CN100501794C - 在线可视化能耗审计管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电能监测以及管理技术领域，特别涉及在线可视化能耗审计管理系统；它包括电力需求侧能耗审计系统，电力需求侧能耗审计管理系统主要由以下部分组成：电能监控主站；电能监测仪；数据通信通道；管理应用平台；电能监测仪将采集的信息通过数据通信通道发送到电能监控主站，由管理应用平台对信息进行加工处理并输出显示。电能监控主站将接收的信息向政府能耗审计管理系统汇总。本发明根据汇总的信息，提出电力需求侧配网整改方案，并按行业、产品、用电性质建设区镇、县市、地市、省市的多级能耗管理系统；具有应用效果较佳、使用方便等优点。

Description

在线可视化能耗审计管理系统

技术领域：

本发明涉及电能监测仪及能耗管理技术领域，特别涉及在线可视化能耗审计管理系统。

背景技术：

国民经济可持续发展是我国的基本国策和战略方针之一，“十一五”期间中国政府将建设节约型社会、节能降耗作为经济工作的重点。我国能源匮乏，但又是一个能源消耗和需求的大国，GDP能耗是发达国家和地区平均水平的五至六倍，自2006年开始国家将能耗指标(单位GDP能耗、单位GDP电耗、单位工业增加值能耗和单位GDP能耗降低率)定期进行公告，明确提出“十一五”期间能耗降低20％的目标，节能降耗工作任重道远。

随着社会的进步、国民经济的发展，电能在经济生活中扮演越来越重要的角色。电能作为主要能源，是当今社会的必须消费品，由于电能产品的特殊性，其质量、效率和消费过程历来无法被广大消费者重视。准确地审计、考核、管理能耗往往让电能管理人员显得心有余而力不足，国家从宏观上统计能耗指标，作为地方能耗管理部门就必须做好能耗具体的审计工作，从上到下做好能耗管理的梳理工作，做好抓好节电、提高电能效率和电能管理三方面的工作。这三个方面的一个共同的基础工作就是电力需求侧(用电单位、个人)的产品、产量、人员能耗的监测与审计工作，将能耗审计工作落实到用电设备这些能耗的基本单元。

目前大量基于计算机系统的控制设备和电子装置等一类敏感负荷的出现使得冲击性、非线性负载的不断增多，暂态过电压和顺态过电压、电压凹陷与短时间间断等一些以前未被人们所重视的电能质量问题不断增加，谐波、电压波动闪变、三相不平衡等传统电能质量问题更加恶化，电能效率降低，统计能耗提高，这些都是我们对电能管理不善的后果。尽管我们从电力部门看到的电网功率因数是大于90％，而我们电力需求侧的用电设备端的功率因数是仅有75％左右，最低的达到35％。

根据目前国内用电市场的调查，企业、宾馆、办公楼、政府机关的用电管理水平历来处于无法有效管理的状态，电能浪费、电效率低、电能质量下降、产品质量不稳定、重要设备无故重启等现象严重，这些都是用电管理不善的后果。国内大多数单位都不设电能管理专业人员，致使用电管理水平低下、能耗居高不下。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供在线可视化能耗审计管理系统。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

它包括电力需求侧能耗审计系统，电力需求侧能耗审计管理系统主要由以下部分组成：

电能监控主站：主要功能是接收数据采集终端的数据并将其规则地进行存储供管理应用平台使用；

电能监测仪：主要功能是采集电网的电能质量指标参数和负责与其它电能质量控制设备进行通信，将现场采集的数据进行存储和发送；

数据通信通道：主要用于数据监控主站与数据采集终端间的通信，可采用内部计算机网、电话通信公网等；

管理应用平台：主要功能是对数据监控主站的数据进行加工处理，实现电能可视化；

电能监测仪将采集的信息通过数据通信通道发送到电能监控主站，由管理应用平台对信息进行加工处理并输出。

所述的在线可视化能耗审计管理系统，它还包括政府能耗审计管理系统，电能监控主站将接收的信息向政府能耗审计管理系统汇总。

所述的电能监测仪在电力需求侧采用三层设置，分别采集企业、生产线和加工机械的电力、电量、电能质量情况；第一层为配网的入口处，用于采集整个配网的总体参数和电源侧电能质量和电力污染情况；第二层为配网的主干部位；第三层为设备动力柜。

