CN102436249A - 智能电量管控系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能电量管控系统及方法,包括站级控制层和现场设备层,所述站级控制层通过网络通信层实现与现场设备层之间的通信连接,所述站级控制层包括维护终端、监控主机、报表及报警打印机和UPS电源;所述现场设备层包括采集器、电能表和回路控制设备。能完全替代手工电量抄录、统计等,实现工厂用电情况采集、统计计算、分析功能,能对用电设备的健康状态进行有效的监测,并对其运行模式进行合理调整与优化。根据系统设置及运行要求自动启、停用电回路,实现用电设备的自动控制,本发明的应用可极大提高工厂电能量管理的自动化水平,达到节能增效的目的,提高工厂经济效益。

Description

智能电量管控系统及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种智能电量管控系统及方法。 背景技术
[0002] 能源是发展国民经济的重要基础,为了响应国家号召、走可持续发展的道路,节能降耗是首要任务。其中,电能在所有能源中消耗量比较大,对电能的统一管理显得尤为重要。而只有对电能进行准确可靠的计量,才能从真正意义上节约电能。
[0003] 随着各地区电网及用电企业规模越来越大,采用手工抄表由于时间误差大、统计准确性较低的缺点显然不能适应电能管理和电能销售的现代化要求,实现电量的自动采集并实现全网管理和节能增效已是一种必然趋势。
[0004] 目前大多数用电企业缺乏对电量的综合管理,心中无数,没有在改善计费环节、用电及测量回路监测、合理安排用电设备工作周期、自动启停馈电回路等方面进行优化调整。
[0005] 现有开发电能量管理系统的厂家众多,各自为阵,所采用的电能量监测、控制装置标准不统一,协议不规范,势必造成各测量表计与系统之间的接口存在一定的不兼容性,相互关联性不强,测量数据不准,管控手段不完善等,没有从本质上解决电量信息采录,计费管理,智能配电与远程控制等要求,使工厂供用电环节没有达到节能增效目的。
发明内容
[0006] 为了克服现有技术的上述缺点,本发明提供了一种智能电量管控系统及方法,能够实现企业电量自动采集、计量以及与其他系统信息交换的任务,根据用电计划及用电情况,实现用电回路的自动投切,解决用电设备健康状况与运行状态监测、智能管理。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种智能电量管控系统,包括站级控制层和现场设备层,所述站级控制层通过网络通信层实现与现场设备层之间的通信连接,所述站级控制层包括维护终端、监控主机、报表及报警打印机和UPS电源;所述现场设备层包括采集器、电能表和回路控制设备。
[0008] 本发明还提供了一种智能电量管控方法,包括:
一、现场设备层进行数据采集与处理:
1)采集的数据包括遥测信息和事件信息;
2)数据采集支持定时召唤和随时召唤两种方式;
3)对采集的数据进行一次、二次标度转换;
4)将采集的数据分时段、并带有当前系统时间进行数据存储;
5)数据补采;
6)数据校核;
二、旁路代过程处理:
1)自动方式:系统根据当前刀闸和开关状态,同时结合电量变化情况,判断出被代线路以及旁路代起始时间和终止时间,并将相应时段旁路电量自动归算到被代线路;2)半自动方式:建立旁路表和代供表的拓扑关系,系统定时扫描旁路表的运行情况,列出时间最优匹配的电表名称和顺序并给出参考的起始时间和终止时间,当任一旁路表电量不为零时,表明旁路线路投入,主线路退出,按最先投入旁路表的计费进行归算,如有多只旁路表,则按先后顺序统计计费时间和计费量;
3)手工方式:根据当前刀闸和开关状态,当没有旁路或代供表时,则手工输入旁路代的全部信息,系统根据输入信息进行旁路代的计算;
三、数据库管理:包括对历史数据库和实时数据库的管理,历史数据库和实时数据库均支持冗余双服务器热备用机制,服务器之间自动保持数据的一致性;
四、系统管理:系统根据需要配置节点上运行的服务程序及相互依赖性,提供对分布式服务的统一的管理和协调手段;根据系统的配置自动启动进程和关闭进程,保证进程的连续不间断运行;系统支持双网机制,运行时对每个网络的运行状态进行监视;系统同时对运行在各个节点上的关键的服务程序进行监视,自动查找和定位系统内的服务程序,完成应用程序间的通信;
