摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，智慧電能管理系統(tǒng)的應(yīng)用場景也越來越廣泛，利用智慧電能管理系統(tǒng)合理規(guī)劃生產(chǎn)及用電計劃，充分利用峰、谷、平電價政策，可有效降低同等用電量需求下的生產(chǎn)經(jīng)營成本，促進節(jié)能降耗目標(biāo)實現(xiàn)。本文介紹的是一款在燃料電池廠房穩(wěn)定運行的智慧電能管理系統(tǒng)設(shè)計思路及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電能；智慧電能管理系統(tǒng)；配電；設(shè)備

0、引言

電力作為工業(yè)的血液，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與工業(yè)4.0的持續(xù)發(fā)展，在國家大力推動智能制造背景下，在工廠中引入智慧電能管理系統(tǒng)，實現(xiàn)電力設(shè)施運行數(shù)據(jù)的的自動采集和監(jiān)控，減少了對人工檢查電力設(shè)施的依賴，不僅可以提高工廠供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時通過對下級自動化設(shè)備的在線的工況進行監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)潛在的隱患，降低設(shè)備維護成本。

1、 智慧電能管理系統(tǒng)簡介

智慧電能管理系統(tǒng)是一種傳統(tǒng)電能管理技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相融合而實現(xiàn)的一種技術(shù)，它利用傳感器監(jiān)控、現(xiàn)場總線技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)云技術(shù)緊密結(jié)合，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)云儲存、遠(yuǎn)程診斷等功能，可為用電企業(yè)提供了一套智能化的電能管理方案。

2、 建設(shè)智慧電能管理系統(tǒng)意義

（1） 工廠內(nèi)關(guān)鍵用電設(shè)備是進行正常生產(chǎn)的基礎(chǔ)，其安全、高效、穩(wěn)定運行是完成生產(chǎn)任務(wù)的必要條件，監(jiān)控其運行工況意義重大，可及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在的隱患；

（2）通過電能管理系統(tǒng)定期推送工廠各區(qū)域用電信息，使各員工了解工作區(qū)域用電情況，形成良性節(jié)能降耗意識，促進節(jié)能降耗目標(biāo)實現(xiàn)；

（3）建設(shè)智慧電能管理系統(tǒng)，其輸出的能效數(shù)據(jù)信息可為企業(yè)生產(chǎn)計劃評估、成本評估及設(shè)備養(yǎng)護等企業(yè)經(jīng)營活動提供決策數(shù)據(jù)支持；

（4）通過分析歷史用電數(shù)據(jù)，合理規(guī)劃生產(chǎn)及用電計劃，通過峰、谷、平錯峰用電，可以有效降低同等用電量需求下的生產(chǎn)經(jīng)營成本；

3、 智慧電能管理系統(tǒng)設(shè)計思路

3.1 總體實施思路

擬通過構(gòu)建電能采集監(jiān)控系統(tǒng)，對廠區(qū)內(nèi)配電設(shè)備(如：變壓器、一級配電柜、二級配電柜)、常用廠務(wù)設(shè)施(螺桿冷水機組、冷卻水機組、空調(diào)機 組、空壓機等)、生產(chǎn)設(shè)備(自動化生產(chǎn)線、測試設(shè)備)、發(fā)電設(shè)備（燃料電池測試臺架）、照明配電柜、辦公用電配電柜進行電能信息采集監(jiān)控。

1) 根據(jù)工廠生產(chǎn)計劃，分解大功率供用電設(shè)備、生產(chǎn)線、區(qū)域照明、管理區(qū)域用電計劃，并對階段目標(biāo)完成情況進行評估考核；

2) 根據(jù)實際生產(chǎn)需要，結(jié)合大功率設(shè)備用電趨勢及峰、谷、平電價，調(diào)整生產(chǎn)計劃執(zhí)行策略，逐步合理優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)能源使用效率。

