企業(yè)電能管理系統(tǒng)是響應(yīng)國家節(jié)能降耗和精細(xì)化能源管理號(hào)召的產(chǎn)物，旨在提高終端用電效率和改變用電方式，在滿足同樣用電功能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)用電和設(shè)備危險(xiǎn)預(yù)警、減少電量消耗和電力需求，達(dá)到安全用電、節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)“安全用電、經(jīng)濟(jì)用電、有序用電、智能用電"的用電目標(biāo)。2014年10月在我第四水廠南站(即第七水廠)啟動(dòng)電能管理系統(tǒng)科研項(xiàng)目，將廠區(qū)配電網(wǎng)建立7個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，對電能量及電能指標(biāo)進(jìn)行集中管理。通過7個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的采集，實(shí)現(xiàn)二十四小時(shí)在線監(jiān)測和歷史數(shù)據(jù)的讀取及故障異常報(bào)警功能，為安全用電、保障正常生產(chǎn)提供準(zhǔn)確、有效的數(shù)據(jù)依據(jù)，及時(shí)反饋現(xiàn)場電能指標(biāo)信息;為在水廠推行該系統(tǒng)提供參借鑒。

1電能管理系統(tǒng)功能

         該系統(tǒng)包括軟件平臺(tái)和硬件采集終端兩個(gè)部分，采集終端主要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表功能和防竊電功能，實(shí)時(shí)測現(xiàn)場電能監(jiān)測儀，采集終端直接將數(shù)據(jù)傳回服務(wù)器并把數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫，通過C/S或B/S方式可以進(jìn)行查詢數(shù)據(jù)。概括來說，它主要具有以下幾方面功能:(見圖1)

圖1 北京自來水集團(tuán)能效管理系統(tǒng)

          1.1在線實(shí)時(shí)監(jiān)控功能

（1）實(shí)現(xiàn)所轄區(qū)域主要用電設(shè)備的遠(yuǎn)程用電數(shù)據(jù)(三相電流、線電壓、相電壓、電量、功率因數(shù)、頻率、負(fù)荷率、有功功率、無功功率、溫度)采集功能。

（2）能遠(yuǎn)方設(shè)置采集終端設(shè)備參數(shù)，實(shí)現(xiàn)軟件自主凍結(jié)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動(dòng)每5分鐘自動(dòng)采取數(shù)據(jù)，以曲線、圖表方式展現(xiàn)。

（3）具備自動(dòng)和人工實(shí)時(shí)召測功能。

（4）具備全部和分組以及單個(gè)主要設(shè)備抄錄功能。

（5）具有自動(dòng)路由功能，完成用電終端通信。無需人工干預(yù)。

        1.2電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控功能

（1）對企業(yè)電能質(zhì)量實(shí)行自動(dòng)巡查，展現(xiàn)功率因數(shù)、線電壓偏差、相電壓偏差、線(相)電壓不平衡、電流不平衡、頻率偏差、電壓(電流)相位角、電壓(電流)諧波含有率、諧波畸變率等。

（2）對上述數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析;以圖表、曲線顯示展現(xiàn)，為電能管理者提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支持，便于掌控企業(yè)電能狀態(tài)及尋找用電短板。

         1.3異常報(bào)警功能

（1）為提高供電可靠性，系統(tǒng)自動(dòng)采集電能指標(biāo)異常事件(如頻率、溫度、電流越過上限、零線電流、諧波等指標(biāo)考核)。

（2）實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)處理，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，統(tǒng)計(jì)并提交在線故障報(bào)警頁面，做到電力安全、可靠。安全就是最大的效益。

（3）實(shí)現(xiàn)電能數(shù)據(jù)的歷史(日、月、年)查詢、統(tǒng)計(jì)、分析;電量、電費(fèi)的統(tǒng)計(jì)。(4)

（4）決策分析及報(bào)表功能。

        2電能管理系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

      “電能管理系統(tǒng)"由兩個(gè)部分組成，其一是電管理數(shù)據(jù)中心，是系統(tǒng)的核心部分;其二是配電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。(見圖2)

圖2 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖

（1）電能管理數(shù)據(jù)中心是系統(tǒng)的核心，包括數(shù)據(jù)主站系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理與信息發(fā)布系統(tǒng)，也就是我們通常所說的平臺(tái)。數(shù)據(jù)主站系統(tǒng):用戶接收配電系統(tǒng)傳感器采集的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行解析，最終將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫;同時(shí)向廠內(nèi)傳感器發(fā)布指令，請求所需要的數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng):收集分布在七廠配電網(wǎng)中的電能數(shù)據(jù)，將電壓、電流、溫度的擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，將電能數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)主站;主要設(shè)備有電能監(jiān)測儀、485通信服務(wù)器、485通信網(wǎng)絡(luò)、GPRS通信網(wǎng)絡(luò)等，系統(tǒng)將各種傳感器互聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)與主站系統(tǒng)連接，組成上圖的下半部分。

        3電能管理系統(tǒng)軟件

       電能管理系統(tǒng)軟件功能主要包括，電能在線(實(shí)時(shí))管理、用電分析、輔助決策、有序用電、設(shè)備運(yùn)行管理等主要功能組成，此系統(tǒng)可采取模塊化定制開發(fā)，可提供企業(yè)ERP系統(tǒng)接口。

