摘要：為解決目前園區用電管理紊亂、數據采集不便、運維智能化水平低等問(wèn)題。研究搭建出園區智慧用電管理系統。本系統由網(wǎng)關(guān)、PC、手機、智能物聯(lián)網(wǎng)設備等硬件組成。利用RS-485總線(xiàn)通信、數據庫管理、GPRS無(wú)線(xiàn)傳輸等技術(shù)將智能電表、集中器、數據采集終端及云服務(wù)器連接起來(lái)進(jìn)行信息交換與通訊，建立智慧用電管理系統。該系統能夠保證用電管理的高效性和性，顯著(zhù)提高了物業(yè)服務(wù)的工作效率和智能化水平，減少了管理維護成本，有效改善了用戶(hù)體驗。

關(guān)鍵詞：園區 智慧用電 管理系統 系統設計 用電管理智能化

0引言

隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)、云平臺等新興信息科技的日益成熟，未來(lái)園區用電管理的發(fā)展將更加智能化、信息化。近年來(lái)，越來(lái)越多的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)為園區用電管理提供了解決方案，文獻[1]提出基于大數據技術(shù)設計開(kāi)發(fā)的智能電表遠程抄表系統替代傳統的人工抄表方法，能夠有效提高抄表的速率，并降低誤抄率。文獻[2]提出基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )研究開(kāi)發(fā)的建筑智能用電監控系統，實(shí)現對用電設備的智能化安全保障，以避免由于設備維修不及時(shí)引發(fā)的建筑用電安全問(wèn)題。文獻[3]提出利用數據采集器對用電信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，實(shí)現對竊電行為的有效監測以及提高了線(xiàn)損管理的智能化水平與效率。但是以上研究成果僅改善了抄表效率低下、設備管理粗放及電能損耗較大等問(wèn)題，在建筑園區電費業(yè)務(wù)管理層面上仍存在一些難題尚未得到解決。一方面，傳統采用的預付費電表方案并不適用于商業(yè)園區，電表下屬的負荷大小各有不同，若出現欠費斷電的情況，很有可能會(huì )對公司業(yè)務(wù)、數據庫等重要信息造成重大損失；另一方面，園區各企業(yè)的電表數量眾多，“充值流程繁瑣"、“電表管理困難"、“業(yè)主拖欠電費"等問(wèn)題嚴重影響著(zhù)園區用電管理的服務(wù)質(zhì)量，進(jìn)而導致入場(chǎng)企業(yè)存留率低、園區市場(chǎng)競爭力弱等問(wèn)題。

園區的服務(wù)質(zhì)量和數字智能化水平是吸引現代企業(yè)入駐，贏(yíng)得市場(chǎng)競爭優(yōu)勢的關(guān)鍵性因素?；A能源服務(wù)能力不達標，將意味著(zhù)園區經(jīng)濟發(fā)展能力的下降甚至缺失，因此，如何吸引企業(yè)并提升園區服務(wù)水平，是園區未來(lái)值得思考的發(fā)展方向。為解決以上問(wèn)題，提出在現有研究成果的基礎上，建立設計以“業(yè)務(wù)智能"和“設備安全"為核心理念的園區智慧用電管理系統。

1園區智慧用電管理系統設計

系統設計是通過(guò)特定的技術(shù)或組織構成的網(wǎng)絡(luò )化配置，注重目標用戶(hù)的需求，用以提供用戶(hù)所需的服務(wù)。作為一種全新的設計思維模式，其特點(diǎn)體現在本身的平衡性，即維持系統“使用端"和“服務(wù)端"之間的平衡度，融入了產(chǎn)品及服務(wù)的規劃設計流程，綜合運用設計學(xué)理論及方法對產(chǎn)品及管理服務(wù)進(jìn)行一體化的設計實(shí)踐。系統設計兼顧了視覺(jué)設計、功能設計、交互設計、服務(wù)設計以及體驗設計，用戶(hù)通過(guò)研發(fā)的系統平臺滿(mǎn)足自身的需求和期望，從而有助于提升系統的滿(mǎn)意度和便捷度，改善用戶(hù)體驗。這種體驗感受是用戶(hù)在使用系統過(guò)程中貫穿于整個(gè)管理系統的主觀(guān)感受。

