摘要：在信息化技術應用日益發展的今天，各類用電企業對于電能的管理已經不僅局限于按月的電能計量結算了，對供電系統運行的實時監測、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，都需要建立起動態實時的電能管理系統。本文介紹了基于實時數據采集的電能管理系統的設計及應用情況，對實時電能管理系統的總體結構，數據模型、功能結構及各環節的應用要點進行了分析研究。

關鍵詞：用電企業 電能管理 實時數據庫 數據采集

電能管理系統以智能電表(以下簡稱電能表)為數據采集的源頭，利用互聯網、工業以太網等各種網絡通訊方式與實時電能數據采集系統相連接，實時電能數據采集系統將處于分散狀態的電能數據讀取到實時電能采集數據庫;依靠實時電能采集數據庫，電能采集監測系統可以提供動態實時的電能采集網絡監測功能;再通過電能數據上傳接口定時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行電量結算，最后利用電能管理信息系統提供電能管理信息。根據不同類型企業的需要，通過電能數據服務接口可以為ERP等信息化系統提供電能網絡運行和電量數據，為生產管理與成本管理提供電力系統的數據;根據電能管理用戶的需要，還可以通過外部數據接口接受來自企業內部其它信息系統的數據，例如有關計劃數據、生產實績數據等。

1實時電能數據采集系統

實時電能采集系統是以實時數據庫技術為基礎，建立起實時電能采集數據庫，采集的主要步驟是:

(1)系統根據設定的參數自動輪詢電能表，讀取相關數據;

(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)對數據進行解析并進行有效性檢查，舍棄不正確的數

(3)讀取電能表的順序將根據配置在實時數據庫中的電能表序號進行;

(4)電能表出現通訊異常時，如無應答、校驗錯等，系統自動重采。重采的次數可以在配置界面中設置。如重采失敗，系統會記錄并顯示對應的狀態數據，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手動操作讀取電能表相關數據、對電能表進行參數設置(如校時操作)等;

(6)系統讀取的數據均跟隨時間標簽，并根據設定的時間間隔自動將電能表數據寫入到實時數據庫中。實時電能數據采集系統的采樣周期通常可以設置為500ms.

2電能采集監測系統

電能采集監測系統是一套有動態實時功能的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、開關站或配電室等電網結點分布情況和當前運行狀態的“電能采集系統總體監測圖"，圖中可以根據用戶需要設置各結點設備的狀態，例如:正常運行為“綠色"、故障或檢修停運狀態為“紅色"、備用狀態為“灰色"。點擊圖上的某一結點設備，可以按電能網絡圖或電能數據表的形式動態的顯示該結點內部所屬的各個用電部位的電能數據。實時數據顯示的刷新頻率可以與實時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，也為現場電能表的運行維護提供服務，同時還可以間接的為電能表所測量的供電、用戶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，定時由實時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。依據一個企業對電能數據所需要的時間粒度，上傳周期可以為1分鐘到60分鐘設置，例如化工企業若以滿足生產日報為時間要求，則設置為10分到60分鐘都可以，但若想滿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。總之上傳周期的設置，就是以企業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確定，設置時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種類分別構建出按時間分層的電能數據模型如圖2所示。其中:

.       電量計算數據是指用于電量計算的正向有功電量、正向無功電量、反向有功電量、反向無功電量等，這類數據可以按時間分為采集量、小時量、班量和日量等多個時間層面進行計算處理，并且有不同時段的峰、平、谷數據。當需要進行周報、旬報、月報等數據時，可以利用電量日數據來實現。

.       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時的和歷史的原始數據與統計數據。

這種數據的分類存儲策略，主要是用來滿足用戶的不同管理需求;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，按時自動進行各時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個月到12個月，小時數據、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。超過保存期限的數據自動進行轉儲與刪除，這樣能夠在滿足使用要求的前提下盡量減少在線存儲空間的占用，目的就是為了提高處理效率。