五、设备状态监测:实时检测用电设备的电流、电压、温度、振动运行参数,运行工况,建立设备状态、过程跟踪、实时参数的数据表,实现设备状态监测功能。
[0009] 与现有技术相比,本发明的积极效果是:能完全替代手工电量抄录、统计等,实现工厂用电情况采集、统计计算、分析功能,能对用电设备的健康状态进行有效的监测,并对其运行模式进行合理调整与优化。根据系统设置及运行要求自动启、停用电回路,实现用电设备的自动控制,本发明的应用可极大提高工厂电能量管理的自动化水平,达到节能增效的目的,提高工厂经济效益。具体表现如下:
1)采用IEC-61970标准设计,统一的建模,完善的底层结构,便于与SCADA、用电、配网、 MIS等系统连接;
2)系统支持网络、串口、拨号、GPRS等通信方式并存,互为热备用,可实现双机、双通道自动或人工切换。硬件配置灵活,单网、双网,单机、双机、多机等模式可随意调整和扩充;
3)兼容电力行业通用的标准规约(MODBUS,DNP3.0,DL/T645部颁规约,多功能电度表规约);
4)自动实现数据的采集、传输、存储、统计、计算、分析、报表和打印,并提供完善的数据审核、确认、备份、发布等数据管理和考核机制;
5)对电量的各种数据进行分析和显示,并以表格、曲线、棒图、报表等多元化显示结果。 平衡率、网损、线损、关口电量、供售电量等统计对象的自动生成;
6)自动或人工处理各种业务流程,如换表、满度、换CT、人工录入、数据修改、线路投运和停役、线路更名等;
7)基于Excel格式的自定义和模板报表的有机结合,极大地方便用户操作和维护;
8)遵循电力管理模式,层次化、流程化的数据查询、审核、确认等管理、考核及安全机
制;
9)遵照CORBA规范,组件化、模块化的设计,便于二次开发和功能扩展;
10)系统应用软件完全跨Unix、Linux、Windows平台,用户可自由选择系统平台,如 SOLARIS, HP-UX, IBM-AIX,LINUX, MS Windows 等;
11)系统支持Oracle、DB2、Sybase、SQL krver等商用数据库和专用数据库。附图说明
[0010] 本发明将通过例子并参照附图的方式说明,其中: 图1是本发明的系统结构图。
具体实施方式
[0011] 如图1所示,一种智能电量管控系统,包括:站级控制层、网络通信层和现场设备层,其中:
站级控制层包括维护终端1、监控主机2、报表及报警打印机3、UPS电源4,站级控制层还可以包括数据服务器。
[0012] 网络通信层实现与现场设备层和站级控制层之间的通信连接,可以是以太网交换机5,通信协议为Modbus_TCp/IP ;还可以是RS485有线连接,或者是采用CDMA、GPRS或红外传输等无线通信方式。
[0013] 现场设备层可以是一组或多组,每组包括采集器6、电能表7和回路控制设备8。
[0014] 采集器6是一种支持双向数据传输的电能量数据采集设备,支持有线及三种主要的自组织无线网络类型,即星型结构(Mar)、网状结构(Mesh)和树型结构(Cluster Tree),特别是网状结构,具有很强的网络健壮性和系统可靠性。采集器6通过网络通信层将收集的电量数据上送到站级控制层的监控主机2,同时,采集器6也支持智能终端通过红外访问采集器中的电量数据。
[0015] 电能表7用于实现厂站电量数据采集,可优选智能电表,以实现对电量数据的预处理。
[0016] 回路控制设备8可根据系统分项用电回路(照明、空调、特殊用电、动力用电等)设定的参数、限制条件、运行模式等要求自动完成用电回路的电源投切功能。
[0017] 一种智能电量管控方法,包括如下部分: 第一部分:现场设备层进行数据采集与处理
1)采集的数据包括:最大需量、瞬时电压、电流、功率等遥测信息和通讯中断、断相、缺相、失压、相序等事件信息。
[0018] 2)数据采集支持定时召唤和随时召唤两种方式,定时召唤是按系统设置好的时间进行采集,如30分钟、1小时等;而随时召唤是不设定采集时间,当数据有变化时就采集。
