式向用户进行展示。如图3所示，系统软件由通信及查询服务器软件、数据库服务器软件、Web服务器软件和客户端软件等部分组成。通信及查询服务器软件是部署在特 定服务器上的后台服务器软件，主要用于接收电能管理终端发来的各种实时测量数据，然后进行解析、 加工、分类和保存，并实时推送给需要这些数据的客户端软件 。同时，接收客户端软件 发送的各种系统命令、设置命令，并进行处理、保存、或转发给相应的电能管理终端。并接受、处理、和执行客户端对各种历史数据的数据库查询，将查询结果发送给客户端软件。数据库服务器 软件用于实现对各种历史数据的持久化，在持久化数据的同时对数据进行必要的加工处理，以提高数据在以后的使用效率。同时，维护数据的完整性和各种数据之间的关系约束等，并及时自动备份数据库。

Web服务器软件用来提供最初与用户的交互界面，检测用户端的软件环境，并实现简单有效的客户端软件部署。同时，对于缺少必要软件环境的用户提供所需软件的下载，并提供在线系统帮助。客户端软件主要用来提供用户与本系统的交互界面，建立与通信及查询服务器的联系，接受服务器传送来的实时测量数据、系统参数等，然后进行解析、加工和显示等操作，实现对系统内设备的实时监测。同时，维护系统运行的一些必要数据，查询历史数据并进行统计、趋势分析等。客户端软件主流程图和服务器软件主流程图分别如图4图5所示。

4安科瑞Acrel-3000WEB电能管理解决方案

4.1概述

  用户端消耗着整个电网80%的电能，用户端智能化用电管理对用户可靠、安全、节约用电有十分重要的意义。构建智能用电服务体系，全面推广用户端智能仪表、智能用电管理终端等设备用电管理解决方案，实现电网与用户的双向良性互动。用户端急需解决的研究内容主要包括：先进的表计，智能楼宇、智能电器、增值服务、客户用电管理系统、需求侧管理等课题。

     安科瑞Acrel-3000WEB电能管理解决方案通过对用户端用电情况进行细分和统计，以直观的数据和图表向管理人员或决策层展示各分项用电的使用消耗情况，便于找出高耗能点或不合理的耗能习惯，有效节约电能，为用户进一步节能改造或设备升级提供准确的数据支撑。

4.2应用场所

（1）办公建筑（商务办公、大型公共建筑等）；

（2）商业建筑（商场、金融机构建筑等）；

（3）旅游建筑（宾馆饭店、娱乐场所等）；

（4）科教文卫建筑（文化、教育、科研、医疗卫生、体育建筑等）；

（5）通信建筑（邮电、通信、广播、电视、数据中心等）；

（6）交通运输建筑（机场、车站、码头建筑等）。

4.3系统结构

4.4系统功能

4.4.1实时监测

系统人机界面友好，以配电一次图的形式直观显示配电线路的运行状态，实时监测各回路电压、电流、功率、功率因数、电能等电参数信息，动态监视各配电回路断路器、隔离开关、地刀等合、分状态，以及有关故障、告警等信号。

4.4.2电能统计报表

系统以丰富的报表支撑计量体系的完整性。系统具备定时抄表汇总统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况，即该节点进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表。该功能使得用电可视透明，并在用电误差偏大时可分析追溯，维护计量体系的正确性。

4.4.3详细电参量查询

  在配电一次图中，当鼠标移动到每个回路附近时，鼠标指针变为手形，鼠标单击可查看该回路详细电参量，包括三相电流、三相电压、三相总有功功率、总无功功率、总功率因数、正向有功电能，并可以查看24小时相电流趋势曲线及24小时电压趋势曲线。

4.4.4运行报表

系统具有实时电力参数和历史电力参数的存储和管理功能，所有实时采集的数据、顺序事件记录等均可保存到数据库，在查询界面中能够自定义需要查询的参数、Z定时间或选择查询更新的记录数据等，并通过报表方式显示出来。用户可以根据需要定制运行日报、月报，支持导出Excel格式文件，还可以根据用户要求导出PDF格式文件。

4.4.5变压器运行监视

  系统对配电系统总进线、主变压器、重要负荷出线的运行状态进行在线实时监视，用曲线显示电流、变压器运行温度、有功需量、有功功率、视在功率、变压器负荷率等运行趋势，分析变压器负荷率及损耗，方便运行维护人员及时掌握运行水平和用电需求，确保供电安全可靠。

4.4.6实时报警

  系统具有实时报警功能，系统能够对配电回路断路器、隔离开关、接地刀分、合动作等遥信变位，保护动作、事故跳闸，以及电压、电流、功率、功率因数越限等事件进行实时监测，并根据事件等级发出告警。系统报警时自动弹出实时报警窗口，并发出声音或语音提醒。

4.4.7历史事件查询

  系统能够对遥信变位，保护动作、事故跳闸，以及电压、电流、功率、功率因数越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。

4.4.8电能质量监测

  系统可以对整个配电系统范围内的电能质量进行持续性的监测，运行维护人员可以通过谐波分析棒图、报表掌握进线、变压器、重要回路的电压、电流谐波畸变率、谐波含量、电压不平衡度等，及时采取相应的措施，降低谐波损耗，减少因谐波造成的异常和事故(该功能需要选配带谐波监测功能的电力仪表，不需要可删除。

4.4.9遥控操作

  系统支持对断路器、隔离开关、接地刀等进行分、合遥控操作。系统具有严格的密码保护和操作权限管理功能，对于每次遥控操作，系统自动生成操作记录，记录内容包含操作人、操作时间、操作类型等。实现该功能需要断路器本身具有电操机构及保护保测控装置具备遥控功能等硬件设备的支持。

4.4.10用户权限管理

  系统为保障系统安全稳定运行，设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如配电回路名称修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。

4.4.11通讯状态图

  系统支持实时监视接入系统的各设备的通讯状态，能够完整的显示整个系统网络结构；可在线诊断设备通讯状态，发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。从而方便运行维护人员实时掌握现场各设备的通讯状态，及时维护出现异常的设备，保证系统的稳定运行。

4.4.12视频监控

  视频监控展示了当前实时画面（视频直播），选中某一个变配电站，即可查看该变配电站内视频信息。

4.4.13用户报告

  用户报告页面主要用于对选定的变配电站自动汇总一个月的运行数据，对变压器负荷、配电回路用电量、功率因数、报警事件等进行统计分析。

4.4.14 APP支持

电力运维手机支持“监控系统"、“设备档案"、“待办事项"、“巡检记录"和“缺陷记录"五大模块，支持一次图、需量、用电量、视频、曲线、温湿度、同比、环比、电能质量、各种事件报警查询，设备档案查询、待办事件处理、巡检记录查询等。

4.5系统硬件配置清单

5结束语

综上所述，我们研制的新型企业电能量管理系统可实时精确地监测企业的用电状况。通过精准化用电 管理和技术改造，切实帮助企业降低电能消耗和用电成本，从而为我国众多企业实现节能减排和绿色转型 提供了有利的技术支持手段，为节约型社会建设做出贡献。

参考文献

［1］李正军.计算机测控系统设计与应用[M].北京:机械工业出版社,2004.

［2］吴扬俊.管理信息系统基础[M].北京: 电子工业出版社,2007.

［4］企业电能量管理系统的研制.曹锐

［5］安科瑞企业微电网设计与应用手册2020.06