安科瑞 EMS3.0 智慧能源管理平台在绿色校园的应用

摘要：在信息化技术应用日益发展的今天，各类用电企业对于电能的管理已经不仅局限于按月的电能计量结算了，对供电系统运行的实时监测、对电能量按工序或设备的考核、甚至是按单炉单机的成本核算，都需要建立起动态实时的电能管理系统。本文介绍了基于实时数据采集的电能管理系统的设计及应用情况，对实时电能管理系统的总体结构，数据模型、功能结构及各环节的应用要点进行了分析研究。

关键词：用电企业 电能管理 实时数据库 数据采集

电能管理系统以智能电表(以下简称电能表)为数据采集的源头，利用互联网、工业以太网等各种网络通讯方式与实时电能数据采集系统相连接，实时电能数据采集系统将处于分散状态的电能数据读取到实时电能采集数据库;依靠实时电能采集数据库，电能采集监测系统可以提供动态实时的电能采集网络监测功能;再通过电能数据上传接口定时将电能管理数据保存到电能数据管理系统的数据库，按照设定的处理周期进行电量结算，最后利用电能管理信息系统提供电能管理信息。根据不同类型企业的需要，通过电能数据服务接口可以为ERP等信息化系统提供电能网络运行和电量数据，为生产管理与成本管理提供电力系统的数据;根据电能管理用户的需要，还可以通过外部数据接口接受来自企业内部其它信息系统的数据，例如有关计划数据、生产实绩数据等。

1实时电能数据采集系统

实时电能采集系统是以实时数据库技术为基础，建立起实时电能采集数据库，采集的主要步骤是:

(1)系统根据设定的参数自动轮询电能表，读取相关数据;

(2)对于读取到的数据，将根据不同规约的格式(如DL/T645的数据格式)对数据进行解析并进行有效性检查，舍弃不正确的数

(3)读取电能表的顺序将根据配置在实时数据库中的电能表序号进行;

(4)电能表出现通讯异常时，如无应答、校验错等，系统自动重采。重采的次数可以在配置界面中设置。如重采失败，系统会记录并显示对应的状态数据，为运行管理人员提供监测与处理信息

(5)维护管理人员可以通过手动操作读取电能表相关数据、对电能表进行参数设置(如校时操作)等;

(6)系统读取的数据均跟随时间标签，并根据设定的时间间隔自动将电能表数据写入到实时数据库中。实时电能数据采集系统的采样周期通常可以设置为500ms.

2电能采集监测系统

电能采集监测系统是一套有动态实时功能的Web应用软件系统，它首先提供一套反映系统内所管理变电所、开关站或配电室等电网结点分布情况和当前运行状态的“电能采集系统总体监测图"，图中可以根据用户需要设置各结点设备的状态，例如:正常运行为“绿色"、故障或检修停运状态为“红色"、备用状态为“灰色"。点击图上的某一结点设备，可以按电能网络图或电能数据表的形式动态的显示该结点内部所属的各个用电部位的电能数据。实时数据显示的刷新频率可以与实时电能数据采集系统的采样周期相同。

这一系统的功能主要是为电能管理系统提供基础的运行管理服务，也为现场电能表的运行维护提供服务，同时还可以间接的为电能表所测量的供电、用户设备的运行维护提供参

考信息。

3电能数据上传接口

按照设定的数据上传周期，定时由实时电能数据采集系统提取电能管理需要的数据，保存到电能数据管理系统。依据一个企业对电能数据所需要的时间粒度，上传周期可以为1分钟到60分钟设置，例如化工企业若以满足生产日报为时间要求，则设置为10分到60分钟都可以，但若想满足转炉炼钢按炉次计算成本的要求，就设置为不大于2分钟。总之上传周期的设置，就是以企业对通电数据的需要为前提，根据系统存储能力、考虑数据的处理效率来确定，设置时还要兼顾数据的保存期限要求。

4电能数据管理系统

电能数据管理系统以关系数据库为基础，针对电量计算数据和电力系统运行数据两个种类分别构建出按时间分层的电能数据模型如图2所示。其中:

.       电量计算数据是指用于电量计算的正向有功电量、正向无功电量、反向有功电量、反向无功电量等，这类数据可以按时间分为采集量、小时量、班量和日量等多个时间层面进行计算处理，并且有不同时段的峰、平、谷数据。当需要进行周报、旬报、月报等数据时，可以利用电量日数据来实现。

.       电力运行数据是指对于电力系统运行管理所需要的单相或三相电流、电压、电量、功率因数等数据，在采集上传基础上，按小时生成大值、小值和平均值等统计数据。为电力系统的运行管理提供实时的和历史的原始数据与统计数据。