園區智慧用電管理系統主要由智能電表、數據采集器、數據集中器及其他輔助通訊部件構成，用戶(hù)端為園區物業(yè)使用的Web端程序和業(yè)主使用的小程序，用戶(hù)不僅能實(shí)現用戶(hù)實(shí)時(shí)用電數據的查詢(xún)及業(yè)務(wù)處理功能，擁有平臺體驗良好的人機交互功能，還可以方便快捷地得到所需信息，享有更為智能化的分析系統和用戶(hù)管理。系統利用RS-485總線(xiàn)技術(shù)一點(diǎn)對多點(diǎn)的通訊特征將智能電表和數據采集器及集中器組成傳輸監測設備組，實(shí)現一個(gè)數據采集器與多個(gè)智能電表通訊的要求，用以完成對多電表能耗數據的實(shí)時(shí)采集和有效存儲，并將各個(gè)電表節點(diǎn)的用電數據經(jīng)分析處理后實(shí)時(shí)傳輸至系統進(jìn)行后臺業(yè)務(wù)操作與算法實(shí)現，例如遠程抄表、自動(dòng)生成每月的賬單等。另外，系統還可根據傳輸的電能參數判斷當前設備的電壓和功率是否超出設定的閾值范圍，一旦超出范圍即可通過(guò)GPRS通訊向用戶(hù)發(fā)送預警信號（手機短信和平臺警告），從而保證用電設備處于安全狀態(tài)。同時(shí)，不同經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)園區的傳輸監測設備組可以通過(guò)以太網(wǎng)技術(shù)實(shí)現與系統計算機的信息互通，完成數字化管理及后續數據的統計處理與分析。智慧用電管理系統總體設計方案如圖1。

圖1 智慧用電管理系統總體設計方案

2系統硬件設計

基于園區智慧用電管理系統的總體設計，本系統設備配置主要分為以下幾個(gè)部分。

（1）智能電表。作為整個(gè)用電系統的核心部件，它主要用于采集、計量、存儲及傳輸業(yè)主原始有功電能數據，對數據進(jìn)行處理分析及展示，并利用數據庫技術(shù)實(shí)現信息的管理與維護以及數據交互功能。

（2）防盜攝像頭。主要目的是監控設備防止被竊。當設備安裝箱被打開(kāi)時(shí)，啟用攝像頭對行為人進(jìn)行拍照，并將拍攝的照片傳輸至數據庫，若發(fā)生設備遺失事件，即可在數據庫讀取盜竊者的圖片信息以鎖定目標。

（3）Flash存儲芯片和系統內存動(dòng)態(tài)存儲器以及各種設備電源電路模塊等其他輔助部件。

（4）數據采集器。主要功能是完成對電表數據的實(shí)時(shí)采集和存儲，并接收服務(wù)器遠程指令下達至電表節點(diǎn)。

（5）數據集中器。通過(guò)預設好的算法，完成對電表數據的實(shí)時(shí)掃描、采集、處理和傳輸；完成遠程系統發(fā)出的抄表指令，并對設備進(jìn)行實(shí)時(shí)監測及故障上報。

（6）系統管理計算機和支持的數據傳送通信部件。主要采用以太網(wǎng)技術(shù)將各個(gè)設備連接構成局部網(wǎng)絡(luò )系統，實(shí)現遠程輸送和數字化管理。

3系統軟件設計

系統軟件部分從穩定性、易拓展性、開(kāi)發(fā)友好性等方面進(jìn)行綜合考慮，基于系統需求分析，采用將業(yè)主配置分散的多個(gè)電表集中到賬戶(hù)內進(jìn)行統一管理的方式，根據用戶(hù)不同的身份創(chuàng )建對應的角色賬戶(hù)并進(jìn)行權限設置管理。物業(yè)工作人員基于所劃分的角色登錄相應的賬戶(hù)后，系統通過(guò)接收電表傳輸的用電能耗數據，實(shí)現自動(dòng)存儲、計算、比較、判定等功能，以便工作人員能夠及時(shí)準確地掌握各個(gè)業(yè)主的用電情況及用電設備的運行狀態(tài)。同理，業(yè)主公司下也可以有多種角色分類(lèi)，登錄賬號即可操作對應的業(yè)務(wù)。軟件系統整體功能結構如圖2。