[0019] 3)对采集的数据进行一次、二次标度转换,其中:一次标度表示的是一次侧设备的实时数据,二次标度表示的是二次侧实时数据,它们之间存在量纲转换(即m:N2,其中 Nl是一次侧数据大小,N2是二次侧数据大小)。
[0020] 4)将采集的数据分时段、并带有当前系统时间进行数据存储,时段可由人工设定。
[0021] 5)数据补采:当因通讯中断或系统故障恢复后,后台系统中存储的数据不完整时,则进行数据补采。数据补采过程如下:由于采集器中保存有故障发生时的完整数据,因此系统向采集器发送采集请求,采集器自动将丢失数据补采齐,或是通过手工方式补录。这样可确保数据的正确性、完整性和可用性。同时所有修补数据均加以特殊标记,确保原始数据的准确性和不可修改性。
[0022] 6)系统有数据校核功能,数据校核可包括主备表校核、时段数据和总数据校核、越4/7页
限检查、是否已经旁路替代等。如:同一时段内以主表为准,备表同主表的数据相互校核,检测一致性;按小时、天数、一周、一月进行数据累加,检测累加数据与总的数据之间存在误差率是否满足要求;系统对各采录的数据设置了有效范围,当出现越限时,系统报警提示,并对无效数据进行丢弃处理。
[0023] 第二部分:旁路代过程处理
旁路和旁路开关是在线路开关故障或检修时临时代替线路开关之用,旁路代过程处理包括自动、半自动和手工三种方式,可根据实际系统情况选择其中的一种或多种的组合。
[0024] 1)自动方式
系统根据当前刀闸和开关状态,同时结合电量变化情况,判断出被代线路以及旁路代起始时间和终止时间,并将相应时段旁路电量自动归算到被代线路。
[0025] 2)半自动方式
建立旁路表和代供表的拓扑关系,系统定时扫描旁路表的运行情况,列出时间最优匹配的电表名称和顺序并给出参考的起始时间和终止时间,当任一旁路表电量不为零时,表明旁路线路投入,主线路退出,按最先投入旁路表的计费进行归算,如有多只旁路表,则按先后顺序统计计费时间和计费量。
[0026] 3)手工方式
根据当前刀闸和开关状态,当没有旁路或代供表时,需要手工输入旁路代的全部信息, 系统根据输入信息进行旁路代的计算,即根据总输入电量=旁路电量+其他电量(有电量表检测的回路),归算出旁路电量,再采用手工输入,相应时段旁路电量自动归算到被代线路。
[0027] 第三部分:数据库管理
系统数据库管理包括对历史数据库和实时数据库的管理,历史数据库和实时数据库均支持冗余双服务器热备用机制,服务器之间自动保持数据的一致性。
[0028] 1)实时数据库:具备真正的数据库管理系统,能提供规范的数据库管理服务,为用户自定义数据库表提供基础;采用B/S体系结构,数据库全网共享;具备标准SQL访问机制;严密的双服务器一致性,系统支持不同类型的实时数据库或同一实时数据库的备份或镜像,分布在不同的网络节点上。数据库的信息由用户自己通过人机交互界面进行设置。
[0029] 2)历史数据库:电能量智能管控系统历史数据库支持多种通用的数据库、专用数据库管理系统。
[0030] 3)数据存储归档: 存储的数据类型包括:
(1)电能量数据:包括正、反向有功和一、二、三、四象限无功,复费率 (2 )瞬时量数据:包括电压、电流等
(3)需量
(4)失压、断相、相序等事件
根据采集数据并进行统计、计算的其他相关数据:
(5)负荷曲线
(6)统计数据
(7)考核数据
(8)其它数据
74)数据安全
系统具有严格的用户权限管理,只有授权用户,才能进行数据修改。所有修改都记录在事件登录中。系统采用防火墙技术,以防止黑客进入电量采集管理系统。
[0031] 对计量终端或其它系统传送来的电量数据进行合理性及完整性检验,对错误数据及异常数据能自动辨识、告警并做出标记。
[0032] 除了对电量数据本身进行校验外,对其它相关信息也进行处理,如发现电表异常 (如PT失压,电表内部故障等)系统给出告警信息,并对相应的电量数据置异常标记。
[0033] 第四部分:系统管理
系统可根据需要配置节点上运行的服务程序及相互依赖性,提供对分布式服务的统一的管理和协调手段。可根据系统的配置自动启动进程和关闭进程,保证某些进程的连续不间断运行。系统支持双网机制,运行时对每个网络的运行状态进行监视。同时可对运行在各个节点上的关键的服务程序进行监视。能自动查找和定位系统内的服务程序,完成应用程序间的通信。