这种数据的分类存储策略，主要是用来满足用户的不同管理需求;而分层的数据存储策略则是为了更好的满足数据的处理效率要求。数据在按设定的采集周期形成采集基础数据的同时，按时自动进行各时间层面数据的归集处理，并且可以根据不同层面数据的使用有效期限设置自动转储与清理策略。例如，电能采集原始数据、电量计算采集数据和电力运行采集数据可以设置为保存3个月到12个月，小时数据、班数据和运行统计数据可以保存为3年，日数据可以保存10年等。超过保存期限的数据自动进行转储与删除，这样能够在满足使用要求的前提下尽量减少在线存储空间的占用，目的就是为了提高处理效率。

5电能管理信息系统

电能管理信息系统是一个面向管理与服务的Web应用软件系统，它主要由运行管理、计量管理、综合管理、信息服务和系统管理五大功能项目构成。

.       运行管理功能由采集信息、数据查询、分析曲线、平衡曲线、运行日报、参数管理等子功能项组成，主要是用来满足电能采集网络和电能表等的设备与线路的运行监测与管理。对于能源责任管理细化的单位，也是各责任部门人员观测自己责任范围内供电设备和用电设备运行状况的窗口。

.       计量管理功能由人工结算、人工平衡、计量台帐、计量报表等项组成。其中人工结算是在数据正常采集、上传与自动结算某环节出现问题，重新从实时数据库提取某一时段数据后，由人工选择进行重新结算处理的功能;人工平衡是对于自动采集过程中由于线路或设备故障原因所造成的异常数据进行处理的功能，处理的时间层面可以选择在小时、班或日的任一层面，经过人工平衡的数据点原始数据与人工数据同时保存，后续的结算以人工数据为准进行;计量台帐和计量报表可以按用户的格式要求和时间要求进行设计。

(3)综合管理功能是以用户对电能管理的综合管理要求为目标所设计的功能项目，例如电能消耗指标完成情况统计表、主要设备电能消耗统计表、设备停机电能损耗计算表等。

(4)信息服务功能是对企业的各类用户提供电能管理信息查询、报表、统计计算的功能项目。例如对于企业高层管理提供全公司按产品或按分厂车间的电能消耗统计或明细查询，对分厂或车间提供本部门或各基层工段班组的电能消耗统计或明细查询。

(5)系统管理功能提供登录操作人员的授权、系统参数设置、系统数据的转储备份等功能。本系统的各项操作都自动记录操作人员和操作时间，为系统的管理提供帮助。

6安科瑞企业能耗管理系统介绍

安科瑞企业能源管控系统采用自动化、信息化技术和集中管理模式，对企业的生产、输配和消耗环节实行集中扁平化的动态监控和数据化管理，监测企业电、水、燃气、蒸汽及压缩空气等各类能源的消耗情况，通过数据分析、挖掘和趋势分析，帮助企业针对各种能源需求及用能情况、能源质量、产品能源单耗、各工序能耗、工艺、车间、产线、班组、重大能耗设备等的能源利用情况等进行能耗统计、同环比分析、能源成本分析、碳排分析，为企业加强能源管理，提高能源利用效率、挖掘节能潜力、节能评估提供基础数据和支持。

7应用场所

钢铁、石化、冶金、有色金属、采矿、医药、水泥、煤炭、造纸、化工、物流、食品、水厂、电厂、供热站、轨道交通、航空工业、木材、工业园区、医院、学校、酒店、写字楼以及汽车制造、机电设备、电器产品、工器具制造等离散制造业。

8系统结构

现场通过厂区局域网和平台通讯，平台搭建在客户自己配置的服务器上。搭建完成之后，客户可以在任意能与局域网联通的地方，通过有权限的账号登陆网页以及手机APP查看各处的运行情况。

系统可分为三层：即现场设备层、网络通讯层和平台管理层。

现场设备层：主要是连接于网络中用于水、电、气等参量采集测量的各类型的仪表等，也是构建该配电、耗水、耗气系统必要的基本组成元素。肩负着采集数据的重任，这些设备可为本公司各系列带通讯网络电力仪表、温湿度控制器、开关量监测模块以及合格供应商的水表、气表、冷热量表等。

网络通讯层：包含现场智能网关、网络交换机等设备。智能网关主动采集现场设备层设备的数据，并可进行规约转换，数据存储，并通过网络把数据上传至搭建好的数据库服务器，智能网关可在网络故障时将数据存储在本地，待网络恢复时从中断的位置继续上传数据，保证服务器端数据不丢失。