圖2 軟件系統功能結構

將軟件設計進(jìn)行細分，主要包括3個(gè)部分：①物業(yè)Web端程序，主要實(shí)現處理每月自動(dòng)生成的賬單、統計能耗數據，以及追蹤電費和監測設備等功能。②業(yè)主端微信小程序，主要完成賬單處理、電費充值、發(fā)票申請、查閱用電量情況及園區能耗指標排名等操作。③系統數據庫，主要實(shí)現功能包含設備信息的存儲與更新、監測數據及完成其識別結果的管理與維護等。

（一）物業(yè)Web端程序設計

不同園區各個(gè)企業(yè)樓宇間的空調、照明、電梯、消防等用電分項所產(chǎn)生的能耗數據通過(guò)智能硬件接入到系統中，實(shí)現與計算機的信息交換和通信。系統Web端是基于業(yè)主局域網(wǎng)，通過(guò)在瀏覽器輸入固定進(jìn)入系統登錄界面，輸入準確的用戶(hù)名和密碼，進(jìn)入首頁(yè)以完成待辦的任務(wù)事項。物業(yè)端程序主要功能為賬單與電費管理、設備監測、發(fā)票和充值審核、能耗分析等。賬單與電費管理可編輯與審核每月自動(dòng)生成的賬單、協(xié)調設置動(dòng)態(tài)電價(jià)、在線(xiàn)追蹤電費，對于電費余額狀態(tài)為欠費的用戶(hù)可以做遠程斷電處理；設備監測模塊對所收集的監測記錄進(jìn)行匯總處理，在滿(mǎn)足物業(yè)工程人員無(wú)需前往安裝現場(chǎng)的條件下，即可選擇查看各個(gè)用電設備的所有實(shí)時(shí)數據、異常報警及設備連接狀況。

物業(yè)端程序的核心功能展示集中于業(yè)務(wù)受理信息管理，物業(yè)用戶(hù)在選擇用電查詢(xún)模塊后，可篩選查詢(xún)條件，其中包括業(yè)主編號、業(yè)主戶(hù)名、業(yè)主所在區，系統會(huì )根據查詢(xún)條件進(jìn)行數據庫訪(fǎng)問(wèn)。除此之外，該模塊還可以對某業(yè)主自入場(chǎng)以來(lái)所產(chǎn)生的用電數據進(jìn)行查詢(xún)，例如日用電量、月用電量、年用電量，也可以對整個(gè)區的用電消耗情況進(jìn)行查詢(xún)，并支持數據統計繪圖功能，使得用電觀(guān)察具有更加清晰直觀(guān)的良好呈現。

（二）業(yè)主端微信小程序設計

系統在進(jìn)行線(xiàn)上業(yè)務(wù)處理是一個(gè)長(cháng)期雙向的過(guò)程，物業(yè)端在發(fā)出指令后，業(yè)主端需要借助工具載體對服務(wù)進(jìn)行反饋與處理，因此，開(kāi)發(fā)一款高效準確的業(yè)主端程序顯得至關(guān)重要。微信小程序作為無(wú)需用戶(hù)下載安裝，即可使用的技術(shù)應用，具有開(kāi)發(fā)使用成本低、用完即走、運行流暢與內存小巧的優(yōu)勢。目前，園區入駐企業(yè)的電費賬單更新周期是每月的25日，業(yè)主除了在收到設備異常和催繳電費信息的情況下需要使用小程序以外，平時(shí)使用它的頻率較低。采用依賴(lài)微信生存的小程序作為業(yè)主端，不僅可以在一定程度上增加用戶(hù)的使用黏性，還能在滿(mǎn)足低頻使用需求下幫助用戶(hù)節省手機內存空間。

4安科瑞安全用電管理云平臺

（1）概述

隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的迅速發(fā)展，建筑電氣火災發(fā)生的頻率也呈上升勢頭，給財產(chǎn)和人民的生命安全造成的損失與日俱增，據統計，電氣隱患是引發(fā)建筑火災的首要因素。

安科瑞電氣推出的安全用電管理云平臺采用剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災探測器，對引發(fā)電氣火災的主要因素（導線(xiàn)溫度、電流和剩余電流）進(jìn)行不間斷的數據跟蹤與統計分析，并將發(fā)現的各種隱患信息及時(shí)推送給企業(yè)管理人員，指導企業(yè)實(shí)現一時(shí)間的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實(shí)現“防患于未然"的目的。