所述的电能监测仪内包括有CPU以及分别与CPU连接的AD转换器、存储芯片FLASH、通信模块、I/O端口；AD转换器对电压电流进行高速的采集、分析、运算，存储芯片FLASH中存储AD转换器记录下的各种数据；通信模块通过I/O端口实现与数据处理计算机主站的数据通信。

所述的电能监测仪连接有显示器。

本发明所述能耗审计管理系统主要从科学管理角度解决电力需求侧电能管理问题，它通过在电力需求侧配电网络的主要负荷点安装电能监测仪，实时采集电力、电量、电能质量数据，在电能监控主站通过应用软件对数据信息进行相关处理，分析电能效率与能耗情况，生成《电力需求侧能耗报告》，然后再以此提出电力需求侧配网整改方案，并在此基础上按行业、产品、用电性质建设区镇、县市、地市、省市的多级能耗管理系统。本发明具有应用效果较佳、使用方便等优点，可非常方便地监测用电网络的状况，从而及时地对用电网络中的不良状况进行整改。

附图说明：

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明的总原理示意图；

图2是本发明的电能监测仪的工作原理方框图；

图3是本发明的电力需求侧市级的系统组织结构图；

图4是本发明的政府能耗审计管理系统组织结构图。

具体实施方式：

本发明主要用于政府能源管理部门对辖区内电力需求侧的能耗审计和电力需求侧的电能管理，要科学地做好能耗审计与电能管理工作，首先要在线检测能耗的分布情况，将电能可视化，弄清电能质量、电力污染和电能效率与能耗的关系，然后将能耗进行理论换算，最终计算区域、企事业单位、产品的理论能耗与实际能耗值，并将理论能耗作为节能降耗的首要目标。同时对整个电力需求侧的能耗做出准确合理的评价，提出科学的配电网络整改方案。

系统在电力需求侧的整个配电网络的主要用电点安装电能监测仪，通过计算机与通讯网络在线检测各用电点的电力、电量和电能质量数据，将实测的数据保存到数据库中，通过一定时间的数据积累，对数据进行分析，准确报告实际能耗、电能质量、电力污染和电能效率情况。并通过数据库对实测的数据进行分析，让电力需求侧和政府能源管理部门的管理者明白本单位的能耗水平在国际、国内、行业、产品的位置，同时为电力需求侧用户提出节能降耗方案和配电网络优化改造方案，使电力需求侧配电网络更“安全、可靠、高校、洁净、经济”。

电力需求侧能耗审计管理系统主要由管理应用平台、电能监控主站、电能监测仪和通信通道四部分组成。电力需求侧可以是企业或者工业区或者镇区等，图3所示为本发明的市级的系统组织结构图，各部分功能概述如下：

电能监控主站：主要功能是接收数据采集终端的数据并将其规则地进行存储供管理应用平台使用。

电能监测仪：主要功能是采集电网的电能质量指标参数和负责与其它电能质量控制设备(如无功自动监测与投切装置)进行通信，将现场采集的数据进行存储和发送。

数据通信通道：主要用于数据监控主站与数据采集终端间的通信，可采用内部计算机网、电话通信公网等。

管理应用平台：主要功能是对数据监控主站的数据进行加工处理，实现电能可视化。

管理人员可通过计算机实时掌握企业的用电动态和配网的各种指标；指导企业优化配电网络，科学实施节能降耗技术措施，最终实现技能降耗降成本的目的。

电力需求侧能耗审计管理系统在结构上采用三层布控方式设置电能监测仪，第一层为配网的入口处，如配电柜，用于采集整个配网的总体参数和电源侧电能质量和电力污染情况；第二层为配网的主干部位，如各车间、楼层、生产线的分配电柜；第三层为设备动力柜，如注塑机、电弧炉、中央空调、楼层照明等；分别采集企业、生产线和加工机械的电力、电量、电能质量情况。

图1所示为本发明的总原理示意图，电能监测仪将采集的信息通过数据通信通道发送到电能监控主站，由管理应用平台对信息进行加工处理并输出，输出形式包括纸件打印以及显示器直接显示。

一、电能监控主站具有下述功能：

1、数据通信功能

(1)接收配网终端设备上送的所有通信报文。

(2)完成规约转换，可以转换的规约包括目前流行的所有规约，如IEC 60870-5-101、IEC60870-5-104、DNP3.0、CDT规约、MODBUS、JBUS等。