平台管理层：包含应用服务器、WEB服务器和数据服务器，一般应用服务器和WEB服务器可以合一配置。

平台采用分层分布式结构进行设计，详细拓扑结构如下：

9系统功能

平台采用自动化、信息化技术和集中管理模式，对企业的生产、输配和消耗环节实行集中扁平化的动态监控和数据化管理。实时监测企业各类能源的消耗情况，通过数据分析、挖掘和趋势分析，帮助企业加强能源管理，提高能源利用效率和节能潜力，为节能改造提供数据依据。

9.1平台登录

在浏览器打开云平台链接、输入账户名和权限密码，进行登录，防止未授权人员浏览有关信息。

9.2大屏展示

用户登录成功之后进入大屏展示页面，展示企业及各区域的能耗折标、产值、异常、排名、占比、通讯情况，点击区域展示该区域的分类能耗、产值等相关信息。

9.3首页

首页展示峰谷平用电、变压器情况、年能耗趋势、单耗趋势、分类能耗等企业级统计数据。

9.4数据监控

对企业各点位的能源使用、报警等情况进行实时的监控。以便企业用户能够实时的监测各个点位的运作情况，同时能更快的掌握点位的报警，并为企业削峰填谷、调整负载等技改措施提供数据支撑。

·       能源实时监控：对于水、电、气等能源消耗进行实时监测，确保用能环节的持续稳定运行，显示配电图、能流图、能源平衡网络图、能源计量网络图等功能。

·       能流图：需要在能流图上对水、电、气的消耗情况进行实时展示；当能源参数越限报警，可提供报警重要性等级分类，同时支持APP推送、手机短信、邮件、钉钉、语音播报、系统弹窗报警提示等；

·       配电图：将配电房真实情况画入配电图，实时展示接入的门禁、水浸、电水气等仪表的实时参数、门禁水浸状态及能耗数据。

·       实时统计：实时统计工厂、车间、工序、设备的当年、季度、月、周、日、班次等能耗值；

·       数据展示：通过实时曲线和历史曲线展示不同区域、不同设备的不同的能耗参数；

·       检测：对能源报警信息进行集中显示，可以对报警阈值信息进行相关处理操作，可以对报警参数进行在线设置，当能源参数越限报警，可提供报警重要性等级分类，具备APP推送、手机短信、邮件、钉钉、语音播报、系统弹窗等报警提示；

9.5视频监控

接入摄像头，实时掌控企业内实际情况。

9.6变压器监控

展示各电压器的负载情况，从而可以为变压器配备情况进行科学合理的规划。通过各种运行参数状态下用电效能的对比分析，找出更好的运行模式。根据运行模式调整负载，从而降低用电单耗，使电能损失降低。

9.7仪表实时监控

展示各个水电气仪表的实时参数变化，以曲线图的方式展示。

9.8能源中控

将所有有关能源的能源参数集中在一个看板中，能从多个维度对比分析，实现各个产业线的对比，帮助领导掌控整个工厂的能源消耗，能源成本，标煤排放等的情况。

9.9用能统计

从能源使用种类、监测区域、车间、生产工艺、工序、工段时间、设备、班组、分项等维度，采用曲线、饼图、直方图、累积图、数字表等方式对企业用能统计、同比、环比分析、实绩分析，折标对比、单位产品能耗、单位产值能耗统计，找出能源使用过程中的漏洞和不合理地方，从而调整能源分配策略，减少能源使用过程中的浪费。

9.11成本分析

统计各个监测节点（工厂、车间）的当年、季度、月、周、日各类能源消耗费用，其中电包括峰电量、峰电费、谷电量、谷电费以及平均电量和平均电费。

9.11产品单耗统计

与企业MES系统对接，通过产品产量以及系统采集的能耗数据，在产品单耗中生成产品单耗趋势图，并进行同比和环比分析。同时将产品单耗与行业/国家/国际指标对标，以便企业能够根据产品单耗情况来调整生产工艺，从而降低能耗。

9.12绩效分析

对各类能源使用、消耗、转换，按班组、区域、车间，产线、工段、设备等进行日、周、月、年、规定时段绩效统计按照能源计划或定额制定的绩效指标进行KPI比较考核，帮助企业了解内部能效水平和节能潜力，评定能源消耗是否合理。

9.13运行监测

系统对区域、工段、设备能源消耗进行数据采集，监测设备及工艺运行状态，如温度、湿度、流量、压力、速度等，并支持变配电系统一次运行监视。可直接从动态监测平面图快速浏览到所管理的能耗数据，支持按能源种类、车间、工段、时间等维度查询相关能源用量。