[0034] 第五部分:设备状态监测
实时检测用电设备的电流、电压、温度、振动运行参数,启动、停止、切换等运行工况,建立设备状态、过程跟踪、实时参数的数据表,实现设备状态监测功能,为设备检修、维护提供依据,使设备达到最优状况,提高工作效率。
[0035] 第六部分:事件、报警
系统提供多种报警手段,对各种异常情况进行报警。
[0036] 1)报警情况包括: (1)通讯异常
包括采集装置对主站、采集装置对电能表、拨号失败及其原因。
[0037] (2)设备异常
包括通道、采集装置、电能表等。
[0038] (3)各种事件
包括通道的投退、切换等事件;采集装置的重新启动、关机、配置更改、电源故障、单点信息记录溢出、参数不匹配、对时等事件;电能表失压、断相事件等。
[0039] (4)遥信变位 (5)数据异常
包括各种数据校核越限、母线平衡越限等。
[0040] (6)数据不全
数据库原始数据不全和参加计算数据不全。
[0041] 2)报警手段包括画面、声音、列表、打印等; 3)历史报警浏览包括检索、查询、修改。
[0042] 智能电量管控系统用于设备识别、感知用电设备的健康状况与运行状态、智能控制、安全监测、自动配电、远方启停、电量统计、自动抄表、谐波消除、电量平衡、防窍电、趋势分析、改善用电质量、优化运行模式,并提供灵活实用的数据查询和报表输出。
[0043] 系统软件、硬件均采用模块化结构,能根据不同用户要求构建系统结合、对功能进行合理配置,达到既满足功能要求,又提高系统的智能化水平,安全可靠,易维护,经济实用。系统能实现对电量数据进行综合分析、评价功能,为企业生产管理提供参考信息,以便及时采取措施调整供电方式,提高设备运行的经济性、合理性。
[0044] 5)系统可接入不同类型电表及电量采集装置,具有多通道,多种通讯规约的功能, 并可以方便地扩充。
[0045] 6)系统提供多种数据修补手段:自动数据补采和人工历史数据补采等。
[0046] 7)系统支持专线、网络交换、电话拨号和GPRS等通讯方式采集信息。
[0047] 8)系统支持IEC870-5-102规约,并提供其它规约开发手段,根据用户的要求扩充指定规约。
[0048] 9)系统有数据校核功能,如:主备表校核、时段数据和总数据校核、越限检查等。
[0049] 10)系统方便监视通道原始报文、运行状态、数据解释、链路状态等。
[0050] 11)系统支持GPS对时和网络对时。
[0051] 12)支持主备前置机自动、手工切换。
[0052] 整个系统采用模块化开发,可以根据应用情况灵活地组合和调整,可用于工业现场,也可以用于民用、智能楼宇等。
[0053] 系统具有统计、计算与分析的功能:
1)对不同考核类型(有功、频率、电压、力率)、不同考核单位、分时段的电量数据进行统计。
[0054] 2)根据要求计算出上网电量、下网电量和穿越电量。
[0055] 3 )计算出网损、线损、变损、母线平衡及主备表误差等。
[0056] 4)提供灵活的自定义统计公式手段,定义的公式具有时间效应,统计公式除简单累加外,还可考虑损耗系数等参数。
[0057] 系统提供档案管理程序包,对各种设备(按用户要求)、参数、方案等资料进行规范化管理,能方便建立、删除、更改、查询设备档案,方便运行人员查询和做出计划。
[0058] 系统具有全图形、全汉化的显示和打印功能的报表软件,人机界面良好。
[0059] 系统报表采用与EXCEL兼容的图文表混排报表管理软件,操作方式和功能均与 EXCEL类似,并且支持EXCEL文件和本系统报表文件的相互转换:
1)系统能方便地制作各种格式灵活的报表,支持运算公式,能方便地生成各种统计和分析报表。
[0060] 2)系统具有可在报表上对报表数据进行修改的功能,修改数据根据标记区别显
7J\ ο
[0061] 3)系统提供电能量采集点、考核单位、区域、变电站、母线等各个层次上的电量原始数据、统计结果报表。提供历史数据日、月、年或任意时间段报表。
[0062] 报表种类有:
a.原始数据报表;b.厂站报表c.电量统计报表d.电量分析比对报表e.日报总表;f.分类日报(分时、分区统计)g.日报、周报、月报、季报、年报h.不同费率电量结算报表i.系统异常报警统计报表j.系统运行监视报表k.网损、线损报表1.变损分析报表m.电压合格率报表η.失压记录报表ο.报警信息报表p.根据用户需求定制各类报表
4)系统具有定时、召唤和异常情况时自动打印及考屏等功能;5)报表数据可按不同的选择(不同电量的同一时间,同一电量的不同时间,所有表格数据)转换为曲线和棒图;
系统提供友好的图形人机接口,多窗口技术可同时显示多个窗口的图形,人机界面的操作及菜单系统风格统一,符合电力系统生产习惯。
[0063] 系统中可以通过图形工具生成各种潮流图、接线图、曲线、棒图、地理图、饼图、工况图等。
[0064] 系统提供电量数据的TOB浏览功能,并实现与SCADA/EMS系统、MIS系统等联网和数据交换。利用WEB浏览功能,可以实现信息发布,支持业务数据、考核结算数据和市场信息的发布、检索等,同时系统提供安全访问机制,即系统对不同类型数据提供不同的访问权限。
[0065] 系统对向外发布的信息进行过滤和认可,以防止机密信息的泄漏。各用户对网页的访问也需具备有关的权限。

Claims (7)

1. 一种智能电量管控系统,其特征在于:包括站级控制层和现场设备层,所述站级控制层通过网络通信层实现与现场设备层之间的通信连接,所述站级控制层包括维护终端、 监控主机、报表及报警打印机和UPS电源;所述现场设备层包括采集器、电能表和回路控制设备。
2.根据权利要求1所述的智能电量管控系统,其特征在于:所述站级控制层还包括数据服务器。
3.根据权利要求1所述的智能电量管控系统,其特征在于:所述采集器为星型结构、网状结构或树型结构。
4.根据权利要求1所述的智能电量管控系统,其特征在于:所述网络通信层可以是以太网交换机,通信协议为ModbUS_Tcp/IP ;还可以是RS485有线连接,或者采用无线通信方式。
5.根据权利要求4所述的智能电量管控系统,其特征在于:所述无线通信方式包括 CDMA、GPRS或红外传输。
6. 一种利用权利要求1所述的智能电量管控系统进行电量管控的方法,其特征在于:一、现场设备层进行数据采集与处理:1)采集的数据包括遥测信息和事件信息;2)数据采集支持定时召唤和随时召唤两种方式;3)对采集的数据进行一次、二次标度转换;4)将采集的数据分时段、并带有当前系统时间进行数据存储;5)数据补采;6)数据校核;二、旁路代过程处理:1)自动方式:系统根据当前刀闸和开关状态,同时结合电量变化情况,判断出被代线路以及旁路代起始时间和终止时间,并将相应时段旁路电量自动归算到被代线路;2)半自动方式:建立旁路表和代供表的拓扑关系,系统定时扫描旁路表的运行情况,列出时间最优匹配的电表名称和顺序并给出参考的起始时间和终止时间,当任一旁路表电量不为零时,表明旁路线路投入,主线路退出,按最先投入旁路表的计费进行归算,如有多只旁路表,则按先后顺序统计计费时间和计费量;3)手工方式:根据当前刀闸和开关状态,当没有旁路或代供表时,则手工输入旁路代的全部信息,系统根据输入信息进行旁路代的计算;三、数据库管理:包括对历史数据库和实时数据库的管理,历史数据库和实时数据库均支持冗余双服务器热备用机制,服务器之间自动保持数据的一致性;四、系统管理:系统根据需要配置节点上运行的服务程序及相互依赖性,提供对分布式服务的统一的管理和协调手段;根据系统的配置自动启动进程和关闭进程,保证进程的连续不间断运行;系统支持双网机制,运行时对每个网络的运行状态进行监视;系统同时对运行在各个节点上的关键的服务程序进行监视,自动查找和定位系统内的服务程序,完成应用程序间的通信;五、设备状态监测:实时检测用电设备的电流、电压、温度、振动运行参数,运行工况,建立设备状态、过程跟踪、实时参数的数据表,实现设备状态监测功能。
7.根据权利要求6所述的智能电量管控系统进行电量管控的方法,其特征在于:所述遥测信息包括最大需量、瞬时电压、电流和功率;所述事件信息包括通讯中断、断相、缺相、 失压和相序。
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