(3)适应多种通信方式，包括光纤、音频电缆、无线、载波等。

(4)适应多种信息打包方式，包括网络报文和串行报文。

(5)在能量监测仪没有当地GPS时钟的情况下，负责系统对时。

(6)以网络报文或远动报文的方式向上一级系统转发本地的数据和其它运行信息。

2、数据处理功能

(1)获取配网运行数据，包括电流、电压、功率因数、有功、无功、出口断路器状态等。另外还特别关心监测仪的运行状态，包括故障、漏电等。

(2)数据合理性检查。包括测量量和状态量。

(3)数据判别，包括遥信变位、遥测越限、事故、保护动作等。

(4)数据计算，包括负荷总加、电压合格率、功率因数、线路运行率、电度统计、电压偏差、频率偏差、谐波含量、电压波动和闪变、三相电压不平衡等，还可以由用户通过定义计算公式来完成特别的计算。

(5)数据统计，包括年、月、日的最大、最小、平均值等，以及最大、最小值出现的时间，另外还可以统计开关变位等统计值。

3、数据管理功能

(1)提供实时数据库管理系统及相应的人机交互界面。

(2)提供数据的创建、修改、删除等数据编辑功能。

(3)数据编辑均可在线完成，不影响系统的运行。

(4)提供统一的数据访问索引，便于系统中的数据组态。

(5)提供编程接口，支持用户方的二次开发。

(6)支持多媒体应用，数据库中可存储数据、文字、图象、图形、声音等多种类型的数据。

(7)提供历史数据访问支持。

(8)提供向商用数据库管理系统的数据转储。

二、电能监测仪是基于TCP/IP为主要通信方式的第四代远程监测仪，主要用于配网电力电能监测、配变、无功补偿自动化装置的数据采集和监控，负责采集配网电能质量监测点、配变、无功补偿自动化装置的数据和运行参数。

该监测仪是根据电力需求侧管理技术要求和配变负荷监测、电能质量管理相关标准设计、制造的一种高科技产品。它采用高精度数字采样处理技术，集数据采集、显示、存储、通讯等多功能于一体，并可通过后台软件将储存记录的数据以图表或报表的形式显示、打印和分析。其科技领先，功能强大、可靠性高，可广泛应用于配电自动化系统的监测。

通信模块完成通信规约的解释、通信模块的控制。将通信模块换成小型交换机后，或直接将电话线接入终端的电话通信口上，可以利用程控电话组网。

所述的电能监测仪结构如图2所示，其内包括有CPU以及分别与CPU连接的AD转换器、存储芯片FLASH、通信模块、I/O端口；CPU采用高速32位嵌入式处理器DSP，AD转换器对电压电流进行高速的采集、分析、运算，实现实时高速电能计算，特别是在负荷波动大、谐波含量高的运行状况下依然能够保证采样和电能计量精度；存储芯片FLASH中存储AD转换器记录下的各种数据；通信模块通过I/O端口实现与数据处理计算机主站的数据通信，支持TCP/UDB/SMS传输模式具有功能强大的组态功能，可以在当地、远方方便地修改设备参数，支持当地、远方软件的在线升级。当然电能监测仪内部还可以增加其他附属功能部件，如增加时钟计时器等。

所述的电能监测仪连接有显示器，这样就可以在具体的安装点直接了解到该节点的用电信息。

三、管理应用平台结合应用软件，具有下述功能：

1、系统档案资料维护

主要用于建立与维护系统审计管理对象的档案资料，用于系统建立整个管理对象的基础信息体系。具体包括：下属各级能耗管理部门基本资料；下属电力需求侧基本资料；电力需求侧配网设施和用电设备资料；本系统自身设备资料。

2、能耗审计在线信息展示

3、电力需求侧配网在线信息展示

系统自动显示配电网络各检测点电力、电量、电能质量的实时信息，主要有三相实时电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、频率、谐波量和无功补偿装置的运行情况等信息；分类显示当日各时间段检测点的电力、电量、电能质量的变化情况；并将采集的数据用图表形式加以分析展示。

4、能耗统计分析与政府公示

根据实测能耗、电能效率、电力污染程度计算各电力需求侧的理论能耗，结合能耗专家数据库的能耗水平，按周、月、季、年绘制各电力需求侧能耗分析曲线，并编制其报表；将这些数据编制成GDP能耗公报向社会公告；分析能耗的变化情况并绘制同比曲线，如：辖区各单位能耗审计月报和GDP能耗公告；辖区各单位能耗审计季报和GDP能耗公告；辖区各单位能耗审计年报和GDP能耗公告。