用戶(hù)可以利用PC網(wǎng)頁(yè)、手機APP、微信小程序、微信公眾號等多種方式實(shí)現對平臺的訪(fǎng)問(wèn)，查詢(xún)包括系統信息、實(shí)時(shí)數據、報警記錄等在內的各種信息，使用方便。利用該系統為用戶(hù)提供的低成本專(zhuān)業(yè)服務(wù)，能有效提升企業(yè)的消防安全管理和電氣設備安全水平，有效防范重大惡性火災財產(chǎn)損失、尤其是重大惡性人員傷亡責任事故的發(fā)生。

（2）應用場(chǎng)所

本平臺適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業(yè)、重點(diǎn)消防單位以及石油化工、文教衛生、金融、電信等領(lǐng)域，也適用于市場(chǎng)、門(mén)店等小微場(chǎng)所，對分散在建筑內的探測器進(jìn)行遙測、遙調、遙控、遙信，方便實(shí)現監控與管理。

（3）系統架構

本平臺的整體結構如圖所示：

（4）系統功能

智慧用電云平臺通過(guò)4G/光纖/NB-IoT網(wǎng)絡(luò )接入電氣火災探測器、故障電弧探測器、電氣防火限流式保護器、溫濕度傳感器以及帶NB通訊功能的感煙探測器、可燃氣體探測器等設備，實(shí)現電氣安全監測信息通過(guò)平臺、APP推送、短信推送、微信公眾號推送、微信小程序推送、釘釘推送、郵件推送或者語(yǔ)音呼叫等方式實(shí)時(shí)報警。

1）登錄頁(yè)面

輸入平臺地址，建議使用谷歌，火狐，360瀏覽器（極速模式）。此功能用于用戶(hù)登錄系統，如下圖所示。

輸入用戶(hù)名、密碼，點(diǎn)擊“登錄"按鈕，如果用戶(hù)名、密碼不正確則提示用戶(hù)輸入正確的用戶(hù)名密碼；如果用戶(hù)名、密碼正確即可成功登錄系統。

2）首頁(yè)

用戶(hù)登錄成功之后進(jìn)入首頁(yè)，如下圖所示。主要展示的內容有：項目總覽、設備狀態(tài)、探測器分類(lèi)、設備報警信息、報警狀態(tài)、報警統計等。其中地圖可以選配成3D建筑模型。

3）數據監控

①實(shí)時(shí)監控

點(diǎn)擊左側列表實(shí)時(shí)監控進(jìn)入實(shí)時(shí)監控頁(yè)面，該頁(yè)面展示了當前用戶(hù)關(guān)聯(lián)的項目數量，項目位置，探測器數量，如下圖所示。

系統可接入電氣火災探測器、故障電弧、電氣火災主機、滅弧式保護器探測、煙感可燃氣體和母排無(wú)線(xiàn)測溫探測等，并可遠程控制相應探測器。

如果探測器有關(guān)聯(lián)攝像頭，點(diǎn)擊視頻監控即可查看當前攝像頭視頻監控。

②配電圖

在實(shí)時(shí)監控點(diǎn)擊配電圖可以展示項目的配電圖信息，包括各個(gè)探測器的運行狀態(tài)機實(shí)時(shí)電參量，可以對配電圖進(jìn)行放大、縮小、平移等操作，如下圖所示。

點(diǎn)擊具體探測器可查看該探測器的電參量歷史曲線(xiàn)，如下圖所示。

③電參量報表

可對儀表數據按日期進(jìn)行查詢(xún)，并可導出EXCEL進(jìn)行查看。

（4）能耗分析

能耗分析包括能耗概況，同比分析，環(huán)比分析，能耗報表，復費率報表功能。

1）能耗概況

能耗概況可以查看今日、本月、今年的用電情況，且可以展示相應的同環(huán)比信息，也可以查看今日和昨日的用電峰值，如下圖所示。

2）同比分析

可以逐年查看各個(gè)月份的能耗和同比能耗，并以曲線(xiàn)和報表的形式展示，如下圖所示。

3）環(huán)比分析

可以逐日、逐周、逐月、逐季度查看能耗和對應的環(huán)比能耗，并以曲線(xiàn)和報表的形式展示，如下圖所示。

4）能耗報表

能耗報表可以逐日、逐周、逐月、逐季度、逐年、自定義等方式查看各個(gè)探測器的用能報表，如下圖所示。

5）復費率報表

復費率報表按周、月、季、年查看探測器尖、峰、平、谷用電量和用電金額，如下圖所示。

（5）隱患管理

對于系統產(chǎn)生的隱患記錄，相關(guān)人員能夠對相應記錄對應的設備進(jìn)行操作。

1）隱患查詢(xún)

