淺談電能管理系統(tǒng)在大型企業(yè)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
瀏覽次數(shù)：672更新時(shí)間：2023-07-06
摘 要：本文介紹了一套適用于大型企業(yè)的電能管理系統(tǒng)，根據(jù)節(jié)能降耗的系統(tǒng)目標(biāo)和企業(yè)能耗管理人員的使用要求，提出了系統(tǒng)的功能需求，設(shè)計(jì)了分層分布式的系統(tǒng)架構(gòu)，提出了分時(shí)電價(jià)、單耗定額、電能質(zhì)量3種考核模型，為企業(yè)節(jié)電管理提供數(shù)據(jù)支持，節(jié)獎(jiǎng)超罰，提高員工節(jié)能降耗的自主意識(shí)，以實(shí)現(xiàn)降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)。
關(guān)鍵詞：電能管理系統(tǒng)；企業(yè)能耗；電能數(shù)據(jù)
0 引言
中國市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展不但造成社會(huì)總體用電量的大幅增長，能源浪費(fèi)現(xiàn)象也愈加嚴(yán)重。因此，節(jié)能減排工作正逐步受到社會(huì)各行業(yè)的關(guān)注。
工業(yè)一直是我國能耗支出的大戶，能耗總量約占我國資源消耗總額的0.7。所以，通過加大工業(yè)電氣節(jié)能科學(xué)技術(shù)研發(fā)，進(jìn)一步改*能源管理水平，并不斷完善節(jié)電技術(shù)，提高企業(yè)的節(jié)電工作力度，對(duì)于減少中國電力供需矛盾，降低工業(yè)生產(chǎn)成本以及增加中國企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)利潤有著重大的意義。
1 系統(tǒng)功能需求
為完成對(duì)全廠電能數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和集成管理，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的系統(tǒng)目標(biāo)企業(yè)電能管理系統(tǒng)有以下功能需求。
①數(shù)據(jù)采集
采用多線程數(shù)據(jù)采集技術(shù)，完成對(duì)全廠電氣設(shè)備實(shí)時(shí)工作狀態(tài)信息的采集。采集各生產(chǎn)設(shè)備的電參量，主要包括電壓、電流、有功、無功和斷路器刀閘狀態(tài)等模擬量、數(shù)字量信息，不斷刷新數(shù)據(jù)庫，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行必要預(yù)處理和數(shù)據(jù)解析操作。
②數(shù)據(jù)展現(xiàn)
采用了直觀豐富的圖形化顯示功能，可以真實(shí)展示各種設(shè)備的當(dāng)前工作狀態(tài)，包括斷路器的開合信號(hào)、潮流信息和負(fù)載曲線等。顯示模塊分為圖形顯示、數(shù)據(jù)顯示、波形顯示和狀態(tài)量顯示等幾種形式。
③事故預(yù)警
設(shè)定各電量參數(shù)的上、下限值，實(shí)現(xiàn)越限監(jiān)視和報(bào)警，在事故發(fā)生前提前預(yù)警，識(shí)別故障隱患。
④報(bào)表管理
統(tǒng)計(jì)全廠用電設(shè)備的電能消耗情況，生成數(shù)據(jù)報(bào)表、圖形報(bào)表等各種不同形式的日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表，報(bào)表管理子系統(tǒng)不僅支持歷史數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表打印，同時(shí)支持對(duì)數(shù)據(jù)缺失值進(jìn)行人工修改。
⑤用戶管理
對(duì)企業(yè)不同用戶賦予不同級(jí)別的權(quán)限，高權(quán)限用戶賬號(hào)可以管理低權(quán)限用戶賬號(hào)，分級(jí)操作。高權(quán)限用戶具有權(quán)限設(shè)置功能，所有用戶均具有登錄認(rèn)證、賬戶信息維護(hù)等功能。
⑥負(fù)荷管理
在用電監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，統(tǒng)計(jì)分析和測(cè)算峰谷電量，并繪制負(fù)荷曲線，通過對(duì)年、月、日等負(fù)荷數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合班組排產(chǎn)計(jì)劃，對(duì)未來一段時(shí)間內(nèi)的電力需求量作出合理預(yù)估，及時(shí)調(diào)整優(yōu)化生產(chǎn)策略，以達(dá)到削峰填谷、節(jié)約成本的目的。
⑦電能質(zhì)量管理
實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)供電質(zhì)量，包括電壓偏差、三相不平衡度、頻率偏差、諧波畸變率和電壓波動(dòng)等。
⑧考核管理
制定分時(shí)電價(jià)、單耗定額和電能質(zhì)量 3 種考核模型，為管理層制定考核制度提供決策依據(jù)，節(jié)獎(jiǎng)超罰，充分調(diào)動(dòng)全廠員工的自主節(jié)電意識(shí)，形成良性競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制。
⑨班組管理
通過值班記錄，統(tǒng)計(jì)各部門的班組能耗數(shù)據(jù)，并按照實(shí)際電價(jià)計(jì)算電費(fèi)，便于決策層實(shí)時(shí)掌握各班組的能耗情況，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理的目的。
⑩ Web發(fā)布
采用 Web 發(fā)布技術(shù)，便于用戶可以在任一聯(lián)網(wǎng)的終端問電能管理系統(tǒng)，依次提高管理信息的透明度，增強(qiáng)企業(yè)管理決策的公信力。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
隨著現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)的不斷發(fā)展，企業(yè)電能管理系統(tǒng)的體系架構(gòu)也在不斷創(chuàng)新，主要經(jīng)歷了3個(gè)發(fā)展階段，即集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和分層分布式系統(tǒng)結(jié)。3種結(jié)構(gòu)分別如圖1、圖2和圖3所示。