5、电力需求侧电能统计分析展示

按时间段、监测点组展示所有的历史记录，包括三相电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、谐波量和无功补偿装置的运行情况等信息，并统计各数据的最大、最小、平均值和同比信息；

按时间段、监测点分析电能质量的五大指标：电压偏差、频率偏差、谐波含量、电压波动和闪变、三相电压不平衡，以便管理人员制订电能质量改善方案；

按日、周、月、季、年编制需求侧配网运行分析报告。

6、配网运行异常报警与告警设置

对电力需求侧监测点设备和配电设施进行异常报警，并存储报警信息。报警上下限可灵活设置。报警内容有：反映电力指标的电压、负荷、电流等越限报警；反映电量指标的电度、能耗、损耗等越限报警；反映电能质量指标的电压偏差、频率偏差、谐波含量、电压波动和闪变、三相电压不平衡等越限报警；故障、窃电、配电故障处理；

告警等级可以定义；告警方式可以选择，包括变色、闪烁、信息条、对话框、短讯、声音、语音等；告警信息可以通过随机信息打印机打印输出；并提供告警信息的保存和分类检索功能。

7、能耗审计管理报表管理

电能监控主站从软件体系结构上分为二个层次，里层为操作系统及系统软件，外层为系统支持软件层，包括数据库系统、电力系统模型、数据采集和传输。电力系统模型主要指电力系统设备对象化及网络拓扑；数据库系统分运行库、基础库、标准库和历史库四部分；数据采集和传输就是将各种数据从不同的终端根据各种通讯协议采集过来，但并不进行处理，再通过网络分发给需要这些数据的系统。

本发明可供单个用户使用，也可以对工业区、区、市、省等用电网络进行监测，通过对各个部分的汇总数据进行分析，然后再通过有针对性的对不良用电网络进行整改，消除电力污染并使用电情况更加合理，使用电网络更稳定、更节能。上级服务器，还可以由上级服务器将信息汇总到更高级服务器，实现全方位信息化、智能化。

系统可根据政府行政管理机构设置各级能耗审计管理中心，各管理中心可根据其管辖范围和供电配网的结构划定。政府能耗审计管理系统的组织结构如图4所示，它可将下级各处的用电信息汇总，通过对汇总信息的分析处理，可以了解各个地方的用电情况及存在的不良情况，进而提出整改方案；它采用实时能耗监测与管理，其基础数据来自电力需求侧能耗审计与管理系统，并可与政府GDP统计系统互联，共同构成GDP能耗审计系统和公告系统，实向社会公告GDP能耗情况。

上级管理中心的服务器收集到基层用电网络的用电信息，可以很明确的了解该基层网络的用电状况、存在的主要电力污染、用电网络的稳定性，然后再有针对性地对基层用电网络进行整改，从而改良用电网络、使用电网络更稳定、更节能。

能耗审计系统的运行方式是在各电力需求侧的电力能耗被审计对象的入口处安装电能监测仪，通过监测仪实时采集被审计对象的电力、电量和电能质量数据，并通过通信网络将其传输到主站系统上，主站系统对被审计对象电力、电量和电能质量数据进行计算、统计和分析，最终在系统应用平台上展示出来。

本发明在配置时，将电能监测仪安装在监测点的配电柜中，根据终端类型确定受电终端设备工作电压、电流，按接线方式，连接好各电压、电流端的接线。根据需要，配置监测仪的跳线和通信口。监测仪运行时首先采集电压、电流数据并将其存储在数据存储器中，DSP根据要求调用数据和数学模型计算电力、电量和电能质量指标数据和其它监测数据并将其存储到存储器中。最后通过I/O与通信模块与数据处理计算机主站交换数据。

系统的主站计算机首先将电能监测仪采集的数据存储到主站系统的存储器中，然后通过数据模型计算计算各审计对象的电度、功率因数、三相不平衡度、谐波量等反映电能效率的指标，最后计算出各审计对象的实际能耗和清洁能耗。

电能审计首先要收集被审计对象的实际用电量，再对实际用电量分类成实际生产用电、办公用电、生活用电和其他用电四大类，并根据电能监测仪采集的电能效率和电力污染量计算其清洁用电量，清洁用电量才是被审计对象的能耗值。