5電能管理信息系統

電能管理信息系統是一個面向管理與服務的Web應用軟件系統，它主要由運行管理、計量管理、綜合管理、信息服務和系統管理五大功能項目構成。

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

.       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、上傳與自動結算某環節出現問題，重新從實時數據庫提取某一時段數據后，由人工選擇進行重新結算處理的功能;人工平衡是對于自動采集過程中由于線路或設備故障原因所造成的異常數據進行處理的功能，處理的時間層面可以選擇在小時、班或日的任一層面，經過人工平衡的數據點原始數據與人工數據同時保存，后續的結算以人工數據為準進行;計量臺帳和計量報表可以按用戶的格式要求和時間要求進行設計。

(3)綜合管理功能是以用戶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)信息服務功能是對企業的各類用戶提供電能管理信息查詢、報表、統計計算的功能項目。例如對于企業高層管理提供全公司按產品或按分廠車間的電能消耗統計或明細查詢，對分廠或車間提供本部門或各基層工段班組的電能消耗統計或明細查詢。

(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記錄操作人員和操作時間，為系統的管理提供幫助。

6安科瑞企業能耗管理系統介紹

安科瑞企業能源管控系統采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業的生產、輸配和消耗環節實行集中扁平化的動態監控和數據化管理，監測企業電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業針對各種能源需求及用能情況、能源質量、產品能源單耗、各工序能耗、工藝、車間、產線、班組、重大能耗設備等的能源利用情況等進行能耗統計、同環比分析、能源成本分析、碳排分析，為企業加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節能潛力、節能評估提供基礎數據和支持。

7應用場所

鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫藥、水泥、煤炭、造紙、化工、物流、食品、水廠、電廠、供熱站、軌道交通、航空工業、木材、工業園區、醫院、學校、酒店、寫字樓以及汽車制造、機電設備、電器產品、工器具制造等離散制造業。

8系統結構

現場通過廠區局域網和平臺通訊，平臺搭建在客戶自己配置的服務器上。搭建完成之后，客戶可以在任意能與局域網聯通的地方，通過有權限的賬號登陸網頁以及手機APP查看各處的運行情況。

系統可分為三層：即現場設備層、網絡通訊層和平臺管理層。

現場設備層：主要是連接于網絡中用于水、電、氣等參量采集測量的各類型的儀表等，也是構建該配電、耗水、耗氣系統必要的基本組成元素。肩負著采集數據的重任，這些設備可為本公司各系列帶通訊網絡電力儀表、溫濕度控制器、開關量監測模塊以及合格供應商的水表、氣表、冷熱量表等。

網絡通訊層：包含現場智能網關、網絡交換機等設備。智能網關主動采集現場設備層設備的數據，并可進行規約轉換，數據存儲，并通過網絡把數據上傳至搭建好的數據庫服務器，智能網關可在網絡故障時將數據存儲在本地，待網絡恢復時從中斷的位置繼續上傳數據，保證服務器端數據不丟失。

平臺管理層：包含應用服務器、WEB服務器和數據服務器，一般應用服務器和WEB服務器可以合一配置。

平臺采用分層分布式結構進行設計，詳細拓撲結構如下：

9系統功能

平臺采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業的生產、輸配和消耗環節實行集中扁平化的動態監控和數據化管理。實時監測企業各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業加強能源管理，提高能源利用效率和節能潛力，為節能改造提供數據依據。

9.1平臺登錄

在瀏覽器打開云平臺鏈接、輸入賬戶名和權限密碼，進行登錄，防止未授權人員瀏覽有關信息。

9.2大屏展示

用戶登錄成功之后進入大屏展示頁面，展示企業及各區域的能耗折標、產值、異常、排名、占比、通訊情況，點擊區域展示該區域的分類能耗、產值等相關信息。

9.3首頁

首頁展示峰谷平用電、變壓器情況、年能耗趨勢、單耗趨勢、分類能耗等企業級統計數據。

9.4數據監控

對企業各點位的能源使用、報警等情況進行實時的監控。以便企業用戶能夠實時的監測各個點位的運作情況，同時能更快的掌握點位的報警，并為企業削峰填谷、調整負載等技改措施提供數據支撐。