       電能管理系統(tǒng)的功能界面如下:(見圖3)

        首頁面展示企業(yè)整體配電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境和電能參數(shù)檢測配電網(wǎng)是否安全、可靠。顯示異常信息及報(bào)警功能，為企業(yè)用戶提供可靠的預(yù)測數(shù)據(jù)。

圖3 “電能管理系統(tǒng)"的功能界面

        3.1電能運(yùn)行圖

       電能運(yùn)動(dòng)圖反映當(dāng)前配用電區(qū)域內(nèi)電能的運(yùn)動(dòng)情況及各取樣點(diǎn)的實(shí)時(shí)電能指標(biāo)，如:電量統(tǒng)計(jì)，總負(fù)荷，總功率因數(shù)，負(fù)荷率，三相電流、電壓、零線電流以及所帶負(fù)載的用電實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，通過該頁面可全面了解購入的電能在自己配電網(wǎng)中的傳遞與運(yùn)動(dòng)情況。以下為圖例:(見圖4)

圖4 電能運(yùn)行圖

         3.2用電結(jié)構(gòu)圖

反映了各用電點(diǎn)的用電結(jié)構(gòu)，就是該監(jiān)測點(diǎn)的生產(chǎn)、辦公、生活和其他用電的比例，通該圖表可客觀反映監(jiān)測點(diǎn)用電結(jié)構(gòu)的合理性并指導(dǎo)合理分配用電，使其用電更加合理，有序。以下為圖例:(見圖5)

圖5 用電結(jié)構(gòu)圖

          3.3電力實(shí)時(shí)運(yùn)行圖表  

         通過對電能數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、分析和統(tǒng)計(jì)，從負(fù)荷、功率因數(shù)、電流、電壓方面，分別反映出用電點(diǎn)的電力指標(biāo)、電能質(zhì)量指標(biāo)的變化情況和異常情況以及監(jiān)測點(diǎn)的電量消耗情況，為電能管人員提供用電安全的標(biāo)準(zhǔn)以及檢修的依據(jù)，做到安全用電，防范于未然。以下為圖例:(見圖6)

圖6 電力實(shí)時(shí)運(yùn)行圖表

        4第七水廠電能管理系統(tǒng)工作目標(biāo)

      第七水廠位于豐臺(tái)區(qū)馬家堡以西，日供水能力2.2萬立方米，保障南城東到方莊西到洋橋區(qū)域的供水壓力。在第七水廠建立電能管理體系，實(shí)現(xiàn)電能管理可測量，可評(píng)價(jià)，可考核，可持續(xù)改進(jìn)，切通過數(shù)據(jù)說話，通過與自身歷史情況比較與能效標(biāo)比較，實(shí)現(xiàn)“量控"。

        5工作內(nèi)容

        第七水廠供電系統(tǒng)為10KV高壓兩路供電，共2臺(tái)SCB9-800/10變壓器，報(bào)裝容量850KVA。電能管理系統(tǒng)在第七水廠建立7個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，分別為413(辦公照明總)、414-1(1"配水機(jī)電源)、414-2(2*配水機(jī)電源)、423-1(3"配水機(jī)電源)、423-2(熱泵)401(進(jìn)線)、402(進(jìn)線)對電能量及電能指標(biāo)進(jìn)行集中管理。通過有線網(wǎng)絡(luò)通道對54個(gè)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集(電流、電壓、功率、溫度等)，然后通過無線GPRS把采集到的據(jù)傳輸?shù)降谒乃畯S服務(wù)器上，保存到oracle數(shù)據(jù)庫中，實(shí)現(xiàn)二十四小時(shí)在線監(jiān)測和歷史數(shù)據(jù)的讀取及故障異常報(bào)警功能，采用B/S結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)手機(jī)、電腦在任何地點(diǎn)登陸軟件系統(tǒng)。(見圖7)

圖7 第七水廠供電系統(tǒng)

      6系統(tǒng)效果分析

       6.1提高用電管理水平

管理系統(tǒng)可監(jiān)測廠區(qū)用電負(fù)荷。根據(jù)管理系統(tǒng)平臺(tái)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，變壓器的負(fù)載率比較低(負(fù)荷分析)，廠區(qū)總的最大負(fù)荷率為:54.12%(平均負(fù)荷/最大負(fù)荷)。

圖8 峰、谷、平用電分析

6.1.1峰、谷、平用電分析 

從平臺(tái)運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示得知:第七水廠的峰、平、谷用電方式結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)工藝及需求可考慮或改進(jìn)是否有合理利用空間。北京現(xiàn)行電價(jià)政策為:峰電價(jià):1.0044元/kWh、平電價(jià):0.695元/kWh、谷電價(jià):0.3946元/kWh。通過平臺(tái)預(yù)演優(yōu)化功能如下:將高峰用電負(fù)荷轉(zhuǎn)移20%至谷電，將平段用電負(fù)荷轉(zhuǎn)移10%至谷電，電費(fèi)降低17%。(見圖9)