根據查詢(xún)條件搜索對應的隱患記錄，如下圖所示。

2）隱患派發(fā)

隱患派發(fā)頁(yè)面顯示未派發(fā)的隱患記錄，如下圖所示。

3）隱患處理

隱患處理頁(yè)面顯示派發(fā)到用戶(hù)這邊需要處理的隱患，如下圖所示。

4）隱患分析

隱患分析支持對隱患記錄進(jìn)行日、月、年的維度查詢(xún)，將項目下隱患以曲線(xiàn)，圖表的形式展現，對各項目隱患進(jìn)行排名，如下圖所示。

（6）電能質(zhì)量

電能質(zhì)量包括諧波監測和三相不平衡度等功能。

1）諧波監測

該功能支持對諧波進(jìn)行逐日、逐月、逐年報表匯總，或自定義時(shí)間段查詢(xún)功能，分析諧波畸變率及各次諧波含有率，還支持數據導出，如下圖所示。

2）三相不平衡度

三相不平衡度包括三相電壓不平衡度和三相電流不平衡度，支持查看當天的三相電流和三相電壓的曲線(xiàn)圖，并對應三相電流和三相電壓的不平衡度，如下圖所示。

（7）需量分析

需量分析包括大需量報表和需量監測等功能。

1）大需量報表

支持對每月大需量進(jìn)行統計，并生成報表，如下圖所示。

2）需量監測

按日統計各個(gè)探測器的需量，并生成圖表和報表。

1. 運維管理

運維管理包括巡檢計劃、巡檢記錄、設備通訊狀態(tài)等功能。

1）巡檢計劃

點(diǎn)擊菜單中的巡檢計劃，進(jìn)入對應的頁(yè)面，對相關(guān)的巡檢計劃進(jìn)行查看工單，切換日期來(lái)查詢(xún)所要預覽的數據，支持對巡檢計劃的新增，修改和刪除。

巡檢計劃新增如下圖所示。

2）巡檢記錄

巡檢記錄支持對相關(guān)的巡檢進(jìn)行查看，如下圖所示。

3）通訊狀態(tài)

通過(guò)對項目、探測器ID以及想要查詢(xún)的設備來(lái)進(jìn)行查詢(xún)，對現有項目下設備的通訊狀態(tài)數據進(jìn)行匯總羅列展示，包括顯示設備當前的通訊狀態(tài)等，如下圖所示。

圖8-3

（9）報告分析

分析報告根據用戶(hù)的周期、項目、時(shí)段等篩選生成報告摘要、統計清單、設備體檢摘要、報警原因分析。

（10）手機APP

掃描如下二維碼可下載體驗安全用電APP，登錄界面三欄分別填入

5產(chǎn)品選型

6結語(yǔ)

能耗用電管理涉及到用戶(hù)的切身利益和需求，其引發(fā)的問(wèn)題易導致較高的社會(huì )效應。園區智慧用電管理系統設計提供并構建了一種穩定可靠、高效安全的管理平臺及實(shí)現方法，整體縮減了用電管理的總成本，提高了園區服務(wù)工作效率與智能化水平。提出系統的整體管理結構設計，主要包含了電費賬單業(yè)務(wù)模塊、設備監測模塊、數據統計分析模塊，分析了各模塊的主要功能。為了解決不同用電分項下多電表管理混亂以及企業(yè)拖欠電費的問(wèn)題，提出建立“角色賬戶(hù)"進(jìn)行分管的思路進(jìn)行構建設計，為園區系統用戶(hù)提供實(shí)時(shí)可靠的用電信息，以遠程控電的短信提醒方式監督企業(yè)繳納電費。該系統還可向氣、熱、水表計量與抄表管理、重要設備運維管理等領(lǐng)域擴展，并終為未來(lái)實(shí)現建立“智能化園區"提供一定的借鑒和參考，具有較強的應用價(jià)值。

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