·       能源實時監控：對于水、電、氣等能源消耗進行實時監測，確保用能環節的持續穩定運行，顯示配電圖、能流圖、能源平衡網絡圖、能源計量網絡圖等功能。

·       能流圖：需要在能流圖上對水、電、氣的消耗情況進行實時展示；當能源參數越限報警，可提供報警重要性等級分類，同時支持APP推送、手機短信、郵件、釘釘、語音播報、系統彈窗報警提示等；

·       配電圖：將配電房真實情況畫入配電圖，實時展示接入的門禁、水浸、電水氣等儀表的實時參數、門禁水浸狀態及能耗數據。

·       實時統計：實時統計工廠、車間、工序、設備的當年、季度、月、周、日、班次等能耗值；

·       數據展示：通過實時曲線和歷史曲線展示不同區域、不同設備的不同的能耗參數；

·       檢測：對能源報警信息進行集中顯示，可以對報警閾值信息進行相關處理操作，可以對報警參數進行在線設置，當能源參數越限報警，可提供報警重要性等級分類，具備APP推送、手機短信、郵件、釘釘、語音播報、系統彈窗等報警提示；

9.5視頻監控

接入攝像頭，實時掌控企業內實際情況。

9.6變壓器監控

展示各電壓器的負載情況，從而可以為變壓器配備情況進行科學合理的規劃。通過各種運行參數狀態下用電效能的對比分析，找出更好的運行模式。根據運行模式調整負載，從而降低用電單耗，使電能損失降低。

9.7儀表實時監控

展示各個水電氣儀表的實時參數變化，以曲線圖的方式展示。

9.8能源中控

將所有有關能源的能源參數集中在一個看板中，能從多個維度對比分析，實現各個產業線的對比，幫助領導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

9.9用能統計

從能源使用種類、監測區域、車間、生產工藝、工序、工段時間、設備、班組、分項等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數字表等方式對企業用能統計、同比、環比分析、實績分析，折標對比、單位產品能耗、單位產值能耗統計，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費。

9.11成本分析

統計各個監測節點（工廠、車間）的當年、季度、月、周、日各類能源消耗費用，其中電包括峰電量、峰電費、谷電量、谷電費以及平均電量和平均電費。

9.11產品單耗統計

與企業MES系統對接，通過產品產量以及系統采集的能耗數據，在產品單耗中生成產品單耗趨勢圖，并進行同比和環比分析。同時將產品單耗與行業/國家/國際指標對標，以便企業能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。

9.12績效分析

對各類能源使用、消耗、轉換，按班組、區域、車間，產線、工段、設備等進行日、周、月、年、規定時段績效統計按照能源計劃或定額制定的績效指標進行KPI比較考核，幫助企業了解內部能效水平和節能潛力，評定能源消耗是否合理。

9.13運行監測

系統對區域、工段、設備能源消耗進行數據采集，監測設備及工藝運行狀態，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統一次運行監視。可直接從動態監測平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數據，支持按能源種類、車間、工段、時間等維度查詢相關能源用量。

9.14自定義能耗報表

用戶可通過自定義報表頭與列，靈活生產各種報表，查看企業各個節點的能耗，單耗，成本，綜合能耗等信息，并同比、環比報表，支持導出報表。

9.15同比、環比

提供能耗成本的圖形對比分析，包括分時段（日、月、年）的同比、環比分析，分類、分時段、分項（地點、機構、設備）統計圖形對比分析（柱狀圖、餅圖、堆積圖等）。

同比

環比

9.16分析報告

以年、月、日對企業的能源利用情況、線路損耗情況、設備運行情況、運維情況等進行仔細的統計分析，讓用戶更加了解系統的運行情況，并為用戶提供數據基礎，方便用戶發現設備異常，從而找出改善點，以及針對用能情況挖掘節能潛力。

