CN101771275B - 电能监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的电能监控系统包括：电能表、采集器、网络设备、服务器，其中，所述电能表用于检测各电能计量点的电能数据；所述采集器与电能表连接，用于采集各电能表的电能数据；所述网络设备与所述采集器连接，将所述采集器采集的电能数据传输到服务器；所述服务器用于接收所述电能数据，并对所述电能数据进行计算与处理。本发明的电能监控系统充分考虑了数据采集的实时性、精确性、效率性，采用先进的软硬件设计方案实现了数据采集分析的自动化、智能化和网络化。

Description

电能监控系统

技术领域

本发明涉及一种电力系统，尤其涉及一种电能监控系统。

背景技术

伴随着港口吞吐能力的增加、技术的进步和港口生产自动化水平的提高，港口的用电负荷不断增长，用电设备越来越多，电能计量点不断增加，因此电能监控与考核变得日益复杂。与此同时，港口作业班组生产效率的统计非常繁琐且容易出错，作业班组的考核也对电能管理系统提出新的要求。现代经济条件下，如何提高电能利用效率，降低生产成本，提高企业经济效益成为港口建设的重要工作。

准确、快速、经济地获得电能计量装置的各类数据，是进行负荷监控、用电分析、班组考核、电费自动结算、表计运行状况监测、负荷计划等应用管理的基础。

以往手工抄报分析存在许多问题，如：分析周期长，不便及时发现问题，造成较大电能损失；抄报时间不一致和手工抄报录入存在误差，造成分析计算误差较大；人为因素较多，工作效率低，不能及时准确地反映电量信息；手工数据要录入计算机再进行分析，人员工作量较大，效率低；而基于脉冲的自动抄表系统在实际应用中，常常发生脉冲丢失现象，采集的电能数据可信度低，采集的电能相关数据种类少，无法达到实用的要求，更不能满足无人值班站对用电设备的高密度、大容量、多种类电能数据采集的要求。

在这样的环境背景下，设计开发电能监控与考核系统具有重要的现实意义。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种能够实时、自动采集、分析电能数据的电能监控系统。

本发明的电能监控系统包括：电能表、采集器、网络设备、服务器，其中，所述电能表用于检测各电能计量点的电能数据；所述采集器与电能表连接，用于采集各电能表的电能数据；所述网络设备与所述采集器连接，将所述采集器采集的电能数据传输到服务器；所述服务器用于接收所述电能数据，并对所述电能数据进行计算与处理。

优选地，所述服务器包括系统管理模块、数据录入模块、计算分析模块、综合查询模块和系统诊断模块。

优选地，所述计算分析模块包括站内变压器负载系数计算单元、功率因数计算单元、变电站日负荷率计算单元、变电站用电率计算单元、变电站内电能利用率计算单元、变电所日负荷率计算单元、变电所功率因数计算单元中的至少一个或多个。

与传统的手工抄报相比，本发明的电能监控系统充分考虑了数据采集的实时性、精确性、效率性，采用先进的软硬件设计方案实现了数据采集分析的自动化、智能化和网络化。

附图说明

图1是本发明优选实施方式的电能监控系统的结构示意图。

图2是图1所示电能监控系统中服务器的架构图；

图3是图2所示服务器中计算分析模块的结构示意图。

具体实施方式

电能监控分三步完成，第一步完成变电站内电能表的数据采集，将数据建立在服务器上，实现对电能的初步分析和考核；第二步完成变电所数据的采集，通过局域网或光纤通信网络传送到服务器，完成对班组用电效能的考核；第三步将调度中心的操作信号传送到服务器，实现对每个流程用电状况的统计与考核。

图1是优选实施方式的电能监控系统的结构示意图。本发明所述电能监控系统包括：电能表1、采集器2、网络设备3、服务器4，其中，所述电能表1用于检测各电能计量点的电能数据；所述采集器2与电能表1连接，用于采集各电能表1的电能数据；所述网络设备3与所述采集器2连接，将所述采集器2采集的电能数据传输到服务器4；所述服务器4用于接收所述电能数据，并对所述电能数据进行计算与处理。

