摘要：在信息化技術(shù)應用日益發(fā)展的今天，各類(lèi)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算了，對供電系統運行的實(shí)時(shí)監測、對電能量按工序或設備的考核、甚至是按單爐單機的成本核算，都需要建立起動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)的電能管理系統。本文介紹了基于實(shí)時(shí)數據采集的電能管理系統的設計及應用情況，對實(shí)時(shí)電能管理系統的總體結構、數據模型、功能結構及各環(huán)節的應用要點(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(shí)數據庫數據采集；

0引言

電能管理系統以智能電表（以下簡(jiǎn)稱(chēng)電能表）為數據采集的源頭，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(shí)電能數據采集系統相連接，實(shí)時(shí)電能數據采集系統將處于分散狀態(tài)的電能數據讀取到實(shí)時(shí)電能采集數據庫；依靠實(shí)時(shí)電能采集數據庫，電能采集監測系統可以提供動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)的電能采集網(wǎng)絡(luò )監測功能；再通過(guò)電能數據上傳接口定時(shí)將電能管理數據保存到電能數據管理系統的數據庫，按照設定的處理周期進(jìn)行電量結算，后利用電能管理信息系統提供電能管理信息。根據不同類(lèi)型企業(yè)的需要，通過(guò)電能數據服務(wù)接口可以為ERP等信息化系統提供電能網(wǎng)絡(luò )運行和電量數據，為生產(chǎn)管理與成本管理提供電力系統的數據；根據電能管理用戶(hù)的需要，還可以通過(guò)外部數據接口接受來(lái)自企業(yè)內部其它信息系統的數據，例如有關(guān)計劃數據、生產(chǎn)實(shí)績(jì)數據等。系統的總體結構設計如圖1所示。

圖1電能管理系統總體結構

1實(shí)時(shí)電能數據采集系統

實(shí)時(shí)電能采集系統是以實(shí)時(shí)數據庫技術(shù)為基礎，建立起實(shí)時(shí)電能采集數據庫，采集的主要步驟是：

1. 系統根據設定的參數自動(dòng)輪詢(xún)電能表，讀取相關(guān)數據；

2. 對于讀取到的數據，將根據不同規約的格式（如DL/T645的數據格式）對數據進(jìn)行解析并進(jìn)行有效性檢查，舍棄不正確的數據；

3. 讀取電能表的順序將根據配置在實(shí)時(shí)數據庫中的電能表序號進(jìn)行；

4. 電能表出現通訊異常時(shí)，如無(wú)應答、校驗錯等，系統自動(dòng)重采。重采的次數可以在配置界面中設置。如重采失敗，系統會(huì )記錄并顯示對應的狀態(tài)數據，為運行管理人員提供監測與處理信息。

5. 維護管理人員可以通過(guò)手動(dòng)操作讀取電能表相關(guān)數據、對電能表進(jìn)行參數設置（如校時(shí)操作）等；

6. 系統讀取的數據均跟隨時(shí)間標簽，并根據設定的時(shí)間間隔自動(dòng)將電能表數據寫(xiě)入到實(shí)時(shí)數據庫中。

實(shí)時(shí)電能數據采集系統的采樣周期通?？梢栽O置為500ms。

2電能采集監測系統

電能采集監測系統是一套有動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)功能的Web應用軟件系統，它首先提供一套反映系統內所管理變電所、開(kāi)關(guān)站或配電室等電網(wǎng)結點(diǎn)分布情況和當前運行狀態(tài)的“電能采集系統總體監測圖"，圖中可以根據用戶(hù)需要設置各結點(diǎn)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(diǎn)擊圖上的某一結點(diǎn)設備，可以按電能網(wǎng)絡(luò )圖或電能數據表的形式動(dòng)態(tài)的顯示該結點(diǎn)內部所屬的各個(gè)用電部位的電能數據。實(shí)時(shí)數據顯示的刷新頻率可以與實(shí)時(shí)電能數據采集系統的采樣周期相同。

這一系統的功能主要是為電能管理系統提供基礎的運行管理服務(wù)，也為現場(chǎng)電能表的運行維護提供服務(wù)，同時(shí)還可以間接的為電能表所測量的供電、用戶(hù)設備的運行維護提供參考信息。

3電能數據上傳接口

按照設定的數據上傳周期，定時(shí)由實(shí)時(shí)電能數據采集系統提取電能管理需要的數據，保存到電能數據管理系統。依據一個(gè)企業(yè)對電能數據所需要的小時(shí)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(mǎn)足生產(chǎn)日報為小時(shí)間要求，則設置為10分到60分鐘都可以，但若想滿(mǎn)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?？傊蟼髦芷诘脑O置，就是以企業(yè)對通電數據的需要為前提，根據系統存儲能力、考慮數據的處理效率來(lái)確定，設置時(shí)還要兼顧數據的保存期限要求。