3) 通過監(jiān)控各用電設(shè)備的電壓、電流、功率因數(shù)等信息，完成能源信息統(tǒng)計、能源趨勢分析及異常類信息告警；

3.2 電能采集網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

3.2.1 核心構(gòu)思

1）采用互聯(lián)網(wǎng)+模式建立“電能管理員、用電設(shè)備、采集設(shè)備、采集云服務(wù)"物聯(lián)；

2）采用成熟云平臺、大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)服務(wù)框架技術(shù)應(yīng)對海量遠(yuǎn)程采集設(shè)備數(shù)據(jù)接入，保障服務(wù)的高可用與并發(fā)性；

3）采用云平臺及移動端技術(shù)，依托能效行業(yè)化管理經(jīng)驗，為客戶提供有效便利的能效管理工具。

4）系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.2.2系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)

1）模塊選型采用成熟工業(yè)化數(shù)據(jù)采集通信模塊，支持RJ45、串口，ModBus及ModBus-RTU等多種通信協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)；

2）具備遠(yuǎn)程參數(shù)配置與固件升級功能，操作簡易。

3.2.3 系統(tǒng)的計量網(wǎng)絡(luò)

1）遵循能源流向規(guī)律，逐層設(shè)立計量點位、形成完善的計量網(wǎng)絡(luò)；

2）通過構(gòu)建區(qū)域用電模型，掌握區(qū)域用電構(gòu)成；

3）表計選型采用成熟工業(yè)化智能電能數(shù)據(jù)采集計量表計、支持雙向計量、計量精度高，具備遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)串口采集通信，支持ModBus及DL/T-2007通 信協(xié)議；

4）采用din導(dǎo)軌式掛扣設(shè)計，工程安裝快捷。

3.3 電能監(jiān)控系統(tǒng)信息化實施

3.3.1 實施策略

1）提出、構(gòu)建并實施電能采集系統(tǒng)方案；

2）采集、分析能源構(gòu)成、數(shù)據(jù)，提出能效改進建議；

3）建立階段能效改進目標(biāo)、系統(tǒng)實施；

4）能效改進策略實施階段結(jié)果對比評估。

3.3.2 系統(tǒng)各功能定義

4、 智慧電能管理系統(tǒng)的具體應(yīng)用

4.1 電能查詢

可以遠(yuǎn)程查詢每個計量表的數(shù)據(jù)，根據(jù)需要自動存儲表碼讀數(shù)，保存周期可以自由選擇，解決了人工抄表會產(chǎn)生的漏抄、錯抄、抄表時間過長、抄表過程不安全的問題。實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析的智能化，自動化，可根據(jù)需要選擇生成不同類型的月度能耗報表。

4.2 能耗分析

分析企業(yè)的峰、谷、平用電量信息，為能耗重點監(jiān)管企業(yè)提供生產(chǎn)計劃排產(chǎn)決策依據(jù)，大限度降低用電成本；另外還可以通過監(jiān)控設(shè)備的功率因素，為無功功率的就地補償提供設(shè)計依據(jù)。

4.2電流電壓異常報警功能

通過在當(dāng)設(shè)備層配電柜安裝智能電表，實時監(jiān)測設(shè)備的運行電壓、電流數(shù)據(jù)，當(dāng)監(jiān)測到異常電流、電壓時，可通過手機APP向電能管理者推送報警信息，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備或供電線路潛在的故障。

4.3 發(fā)電功率動態(tài)調(diào)整功能

對于一些燃料電池生產(chǎn)廠房，測試燃料電池的過程中有電能發(fā)出，目前主流的設(shè)計是自發(fā)自用。通過配置智慧能源管理系統(tǒng)，實時監(jiān)測發(fā)電功率及用電功率，同步調(diào)節(jié)發(fā)電功率及用電負(fù)荷之間的比例，使兩者處于一個動態(tài)平衡，減少余電上網(wǎng)對電網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊。

5、 安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案

5.1概述

用戶端消耗著整個電網(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，實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向良性互動。用戶端急需解決的研究內(nèi)容主要包括：先進的表計，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用戶端用電情況進行細(xì)分和統(tǒng)計，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用電的使用消耗情況，便于找出高耗能點或不合理的耗能習(xí)慣，有效節(jié)約電能，為用戶進一步節(jié)能改造或設(shè)備升級提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

5.2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、醫(yī)療衛(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）交通運輸建筑（機場、車站、碼頭建筑等）。