圖1 集中式結(jié)構(gòu)圖
圖2 分布式結(jié)構(gòu)圖
圖3 分層分布式結(jié)構(gòu)圖
綜合比較3種結(jié)構(gòu)形式，分層分布式架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)主要有以下4點(diǎn)。
①系統(tǒng)總體安*性較高，任意部分發(fā)生的故障均只危害局部。
②組態(tài)靈活。
③有*降低了二次生產(chǎn)設(shè)備，節(jié)約了大部分二次電纜，生產(chǎn)成本低，操作維修簡(jiǎn)單。
④抗干擾能力強(qiáng)。
系統(tǒng)數(shù)據(jù)豐富，主要體現(xiàn)在采集點(diǎn)多、保存的信息量大等方面。系統(tǒng)的功能包含了覆蓋到全廠的電力數(shù)據(jù)收集、監(jiān)視和 Web 開發(fā)等基礎(chǔ)應(yīng)用外，還應(yīng)具有對(duì)電力數(shù)據(jù)的檢索、分類、管理等功能。由于電力數(shù)據(jù)處理工作與工業(yè)生產(chǎn)直接相關(guān)，綜合考慮安*性、實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確度等因素，企業(yè)電能管理系統(tǒng)采用分層分布式架構(gòu)，如圖4所示。
圖4 分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
①間隔層。
②站級(jí)管理層。
③對(duì)外服務(wù)層。
2.2考核模型
為了提高企業(yè)員工的自主節(jié)能意識(shí)，完善考核制度，為管理者提供獎(jiǎng)懲依據(jù)，需要建立一套科學(xué)的考核模型，為企業(yè)電能管理制度的制定提供決策支持。
2.2.1分時(shí)電價(jià)考核
企業(yè)內(nèi)部應(yīng)該將分時(shí)電價(jià)考核納入成本管理之中，建立分時(shí)電耗計(jì)量和分時(shí)電費(fèi)結(jié)算模式。為了實(shí)現(xiàn)“削峰平谷"，減少電費(fèi)支出，對(duì)企業(yè)各部門、各車間進(jìn)行分時(shí)電價(jià)統(tǒng)計(jì)考核。
根據(jù)電業(yè)局對(duì)用電尖、峰、平、谷時(shí)段的規(guī)定，對(duì)各車間每天不同時(shí)段的用電量及相應(yīng)的電費(fèi)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
2.2.3電能質(zhì)量考核
2.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
采用面向?qū)ο蟮能浖幊谭椒ê湍K化的設(shè)計(jì)，用不同的功能模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的不同功能，各個(gè)單元間彼此獨(dú)立，又有*地構(gòu)成了一個(gè)整體，使該軟件具備靈活多樣、可修改、易于后期擴(kuò)展的特性。圖5為系統(tǒng)的軟件框圖。
圖5 系統(tǒng)軟件框圖
3 安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案
3.1概述
用戶端消耗著整個(gè)電網(wǎng)0.8的電能，用戶端智能化用電管理對(duì)用戶可靠、安*、節(jié)約用電有十分重要的意義。構(gòu)建智能用電服務(wù)體系，全*推廣用戶端智能儀表、智能用電管理終端等設(shè)備用電管理解決方案，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向良性互動(dòng)。用戶端急需解決的研究?jī)?nèi)容主要包括：先進(jìn)的表計(jì)，智能樓宇、智能電器、增值服務(wù)、客戶用電管理系統(tǒng)、需求側(cè)管理等課題。
安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過對(duì)用戶端用電情況進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計(jì)，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(xiàng)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(xí)慣，有*節(jié)約電能，為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級(jí)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。
3.2應(yīng)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(jī)構(gòu)建筑等）；
（3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂場(chǎng)所等）；
（4）科教文衛(wèi)建筑（文化、教育、科研、醫(yī)*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)中*等）；
（6）交通運(yùn)輸建筑（機(jī)場(chǎng)、車站、碼頭建筑等）。
3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
3.4系統(tǒng)功能
3.4.1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
系統(tǒng)人機(jī)界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分狀態(tài)，以及有關(guān)故障、告警等信號(hào)。
3.4.2電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表
系統(tǒng)以豐富的報(bào)表支撐計(jì)量體系的完整性。系統(tǒng)具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況，即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)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(hù)計(jì)量體系的正確性。
3.4.3詳細(xì)電參量查詢
在配電一次圖中，當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到每個(gè)回路附近時(shí)，鼠標(biāo)指針變?yōu)槭中危髽?biāo)單擊可查看該回路詳細(xì)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(shù)、正向有功電能，并可以查看24小時(shí)相電流趨勢(shì)曲線及24小時(shí)電壓趨勢(shì)曲線。