9.14自定义能耗报表

用户可通过自定义报表头与列，灵活生产各种报表，查看企业各个节点的能耗，单耗，成本，综合能耗等信息，并同比、环比报表，支持导出报表。

9.15同比、环比

提供能耗成本的图形对比分析，包括分时段（日、月、年）的同比、环比分析，分类、分时段、分项（地点、机构、设备）统计图形对比分析（柱状图、饼图、堆积图等）。

同比

环比

9.16分析报告

以年、月、日对企业的能源利用情况、线路损耗情况、设备运行情况、运维情况等进行仔细的统计分析，让用户更加了解系统的运行情况，并为用户提供数据基础，方便用户发现设备异常，从而找出改善点，以及针对用能情况挖掘节能潜力。

9.17能耗设备用能

监控耗能设备运行、停机及异常状态，及时解决设备故障停运导致无法正常生产。

9.18线损分析

根据节点、能源分类，查询各个节点线路上的能源损耗数据，及时发现能量在使用过程中的跑冒滴漏和异常用能等浪费的问题，提醒用户及时进行干预。

9.19碳排放管理

按照区域对碳排放总量的变化趋势进行统计，并进行同环比分析。对单位产值碳排放量进行计算，并结合减排指标实现超标预警，提升区域减排水平，促进碳达峰目标实现。

9.20电能质量监测

实时监测谐波含量、三相不平衡度、功率因数等，确保功率因数不低于供电局考核指标，避免被罚款和设备出现故障。

9.21运维管理

系统支持设备日常巡检计划、派工、消缺、报修、派工等设备运维管理，方便运行管理人员的制定巡检计划、派工，巡检人员执行巡检、完成工单、巡检发现问题消缺，进行故障报修、跟进维修进度，满足日常巡检、设备维修保养需要。

9.22报警管理

针对于电气正常开展、限电和能耗双控，实现电参量异常报警、电气火灾隐患报警、能耗超标报警、限电报警等，帮助企业提前预警，避免发生火灾事故和被罚款导致用能成本过高。支持分级分类报警，可对报警进行派发与闭环处理。

9.23能耗抄表

可自定义时间段抄仪表的抄表值以及差值，可自定义抄表的分类分项。

9.24能耗分析自定义时间抄表

可自定义时间段内各个拓扑节点的能耗值，可自定义抄表能耗值的的分类分项。

9.25容需量报表

提供容需量报表，实时展示容量需量价格的变化情况，帮助企业实现容改需，降低基本电费。

9.26复费率报表

对尖、峰、平、谷用电量及成本费用进行统计分析，为企业分时用电，优化成本效益提供数据支持。

9.27文档管理

对国标、能源管理制度、能源指标体系等文件进行归档，可快速查询相关文档。对仪表台账进行系统管理，支持文件的上传和下载。

9.28 3D可视化大屏

对场景进行虚拟仿真，展示各区域运行及能源消耗情况，可实现分层预览、转场展示、风格切换、智能巡检等效果，支持模型与监测点位的自定义绑定。

9.29 3D子系统

对各动力子系统进行虚拟仿真，展示子系统的动力管线、设备的实时状态及能源消耗情况，可实现动态的能源流向效果。

9.30工业组态

可通过图形化的编辑方式自定义组态图，展示设备运行状态及能源消耗情况，可上传自定义素材及绑定监测数据。

9.31自定义驾驶舱

可通过图形化的操作方式自定义驾驶舱，以折线图、饼图、表格等图形展示采集数据及各类统计数据，数据源包括API、数据库查询、MQTT、Excel等方式。

9.32基础数据管理

对系统的项目、探测器、设备型号、电参量、节点、能源、公示、及相关参数进行配置、修改、删除等管理、进行用户添加和授权管理、合同管理。

9.33手机APP

APP支持Android、iOS操作系统，方便用户按能源分类、区域、车间、工序、班组、设备等不同维度掌握企业能源消耗、产线比对、效率分析、同环比分析、能耗折标、事件记录、运行监视、异常报警、配电图、工艺流程图、能流图。

9.34知识产权证书

10 系统硬件配置

11 结论

用电企业通过电能管理系统的应用，不但要解决传统的电能计量结算问题，更重要的是要实现面向重要工序和设备的电能成本考核管理，真正使节能降耗从管理层的行为变为企业职工全员的自觉行动。一套实时采集、自动结算、动态完整的反映电能消耗详细过程与综合状况的电能信息服务体系，为企业的这些需求提供了有力的工具。这种基于实时采集的电能管理系统，还为企业供电系统的运行管理提供了网络化的监测管理工具。同时，电能管理系统的实施，也可为企业ERP等其它信息化系统提供电能数据共享。

参考文献

[1]徐平平，邱玉春。电力集中抄表系统中的通信技术[J].电力系统通信，1999 (4):5-8.

[2]张磊，王晓峰，李新家，电能信息采集系统运行及维护技术[M.北京:中国电力出版社，2010.