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5.4系統(tǒng)功能

5.4.1實時監(jiān)測

系統(tǒng)人機界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(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。

5.4.2電能統(tǒng)計報表

系統(tǒng)以豐富的報表支撐計量體系的完整性。系統(tǒng)具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的用電情況，即該節(jié)點進線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計分析報表。該功能使得用電可視透明，并在用電誤差偏大時可分析追溯，維護計量體系的正確性。

5.4.3詳細(xì)電參量查詢

在配電一次圖中，當(dāng)鼠標(biāo)移動到每個回路附近時，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小時相電流趨勢曲線及24小時電壓趨勢曲線。

5.4.4運行報表

系統(tǒng)具有實時電力參數(shù)和歷史電力參數(shù)的存儲和管理功能，所有實時采集的數(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)、規(guī)定時間或選擇查詢更新的記錄數(shù)據(jù)等，并通過報表方式顯示出來。用戶可以根據(jù)需要定制運行日報、月報，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。

5.4.5變壓器運行監(jiān)視

系統(tǒng)對配電系統(tǒng)總進線、主變壓器、重要負(fù)荷出線的運行狀態(tài)進行在線實時監(jiān)視，用曲線顯示電流、變壓器運行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負(fù)荷率等運行趨勢，分析變壓器負(fù)荷率及損耗，方便運行維護人員及時掌握運行水平和用電需求，確保供電安全可靠。

5.4.6實時報警

系統(tǒng)具有實時報警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲?、隔離開關(guān)、接地刀分、合動作等遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件進行實時監(jiān)測，并根據(jù)事件等級發(fā)出告警。系統(tǒng)報警時自動彈出實時報警窗口，并發(fā)出聲音或語音提醒。

5.4.7歷史事件查詢

系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

5.4.8電能質(zhì)量監(jiān)測

系統(tǒng)可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量進行持續(xù)性的監(jiān)測，運行維護人員可以通過諧波分析棒圖、報表掌握進線、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。

5.4.9遙控操作

系統(tǒng)支持對斷路器、隔離開關(guān)、接地刀等進行分、合遙控操作。系統(tǒng)具有嚴(yán)格的密碼保護和操作權(quán)限管理功能，對于每次遙控操作，系統(tǒng)自動生成操作記錄，記錄內(nèi)容包含操作人、操作時間、操作類型等。實現(xiàn)該功能需要斷路器本身具有電操機構(gòu)及保護保測控裝置具備遙控功能等硬件設(shè)備的支持。

5.4.10用戶權(quán)限管理

系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，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）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

5.4.11通訊狀態(tài)圖

系統(tǒng)支持實時監(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)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。從而方便運行維護人員實時掌握現(xiàn)場各設(shè)備的通訊狀態(tài)，及時維護出現(xiàn)異常的設(shè)備，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

5.4.12視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控展示了當(dāng)前實時畫面（視頻直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息。

5.4.13用戶報告

用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運行數(shù)據(jù)，對變壓器負(fù)荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報警事件等進行統(tǒng)計分析。

5.4.14 APP支持

電力運維手機支持“監(jiān)控系統(tǒng)"、“設(shè)備檔案"、“待辦事項"、“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、各種事件報警查詢，設(shè)備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢等。

5.5系統(tǒng)硬件配置清單

6、結(jié)語

本文通過闡述了智慧電能管理系統(tǒng)的總體設(shè)計思路及主要應(yīng)用，以實際的例子說明了智慧電能管理系統(tǒng)具體的應(yīng)用形式，其主要意義在于能夠?qū)崟r對工廠的電能各項數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)異常電能數(shù)據(jù)并提前采取應(yīng)對策略，幫助企業(yè)提升節(jié)約能源意識，充分利用峰、谷、平電價開展生產(chǎn)活動，降 低用電成本，助力國家“碳達峰、碳中和"戰(zhàn)略的實現(xiàn)。

【參考文獻】

徐會詠.智慧能源管理系統(tǒng)建設(shè)方案. 能源研究與管理 2020（4）.

謝堯鐘.智慧電能管理的設(shè)計與應(yīng)用                

安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊 2022.05版

作者介紹：

安躍強，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為為智能電網(wǎng)供配電。