3.4.4運(yùn)行報(bào)表
系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)電力參數(shù)和歷史電力參數(shù)的存儲(chǔ)和管理功能，所有實(shí)時(shí)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(shí)間或選擇查詢更新的記錄數(shù)據(jù)等，并通過報(bào)表方式顯示出來。用戶可以根據(jù)需要定制運(yùn)行日?qǐng)?bào)、月報(bào)，支持導(dǎo)出Excel格式文件，還可以根據(jù)用戶要求導(dǎo)出PDF格式文件。
3.4.5變壓器運(yùn)行監(jiān)視
系統(tǒng)對(duì)配電系統(tǒng)總進(jìn)線、主變壓器、重要負(fù)荷出線的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)視，用曲線顯示電流、變壓器運(yùn)行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負(fù)荷率等運(yùn)行趨勢(shì)，分析變壓器負(fù)荷率及損耗，方便運(yùn)行維護(hù)人員及時(shí)掌握運(yùn)行水平和用電需求，確保供電安全可靠。
3.4.6實(shí)時(shí)報(bào)警
系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲鳌⒏綦x開關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)事件等級(jí)發(fā)出告警。系統(tǒng)報(bào)警時(shí)自動(dòng)彈出實(shí)時(shí)報(bào)警窗口，并發(fā)出聲音或語音提醒。
3.4.7歷史事件查詢
系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，保護(hù)動(dòng)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(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。
3.4.8電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)
系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測(cè)，運(yùn)行維護(hù)人員可以通過諧波分析棒圖、報(bào)表掌握進(jìn)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(shí)采取相應(yīng)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(cè)功能的電力儀表，不需要可刪除。
3.4.9遙控操作
系統(tǒng)支持對(duì)斷路器、隔離開關(guān)、接地刀等進(jìn)行分、合遙控操作。系統(tǒng)具有嚴(yán)格的密碼保護(hù)和操作權(quán)限管理功能，對(duì)于每次遙控操作，系統(tǒng)自動(dòng)生成操作記錄，記錄內(nèi)容包含操作人、操作時(shí)間、操作類型等。實(shí)現(xiàn)該功能需要斷路器本身具有電操機(jī)構(gòu)及保護(hù)保測(cè)控裝置具備遙控功能等硬件設(shè)備的支持。
3.4.10用戶權(quán)限管理
系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安*穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如配電回路名稱修改等）。可以定義不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安*保障。
3.4.11通訊狀態(tài)圖
系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)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(shè)備或元件及其故障部位。從而方便運(yùn)行維護(hù)人員實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備的通訊狀態(tài)，及時(shí)維護(hù)出現(xiàn)異常的設(shè)備，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
3.4.12視頻監(jiān)控
視頻監(jiān)控展示了當(dāng)前實(shí)時(shí)畫面（視頻直播），選中某一個(gè)變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息。
3.4.13用戶報(bào)告
用戶報(bào)告頁面主要用于對(duì)選定的變配電站自動(dòng)匯總一個(gè)月的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)變壓器負(fù)荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報(bào)警事件等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
3.4.14 APP支持
電力運(yùn)維手機(jī)支持“監(jiān)控系統(tǒng)"、“設(shè)備檔案"、“待辦事項(xiàng)"、“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(zhì)量、各種事件報(bào)警查詢，設(shè)備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢等。
3.5系統(tǒng)硬件配置清單
4結(jié)語
本文設(shè)計(jì)了一套適用于大型企業(yè)的分層分布式電能管理系統(tǒng)，通過智能化的硬件平臺(tái)和模塊化的系統(tǒng)軟件，使企業(yè)管理人員可以即時(shí)并直觀清晰地掌握全公司的電力消耗狀況，以此為基礎(chǔ)來建立相應(yīng)的電能管理決策，實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)各部門用電的精細(xì)化管理，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。
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