其中，如图2所示，服务器中的软硬件架构是整个系统的核心。所述服务器包括系统管理模块41、数据录入模块42、计算分析模块43、综合查询模块44和系统诊断模块45。下面具体介绍各模块：

1.系统管理模块41

系统管理模块41主要实现通信资源管理、用户管理、系统定时任务管理、系统内部参数的定义和修改、数据及档案备份与恢复、系统运行维护等，具体包括：

a.在数据库中设置不同权限的用户和相应密码，保证级别较低用户不能越权操作数据库和非法用户不能使用数据库；应用软件中设置有系统管理员、专业操作员、一般用户和临时用户四个层次，每个用户的操作范围和操作权限可以单独设置和修改，系统的日常操作，参数设定，数据查询等功能根据权限不同而不同，并提供完善的系统操作记录和事件日志；

b.设定抄表方案，即设置抄表时间间隔(如1小时)，系统即可进行自动抄表，为用户提供连续、准确的各类数据；也可设定一个较小的时间间隔(如一分钟)连续跟踪某个或某两个负荷的变化情况；或根据班组作业情况设定相应的定点抄表时间，以便统计各班组用电情况；

c.操作人员登录事件的记录及其对系统修改的记录，并生成日志文件；

d.班组、部门和生产线的注册及相应归属信息的定义，班组作业与时间的关联；

e.表号注册，包括定义CT、PT变比；

f.备份功能，系统支持自动和手动备份，可设置两个独立的原始数据库，所有人工录入、修改操作严格授权，并有详细记录，对人工干预的数据有明显标志。

2.数据录入模块42

数据录入模块42主要用于录入系统计算分析所需的数据，而监控系统又无法自动获得的数据，或系统能自动获得但需要人工调整的数据。通过用户终端录入相关数据以便系统对采集的数据进行修正和进行相关统计计算。录入例如：

a.人工修改表码数据；

b.人工追加各种电量等事项；

c.班组对应的设备故障、供电故障、计划机械设备检修、计划供电设备检修停电时间等。

3.计算分析模块43

计算分析模块43用于进行多层次的数据计算、统计和分析。统计计算包括综合统计计算和单一统计计算，并根据计算结果绘制图形和制作报表。例如包括：

a.对部门或生产线的用电量按日、月、季、年进行统计；

b.对全公司整体的用电量按日、月、季、年进行统计；

c.对检修停电或故障停电时间的统计；

d.功能模块所需要的计算，包括电能利用率计算、电能平衡计算、负荷分布计算及其他功能所要求的计算。

4.综合查询模块44

该模块的功能是实现不同操作人员对计算分析、考核结果、系统运行参数等的查询，查询方式可以包括历史查询和实时查询。例如包括：

a.实现电量、负荷、连续跟踪监测等信息的显示和查询。

b.提供相关信息查询，包括负荷曲线、各计算分析结果等，并可以实现各种曲线图表的显示功能；

c.异常数据的查询；

d.对通信失败的计量点或线路的显示和查询。

5.系统诊断模块45

此功能模块实现系统自动检查的功能，可以方便的检查和确认系统是否存在异常，主要包括服务器及数据库自检、通信工作站及通道资源自检、应用工作站及应用程序自检、系统配置表参数自检等，并可进行故障报警。

电能表采集的信息包括例如下列数据：整点有功表底、无功表底、功率因数、电压、电流等；跟踪的采集有功功率、无功功率、功率因数、电压、电流等。

可统计的电量相关信息包括例如下列数据：变电站1#、2#主变进线电量；变电站出线总馈电电量；站内电容器馈电电量；站内用电量；11个变电所内各电表的电量相关数据。

优选地，如图3所示，所述计算分析模块43包括站内变压器负载系数计算单元4301、功率因数计算单元4302、变电站日负荷率计算单元4303、变电站用电率计算单元4304、变电站内电能利用率计算单元4305、变电所日负荷率计算单元4306、变电所功率因数计算单元4307中的至少一个或多个。