4電能數據管理系統

電能數據管理系統以關(guān)系數據庫為基礎，針對電量計算數據和電力系統運行數據兩個(gè)種類(lèi)分別構建出按時(shí)間分層的電能數據模型如圖2所示。其中：

1. 電量計算數據是指用于電量計算的正向有功電量、正向無(wú)功電量、反向有功電量、反向無(wú)功電量等，這類(lèi)數據可以按時(shí)間分為采集量、小時(shí)量、班量和日量等多個(gè)時(shí)間層面進(jìn)行計算處理，并且有不同時(shí)段的峰、平、谷數據。當需要進(jìn)行周報、旬報、月報等數據時(shí)，可以利用電量日數據來(lái)實(shí)現。

2. 電力運行數據是指對于電力系統運行管理所需要的單相或三相電流、電壓、電量、功率因數等數據，在采集上傳基礎上，按小時(shí)生成大值、小值和平均值等統計數據。為電力系統的運行管理提供實(shí)時(shí)的和歷史的原始數據與統計數據。

這種數據的分類(lèi)存儲策略，主要是用來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)的不同管理需求；而分層的數據存儲策略則是為了更好的滿(mǎn)足數據的處理效率要求。

數據在按設定的采集周期形成采集基礎數據的同時(shí)，按時(shí)自動(dòng)進(jìn)行各時(shí)間層面數據的歸集處理，并且可以根據不同層面數據的使用有效期限設置自動(dòng)轉儲與清理策略。例如，電能采集原始數據、電量計算采集數據和電力運行采集數據可以設置為保存3個(gè)月到12個(gè)月，小時(shí)數據、班數據和運行統計數據可以保存為3年，日數據可以保存10年等。超過(guò)保存期限的數據自動(dòng)進(jìn)行轉儲與刪除，這樣能夠在滿(mǎn)足使用要求的前提下盡量減少在線(xiàn)存儲空間的占用，目的就是為了提高處理效率。

圖2電能數據模型

5電能管理信息系統

電能管理信息系統是一個(gè)面向管理與服務(wù)的Web應用軟件系統，它主要由運行管理、計量管理、綜合管理、信息服務(wù)和系統管理五大功能項目構成，電能管理信息系統的主功能結構如圖3所示。

1. 運行管理功能由采集信息、數據查詢(xún)、分析曲線(xiàn)、平衡曲線(xiàn)、運行日報、參數管理等子功能項組成，主要是用來(lái)滿(mǎn)足電能采集網(wǎng)絡(luò )和電能表等的設備與線(xiàn)路的運行監測與管理。對于能源責任管理細化的單位，也是各責任部門(mén)人員觀(guān)測自己責任范圍內供電設備和用電設備運行狀況的窗口。

2. 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據正常采集、上傳與自動(dòng)結算某環(huán)節出現問(wèn)題，重新從實(shí)時(shí)數據庫提取某一時(shí)段數據后，由人工選擇進(jìn)行重新結算處理的功能；人工平衡是對于自動(dòng)采集過(guò)程中由于線(xiàn)路或設備故障原因所造成的異常數據進(jìn)行處理的功能，處理的時(shí)間層面可以選擇在小時(shí)、班或日的任一層面，經(jīng)過(guò)人工平衡的數據點(diǎn)原始數據與人工數據同時(shí)保存，后續的結算以人工數據為準進(jìn)行；計量臺帳和計量報表可以按用戶(hù)的格式要求和時(shí)間要求進(jìn)行設計。

3. 綜合管理功能是以用戶(hù)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計表、主要設備電能消耗統計表、設備停機電能損耗計算表等。

4. 信息服務(wù)功能是對企業(yè)的各類(lèi)用戶(hù)提供電能管理信息查詢(xún)、報表、統計計算的功能項目。例如對于企業(yè)高層管理提供全公司按產(chǎn)品或按分廠(chǎng)車(chē)間的電能消耗統計或明細查詢(xún)，對分廠(chǎng)或車(chē)間提供本部門(mén)或各基層工段班組的電能消耗統計或明細查詢(xún)。

5. 系統管理功能提供登錄操作人員的授權、系統參數設置、系統數據的轉儲備份等功能。本系統的各項操作都自動(dòng)記錄操作人員和操作時(shí)間，為系統的管理提供幫助。

圖3電能管理信息系統主功能結構

6安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案

6.1概述

用戶(hù)端消耗著(zhù)整個(gè)電網(wǎng)80%的電能，用戶(hù)端智能化用電管理對用戶(hù)可靠、安全、節約用電有十分重要的意義。構建智能用電服務(wù)體系，全面推廣用戶(hù)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(shí)現電網(wǎng)與用戶(hù)的雙向良性互動(dòng)。用戶(hù)端急需解決的研究?jì)热葜饕ǎ罕碛?，智能樓宇、智能電器、增值服?wù)、客戶(hù)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(guò)對用戶(hù)端用電情況進(jìn)行細分和統計，以直觀(guān)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(diǎn)或不合理的耗能習慣，有效節約電能，為用戶(hù)進(jìn)一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。