圖9 平臺(tái)預(yù)演優(yōu)化對比圖

6.1.2有序用電分析

         通過平臺(tái)監(jiān)測，可以發(fā)現(xiàn)動(dòng)力用電為主的系統(tǒng)占得比例關(guān)系，例如:“413照明"用電日均達(dá)到100kWh左右，占1"變壓器總用電量10%左右。

6.2安全生產(chǎn)用電分析

6.2.1功率因素分析

      根據(jù)平臺(tái)數(shù)據(jù)分析，廠區(qū)供電供電公司考核標(biāo)準(zhǔn)為:0.9，實(shí)際平臺(tái)監(jiān)測為:0.92。運(yùn)行情況較好，供電局減免電費(fèi)300元/月左右。(圖10)

圖10 三相功率因數(shù)記錄圖

6.2.2電流不平衡度分析

       根據(jù)數(shù)據(jù)平臺(tái)分析可以得知，電流不平衡度最大值達(dá)到多少，以及可能會(huì)帶來電氣火災(zāi)和電能浪費(fèi)兩大問題。根據(jù)實(shí)際情況提出處理建議，并進(jìn)行現(xiàn)場排查并處理，防范于未然，供水安全就是最大的效益。

6.2.3電能運(yùn)行環(huán)境異常報(bào)告分析

       根據(jù)平臺(tái)二十四小時(shí)對現(xiàn)場用電環(huán)境的實(shí)時(shí)檢測，自動(dòng)生成異常報(bào)告文檔。為電能管理人員提供科學(xué)、有效、及時(shí)的數(shù)據(jù)，使其快捷的排查故障。

7 安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案

7.1概述

        用戶端消耗著整個(gè)電網(wǎng)80%的電能，用戶端智能化用電管理對用戶可靠、安全、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，全面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內(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。

7.2應(yīng)用場所

（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、金融機(jī)構(gòu)建筑等）；

（3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂場所等）；

（4）科教文衛(wèi)建筑（文化、教育、科研、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)中心等）；

（6）交通運(yùn)輸建筑（機(jī)場、車站、碼頭建筑等）。

 7.3系統(tǒng)功能

7.3.1實(shí)時(shí)監(jiān)測

          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)。

7.3.2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。

 7.3.3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?，鼠?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)相電流趨勢曲線及24小時(shí)電壓趨勢曲線。

7.3.4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)行日報(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。

7.3.5變壓器運(yùn)行監(jiān)視

      系統(tǒng)對配電系統(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，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。

7.3.6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，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。

7.3.7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。

7.3.8電能質(zhì)量監(jiān)測

       系統(tǒng)可以對整個(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，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)測功能的電力儀表，不需要可刪除。

7.3.9遙控操作

       系統(tǒng)支持對斷路器、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)保測控裝置具備遙控功能等硬件設(shè)備的支持。 

7.4系統(tǒng)硬件配置清單

8.小結(jié)

（1）通過電能平臺(tái)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可對現(xiàn)場用電數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，如果發(fā)現(xiàn)了電流不平衡的問題等用電問題，應(yīng)加大檢測力度，通知維修人員，核查現(xiàn)場負(fù)載情況并解決此問題，排除安全隱患。

（2）有針對性的治理用電上的短板，以在解決問題的基礎(chǔ)上節(jié)省投入。

（3）目前廠區(qū)功率因數(shù)較高且能滿足供電公司的考核標(biāo)準(zhǔn)的情況下，針對終端設(shè)備的功率因數(shù)不高的實(shí)際情況，可檢測現(xiàn)有電容補(bǔ)償是否過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償?shù)膯栴}，以提高整體標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到減免電費(fèi)的目的。同時(shí)可考慮采取針對具體的設(shè)備進(jìn)行就地補(bǔ)償以此提高設(shè)備使用壽命。

（4）根據(jù)廠區(qū)實(shí)際的生產(chǎn)時(shí)間及工藝，建議合理利用現(xiàn)行電價(jià)政策。采取“移峰填谷"、“錯(cuò)峰填谷"等方式降低企業(yè)生產(chǎn)成本。

（5）根據(jù)現(xiàn)有監(jiān)測數(shù)據(jù)情況，現(xiàn)有兩臺(tái)變壓器采取一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用的情況，同時(shí)發(fā)現(xiàn)所帶負(fù)荷不高的情況下，可采取一臺(tái)變壓器帶三臺(tái)配水機(jī)，這樣做節(jié)約生產(chǎn)成本。對夏季應(yīng)對管網(wǎng)壓力低，配水設(shè)備可能超負(fù)荷運(yùn)行問題，選擇合理的運(yùn)行方式可以保證供水安全?？煽紤]采取在以后改造中降低變壓器容量。隨著系統(tǒng)的長期運(yùn)行，針對系統(tǒng)提供的異常報(bào)警及檢測出的相關(guān)問題，提供優(yōu)化用電結(jié)構(gòu)或生產(chǎn)工藝，提供相關(guān)的制度保障，預(yù)測用電環(huán)境的變化趨勢用以指導(dǎo)生產(chǎn)運(yùn)行。