站内变压器负载系数计算单元4301用于计算站内变压器负载系数β，系统自动统计出变压器投入运行的时间T，单位/h、运行期间变压器负载侧的有功电量Wp，单位/kW.h、运行期间变压器负载侧的无功电量Wq，单位/kvar.h、变压器额定容量Se，单位/kVA。则可计算变压器负载系数β：

$\mathrm{\β}=\frac{S}{S_e}$

其中：

$S=\frac{\sqrt{{\left(W_p\right)}^2+{\left(W_q\right)}^2}}{T}$

功率因数计算单元4302用于计算以变电站为一个用电体系的功率因数cosφ，可选择地，若电能表可以采集功率因数，则不必由功率因数计算单元4302计算。系统自动统计出供给变电站的总有功电量Wrp，单位/kW.h、供给变电站的总无功电量Wrq，单位/kvar.h。则可以计算变电站体系的功率因数cosφ：

$\cos \mathrm{\φ}=\frac{W_{\mathrm{rp}}}{\sqrt{{\left(W_{\mathrm{rp}}\right)}^2+{\left(W_{\mathrm{rq}}\right)}^2}}$

变电站日负荷率计算单元4303用于计算变电站的日负荷率K_f，系统自动计算出变电站在测试期内实际用电平均有功负荷p_p，单位/kW，其数值等于实际用电量除以用电小时数、变电站在测试期出现的最大小时平均有功负荷P_max，单位/kW。则可计算出日负荷率K_f：

$K_f=\frac{P_p}{P_{\max }}\×100\%$

变电站用电率计算单元4304用于计算变电站的站用电率α，系统分别自动统计出一个生产年度的站内1#、2#、3#站用变电量W_p1、W_p2、W_p3和总用电量W_p，单位/kW.h，则可计算站用电率α：

$\mathrm{\α}=\frac{W_{p1}+W_{p2}+W_{p3}}{W_p}\×100\%$

变电站内电能利用率计算单元4305用于计算变电站内电能利用率η，系统自动统计出变电站1#、2#主变进线电量W_P，单位/kW.h、各所馈线电量w_pi，站内变压器损失电量ΔW_P，站用电量w_pz、电容器馈线电量w_pr、接地变及消弧线圈馈电w_pj。可生成电能平衡图和电能平衡表及站内电能利用率η。则计算站内电能利用率η：

$\mathrm{\η}=\frac{\underset{1}{\overset{11}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{\mathrm{pi}}+w_{\mathrm{pz}}+w_{\mathrm{pr}}+w_{\mathrm{pj}}}{W_p}\×100\%$

变电所日负荷率计算单元4306用于计算各变电所日负荷率K_fi，系统自动统计出各变电所测试期内实际用电平均有功负荷P_ip，单位/kW，各变电所在测试期出现的最大小时平均有功负荷P_imax，单位/kW。则可计算出日负荷率K_fi：

$K_{\mathrm{fi}}=\frac{P_{\mathrm{ip}}}{P_{i\max }}\×100\%$

变电所功率因数计算单元4307用于计算以变电所为一个用电体系的功率因数cosφ_i，系统自动统计出各变电所馈线的总有功电量W_irp，单位/kW.h、变电所馈线的总无功电量W_irq，单位/kvar.h。则可计算变电所体系的功率因数为：

$\cos \mathrm{\φi}=\frac{W_{\mathrm{irp}}}{\sqrt{{\left(W_{\mathrm{irp}}\right)}^2+{\left(W_{\mathrm{irq}}\right)}^2}}$

优选地，可以根据计算结果由系统自动生成计算报表，其内容包括计算分析所得的所有结果。

尽管通过上述的优选实施方式对本发明进行了描述，但是本领域技术人员应该理解：在不脱离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明做不同的变化和修改。

Claims (8)