9.17能耗設備用能

監控耗能設備運行、停機及異常狀態，及時解決設備故障停運導致無法正常生產。

9.18線損分析

根據節點、能源分類，查詢各個節點線路上的能源損耗數據，及時發現能量在使用過程中的跑冒滴漏和異常用能等浪費的問題，提醒用戶及時進行干預。

9.19碳排放管理

按照區域對碳排放總量的變化趨勢進行統計，并進行同環比分析。對單位產值碳排放量進行計算，并結合減排指標實現超標預警，提升區域減排水平，促進碳達峰目標實現。

9.20電能質量監測

實時監測諧波含量、三相不平衡度、功率因數等，確保功率因數不低于供電局考核指標，避免被罰款和設備出現故障。

9.21運維管理

系統支持設備日常巡檢計劃、派工、消缺、報修、派工等設備運維管理，方便運行管理人員的制定巡檢計劃、派工，巡檢人員執行巡檢、完成工單、巡檢發現問題消缺，進行故障報修、跟進維修進度，滿足日常巡檢、設備維修保養需要。

9.22報警管理

針對于電氣正常開展、限電和能耗雙控，實現電參量異常報警、電氣火災隱患報警、能耗超標報警、限電報警等，幫助企業提前預警，避免發生火災事故和被罰款導致用能成本過高。支持分級分類報警，可對報警進行派發與閉環處理。

9.23能耗抄表

可自定義時間段抄儀表的抄表值以及差值，可自定義抄表的分類分項。

9.24能耗分析自定義時間抄表

可自定義時間段內各個拓撲節點的能耗值，可自定義抄表能耗值的的分類分項。

9.25容需量報表

提供容需量報表，實時展示容量需量價格的變化情況，幫助企業實現容改需，降低基本電費。

9.26復費率報表

對尖、峰、平、谷用電量及成本費用進行統計分析，為企業分時用電，優化成本效益提供數據支持。

9.27文檔管理

對國標、能源管理制度、能源指標體系等文件進行歸檔，可快速查詢相關文檔。對儀表臺賬進行系統管理，支持文件的上傳和下載。

9.28 3D可視化大屏

對場景進行虛擬仿真，展示各區域運行及能源消耗情況，可實現分層預覽、轉場展示、風格切換、智能巡檢等效果，支持模型與監測點位的自定義綁定。

9.29 3D子系統

對各動力子系統進行虛擬仿真，展示子系統的動力管線、設備的實時狀態及能源消耗情況，可實現動態的能源流向效果。

9.30工業組態

可通過圖形化的編輯方式自定義組態圖，展示設備運行狀態及能源消耗情況，可上傳自定義素材及綁定監測數據。

9.31自定義駕駛艙

可通過圖形化的操作方式自定義駕駛艙，以折線圖、餅圖、表格等圖形展示采集數據及各類統計數據，數據源包括API、數據庫查詢、MQTT、Excel等方式。

9.32基礎數據管理

對系統的項目、探測器、設備型號、電參量、節點、能源、公示、及相關參數進行配置、修改、刪除等管理、進行用戶添加和授權管理、合同管理。

9.33手機APP

APP支持Android、iOS操作系統，方便用戶按能源分類、區域、車間、工序、班組、設備等不同維度掌握企業能源消耗、產線比對、效率分析、同環比分析、能耗折標、事件記錄、運行監視、異常報警、配電圖、工藝流程圖、能流圖。

9.34知識產權證書

10 系統硬件配置

11 結論

用電企業通過電能管理系統的應用，不但要解決傳統的電能計量結算問題，更重要的是要實現面向重要工序和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為企業職工全員的自覺行動。一套實時采集、自動結算、動態完整的反映電能消耗詳細過程與綜合狀況的電能信息服務體系，為企業的這些需求提供了有力的工具。這種基于實時采集的電能管理系統，還為企業供電系統的運行管理提供了網絡化的監測管理工具。同時，電能管理系統的實施，也可為企業ERP等其它信息化系統提供電能數據共享。

參考文獻

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