6.2應用場(chǎng)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(chǎng)、金融機構建筑等）；

（3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂(lè )場(chǎng)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、數據等）；

（6）交通運輸建筑（機場(chǎng)、車(chē)站、碼頭建筑等）。

6.3系統結構

6.4系統功能

6.4.1實(shí)時(shí)監測

系統人機界面友好，以配電一次圖的形式直觀(guān)顯示配電線(xiàn)路的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測各回路電壓、電流、功率、功率因數、電能等電參數信息，動(dòng)態(tài)監視各配電回路斷路器、隔離開(kāi)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(shí)抄表匯總統計功能，用戶(hù)可以自由查詢(xún)自系統正常運行以來(lái)任意時(shí)間段內各配電節點(diǎn)的用電情況，即該節點(diǎn)進(jìn)線(xiàn)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(shí)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(xún)

在配電一次圖中，當鼠標移動(dòng)到每個(gè)回路附近時(shí)，鼠標指針變?yōu)槭中?，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(wú)功功率、總功率因數、正向有功電能，并可以查看24小時(shí)相電流趨勢曲線(xiàn)及24小時(shí)電壓趨勢曲線(xiàn)。

6.4.4運行報表

系統具有實(shí)時(shí)電力參數和歷史電力參數的存儲和管理功能，所有實(shí)時(shí)采集的數據、順序事件記錄等均可保存到數據庫，在查詢(xún)界面中能夠自定義需要查詢(xún)的參數、時(shí)間或選擇查詢(xún)更新的記錄數據等，并通過(guò)報表方式顯示出來(lái)。用戶(hù)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(hù)要求導出PDF格式文件。

6.4.5變壓器運行監視

系統對配電系統總進(jìn)線(xiàn)、主變壓器、重要負荷出線(xiàn)的運行狀態(tài)進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)監視，用曲線(xiàn)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(shí)掌握運行水平和用電需求，確保供電安全可靠。

6.4.6實(shí)時(shí)報警

系統具有實(shí)時(shí)報警功能，系統能夠對配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位，保護動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，并根據事件等級發(fā)出告警。系統報警時(shí)自動(dòng)彈出實(shí)時(shí)報警窗口，并發(fā)出聲音或語(yǔ)音提醒。

6.4.7歷史事件查詢(xún)

系統能夠對遙信變位，保護動(dòng)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(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析。

6.4.8電能質(zhì)量監測

系統可以對整個(gè)配電系統范圍內的電能質(zhì)量進(jìn)行持續性的監測，運行維護人員可以通過(guò)諧波分析棒圖、報表掌握進(jìn)線(xiàn)、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(shí)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。

6.4.9遙控操作

系統支持對斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀等進(jìn)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(dòng)生成操作記錄，記錄內容包含操作人、操作時(shí)間、操作類(lèi)型等。實(shí)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。

6.4.10用戶(hù)權限管理

系統為保障系統安全穩定運行，設置了用戶(hù)權限管理功能。通過(guò)用戶(hù)權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作（如配電回路名稱(chēng)修改等）?？梢远x不同級別用戶(hù)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。

6.4.11通訊狀態(tài)圖

系統支持實(shí)時(shí)監視接入系統的各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )結構；可在線(xiàn)診斷設備通訊狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò )異常時(shí)能自動(dòng)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(shí)時(shí)掌握現場(chǎng)各設備的通訊狀態(tài)，及時(shí)維護出現異常的設備，保證系統的穩定運行。

6.4.12視頻監控

視頻監控展示了當前實(shí)時(shí)畫(huà)面（視頻直播），選中某一個(gè)變配電站，即可查看該變配電站內視頻信息。

6.4.13用戶(hù)報告

用戶(hù)報告頁(yè)面主要用于對選定的變配電站自動(dòng)匯總一個(gè)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(jìn)行統計分析。

6.4.14APP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(xiàn)、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報警查詢(xún)，設備檔案查詢(xún)、待辦事件處理、巡檢記錄查詢(xún)等。

6.5系統硬件配置清單

7結束語(yǔ)

用電企業(yè)通過(guò)電能管理系統的應用，不但要解決傳統的電能計量結算問(wèn)題，更重要的是要實(shí)現面向重要工序和重點(diǎn)設備的電能成本考核管理，真正使節能降耗從管理層的行為變?yōu)槠髽I(yè)職工全員的自覺(jué)行動(dòng)。一套實(shí)時(shí)采集、自動(dòng)結算、動(dòng)態(tài)完整的反映電能消耗詳細過(guò)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(shí)采集的電能管理系統，還為企業(yè)供電系統的運行管理提供了網(wǎng)絡(luò )化的監測管理工具。同時(shí)，電能管理系統的實(shí)施，也可為企業(yè)ERP等其它信息化系統提供電能數據共享。

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