1.一种电能监控系统，其特征在于，包括：电能表、采集器、网络设备、服务器，其中，

所述电能表用于检测各电能计量点的电能数据；

所述采集器与电能表连接，用于采集各电能表的电能数据；

所述网络设备与所述采集器连接，将所述采集器采集的电能数据传输到服务器；

所述服务器用于接收所述电能数据，并对所述电能数据进行计算与处理，所述服务器包括系统管理模块、数据录入模块、计算分析模块、综合查询模块和系统诊断模块：

系统管理模块用于实现通信资源管理、用户管理、系统定时任务管理、系统内部参数的定义和修改、数据及档案备份与恢复、系统运行维护；

数据录入模块用于录入计算分析所需的数据；

计算分析模块用于进行多层次的数据计算、统计和分析，所述统计计算包括综合统计计算和单一统计计算，并根据计算结果绘制图形和制作报表；

综合查询模块用于实现不同操作人员对计算分析、考核结果和系统运行参数的查询；

系统诊断模块用于实现服务器及数据库自检、通信工作站及通道资源自检、应用工作站及应用程序自检和系统配置表参数自检，并根据检测结果进行故障报警。

2.根据权利要求1所述的电能监控系统，其特征在于，所述计算分析模块包括站内变压器负载系数计算单元、功率因数计算单元、变电站日负荷率计算单元、变电站用电率计算单元、变电站内电能利用率计算单元、变电所日负荷率计算单元、变电所功率因数计算单元中的至少一个。

3.根据权利要求2所述的电能监控系统，其特征在于，站内变压器负载系数计算单元根据如下方式计算：

所述站内变压器负载系数记作β，

$\mathrm{\β}=\frac{S}{S_e}$

其中：

$S=\frac{\sqrt{{\left(\mathrm{Wp}\right)}^2+{\left(\mathrm{Wq}\right)}^2}}{T}$

T为变压器投入运行的时间，Wp为运行期间变压器负载侧的有功电量，Wq为运行期间变压器负载侧的无功电量，Se为变压器额定容量。

4.根据权利要求2所述的电能监控系统，其特征在于，功率因数计算单元根据如下方式计算：

所述功率因数记作cosφ，

$\cos \mathrm{\φ}=\frac{W_{\mathrm{rp}}}{\sqrt{{\left(\mathrm{Wrp}\right)}^2+{\left(\mathrm{Wrq}\right)}^2}}$

Wrp为供给变电站的总有功电量，Wrq为供给变电站的总无功电量。

5.根据权利要求2所述的电能监控系统，其特征在于，变电站日负荷率计算单元根据如下方式计算：

变电站日负荷率记作K_f，

$K_f=\frac{P_p}{P_{\max }}\×100\%$

P_p为变电站在测试期内实际用电平均有功负荷，其数值等于实际用电量除以用电小时数，P_max为变电站在测试期出现的最大小时平均有功负荷。

6.根据权利要求2所述的电能监控系统，其特征在于，变电站的用电率计算单元根据如下方式计算：

变电站用电率记作α，

$\mathrm{\α}=\frac{W_{p1}+W_{p2}+W_{p3}}{W_p}\×100\%$

W_p1、W_p2、W_p3分别为一个生产年度的第一、第二、第三变电站用变电量，W_p为总用电量。

7.根据权利要求2所述的电能监控系统，其特征在于，变电所日负荷率计算单元根据如下方式计算：

变电所日负荷率记作K_fi，

$K_{\mathrm{fi}}=\frac{P_{\mathrm{ip}}}{P_{i\max }}\×100\%$

P_ip为各变电所测试期内实际用电平均有功负荷，P_imax为各变电所在测试期出现的最大小时平均有功负荷。

8.根据权利要求2所述的电能监控系统，其特征在于，变电所功率因数计算单元根据如下方式计算：

变电所功率因数记作cosφi，

$\cos \mathrm{\φi}=\frac{W_{\mathrm{irp}}}{\sqrt{{\left(W_{\mathrm{irp}}\right)}^2+{\left(W_{\mathrm{irq}}\right)}^2}}$

W_irp为各变电所馈线的总有功电量，W_irp为变电所馈线的总无功电量。

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