本系统的被审计对象的能耗可显示为实际能耗、清洁能耗，并进行区域能耗水平、行业能耗水平、国家能耗水平、国际能耗水平的对比和警示。被审计对象可细分为政府行政区、用电企业、车间、生产线、产品等。

能耗审计系统可自动生成管理部门所需要的各被审计对象的《电力需求侧能耗报告》。审计报告的主要报表如下：

表一 企业电力能耗报告

表二 镇电力能耗报告

表三 市电力能耗报告

同时，通过对监测数据的计算和统计，编制《企业用电情况分析表》等系列报表，《企业用电情况分析总表》的格式如表四：

表四 企业用电情况分析表

                                             单位：kw.h

审计报告的编制原理是科学收集审计对象的数据，对数据进行去伪存真，电能审计首先要收集被审计对象的实际用电量，再对实际用电量分类成实际生产用电、办公用电、生活用电和其他用电四大类，并根据电能监测仪采集的电能效率和电力污染量计算其清洁用电量，清洁用电量才是被审计对象的能耗值。

上述用电量、电能效率、电力污染量都是电能监测仪能实侧的数据，清洁电量的计算方法如下：

电度P＝电流I*电压U；

功率因数＝{有功功率/(有功功率+无功功率)}*100％；

谐波量＝(谐波电压有效值/电压有效值)*100％

清洁电量＝实际用电量*电能效率-电力污染量；

GDP能耗＝实际能耗/GDP。

通过对数据进行分类统计计算，可编制被审计对象审计报告，见上述表格，通过上述表格就将被审计对象电能消耗情况展示在电能管理人员面前，同时将被审计对象的电能漏洞表露无遗，指导电能管理人员做好节能降耗工作。

本发明的主要功能有：

一、实时采集用户配网受电点的三相电流、三相电压，三相及总的有功功率、无功功率、视在功率、功率因数，电网周波；提供配网状态如过压、欠压、断相、超负荷、失流、电流不平衡等信息；提供电能需量和最大需量及其发生时间。

二、能记录失压、断相、三相不平衡、过压、欠压等事件；能统计电压越限时间和电压合格率；所有事件发生时能记录现场的一些参数，供分析处理。

三、告警信息实时显示。

四、停电后，除实时数据外所有数据均自动保存，存储容量为2MB，保存时间不少于10年；停电时钟继续走时。

本发明的电能监测仪采用了微电子技术、计算机芯片技术、现代通信技术等当今最先进的技术，支持GPRS等公用无线通信网络技术，从而实现电力需求侧的管理现代化。电能监测仪和电能管理主站配合可实现配网系统的监测与控制，并能够实现自动抄表、计量设备监测和防窃电，以及异常告警功能，是电能管理自动化系统中具有较高的实用价值的终端产品。

Claims (2)

1、在线可视化能耗审计管理系统，其特征在于：它包括电力需求侧能耗审计系统，电力需求侧能耗审计管理系统主要由以下部分组成：

电能监控主站：主要功能是接收电能监测仪的数据并将其规则地进行存储供管理应用平台使用；

电能监测仪：主要功能是采集电网的电能质量指标参数和负责与无功自动监测与投切装置进行通信，将现场采集的数据进行存储和发送；

数据通信通道：主要用于数据监控主站与电能监测仪间的通信，可采用内部计算机网、电话通信公网；

管理应用平台：主要功能是对数据监控主站的数据进行加工处理，实现电能可视化；

电能监测仪将采集的信息通过数据通信通道发送到电能监控主站，由管理应用平台对信息进行加工处理并输出；

电能监测仪在电力需求侧采用三层设置，分别采集企业、生产线和加工机械的电力、电量、电能质量情况；第一层为配网的入口处，用于采集整个配网的总体参数和电源侧电能质量和电力污染情况；第二层为配网的主干部位；第三层为设备动力柜；

电能监测仪内包括有CPU以及分别与CPU连接的AD转换器、存储芯片FLASH、通信模块、I/O端口；AD转换器对电压电流进行高速的采集、分析、运算，存储芯片FLASH中存储AD转换器记录下的各种数据；通信模块通过I/O端口实现与数据处理计算机主站的数据通信。

2、根据权利要求1所述的在线可视化能耗审计管理系统，其特征在于：电能监测仪连接有显示器。

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