產(chǎn)品中心
淺談船廠電能管理及監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案與應(yīng)用研究
任運(yùn)業(yè)
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：在“雙碳"目標(biāo)背景下，傳統(tǒng)造船行業(yè)通過一系列節(jié)能措施促進(jìn)這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研摸排船廠用電現(xiàn)狀，分析用電特點(diǎn)和用戶實(shí)際需求，對(duì)4座10kV配電站和17座10/0.4kV變電站進(jìn)行升級(jí)改造，組建數(shù)據(jù)采集及傳輸網(wǎng)絡(luò)并搭建電能管理與監(jiān)控系統(tǒng)軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)船廠電能的優(yōu)化管理和狀態(tài)監(jiān)控，保證船廠的用電安全，降低船廠用電能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：“雙碳"目標(biāo)；造船廠；變/配電站；軟件平臺(tái)；電能管理；電力監(jiān)控；用電安全；節(jié)能運(yùn)行
0引言
2020年的聯(lián)合國氣候峰會(huì)上，我國提出了力爭(zhēng)在2030年達(dá)到碳峰值，2060年實(shí)現(xiàn)碳中和的“雙碳"目標(biāo)。圍繞這一目標(biāo)，國家出臺(tái)了一系列的文件，指引各行各業(yè)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。作為我國整體碳排放的重要組成部分，船舶行業(yè)采取了一系列節(jié)能減排措施，將對(duì)“雙碳"目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)發(fā)揮重要促進(jìn)作用。
傳統(tǒng)的造船企業(yè)是用能大戶，在能源利用方面存在以下問題：采集自動(dòng)化水平落后，人工抄表的可靠性低，儀器儀表老化甚至損壞，無法實(shí)現(xiàn)計(jì)量；對(duì)企業(yè)用能管理僅憑經(jīng)驗(yàn)，缺乏有效的數(shù)據(jù)支撐；“跑冒滴漏"等現(xiàn)象頻繁。傳統(tǒng)造船企業(yè)要克服在能源使用和管理等方面的弊端，采用數(shù)字化手段，加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型，打造智能船廠數(shù)字化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造全過程全周期的透明、節(jié)能、安全、高效。
電力能源是船廠電、水、氣三大用能之一，車間設(shè)備、照明、生產(chǎn)生活用電等各方面的用電量消耗巨大，因此電力能源的管理與監(jiān)控將很大影響到船廠生產(chǎn)制造的節(jié)能潛力，影響船廠的整體碳排放。目前，對(duì)電力能源的管理與監(jiān)控在包括造船企業(yè)在內(nèi)的許多行業(yè)都已經(jīng)有了一系列應(yīng)用，并取得了良好的應(yīng)用效果，為用戶節(jié)能減排做出了重要貢獻(xiàn)。例如，大連造船廠通過建設(shè)能源管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)21個(gè)高低壓變電所的運(yùn)行管理、統(tǒng)計(jì)計(jì)量、數(shù)據(jù)查詢和狀態(tài)預(yù)警等方面的功能，在電力能源方面成功降低了船廠單位產(chǎn)品能耗，提高了船廠的經(jīng)濟(jì)效益；在校園內(nèi)應(yīng)用電能管理系統(tǒng)，通過信息監(jiān)測(cè)、設(shè)備狀態(tài)控制以及自動(dòng)管理設(shè)備等手段對(duì)照明、吊扇和空調(diào)等進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)了整體節(jié)省電量達(dá)30.72%。
本項(xiàng)目從用戶的需求出發(fā)，通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研摸排船廠用電現(xiàn)狀，對(duì)配電站和變電站進(jìn)行升級(jí)改造，搭建電能管理與監(jiān)控系統(tǒng)軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)船廠電能的優(yōu)化管理和狀態(tài)監(jiān)控。本文總結(jié)船廠電能管理與監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施要求，從用戶需求、總體方案、組織架構(gòu)、軟件開發(fā)和應(yīng)用效果等方面進(jìn)行詳細(xì)的說明。
1需求分析
1.1用戶基本情況
a.廠區(qū)目前有4座10kV配電站，17座10/0.4kV變電站，分別設(shè)置能源管控中心一處和核心機(jī)房運(yùn)維辦公室一處。
b.該系統(tǒng)用于完成廠區(qū)生產(chǎn)用電數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)工作，對(duì)廠區(qū)內(nèi)用電情況進(jìn)行分類、分級(jí)、分項(xiàng)計(jì)量。
c.采集測(cè)量的數(shù)據(jù)上傳至智能監(jiān)控中心，集中設(shè)計(jì)一套電能管理系統(tǒng)進(jìn)行管理。
1.2用戶需求及分析
建設(shè)過程中根據(jù)用戶需求，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)研分析如下。
1.2.1硬件及安裝部分
建設(shè)能源監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)電能遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、能耗查詢、能耗統(tǒng)計(jì)、智能分析、能源決策、報(bào)表管理等功能，提升能效管理水平。
在10kV配電站、10/0.4kV變電站以及智能監(jiān)控中心內(nèi)，按照取樣點(diǎn)位在各開關(guān)柜上加裝相應(yīng)的多功能計(jì)量?jī)x表。
在高壓站房安裝數(shù)據(jù)采集箱（站房數(shù)據(jù)匯聚點(diǎn)，安裝有數(shù)據(jù)融合終端、串口服務(wù)器、交換機(jī)、光電轉(zhuǎn)換器等）。各變/配電站電參數(shù)信號(hào)通過屏蔽線、數(shù)據(jù)采集箱、光纜傳送至能源監(jiān)控中心的能源管控服務(wù)器上（安裝有串口服務(wù)器、交換機(jī)等）。
各數(shù)據(jù)采集箱內(nèi)預(yù)留光纜接口，以備后期需要時(shí)將其它動(dòng)力站房監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)整合的信號(hào)傳送至能源監(jiān)控中心。
1.2.2軟件部分
a.在能源監(jiān)控中心監(jiān)控上位機(jī)上制作監(jiān)控軟件，并將各數(shù)據(jù)采集箱收集的所有信號(hào)整合于監(jiān)控畫面中，形成各電參量、能耗實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及開關(guān)實(shí)時(shí)狀態(tài)等示意圖。
b.監(jiān)控軟件可記錄電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等電參量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并根據(jù)半小時(shí)數(shù)據(jù)生成可打印的報(bào)表，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源使用狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
c.監(jiān)控軟件可以對(duì)電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等電參量設(shè)定報(bào)警值，報(bào)警記錄生成可打印報(bào)表，實(shí)現(xiàn)通過檢測(cè)變電站關(guān)鍵數(shù)據(jù)，在變壓器、開關(guān)、電纜等發(fā)生異常前提前預(yù)警，達(dá)到無人值守或少人值守的目的。
d.監(jiān)控軟件可生成電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等電參量實(shí)時(shí)和歷史曲線，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器的負(fù)荷率分析、MD值預(yù)測(cè)、電能質(zhì)量分析、三相不平衡分析、變壓器溫度分析等（當(dāng)月、上月、環(huán)比，本年、去年、同比等）。
e.完成配電站10kV、變電站0.4kV回路的電能消耗統(tǒng)計(jì)和報(bào)表，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站能耗使用相關(guān)數(shù)據(jù)的分析與查詢（峰平谷查詢、能耗同比環(huán)比分析、用能結(jié)構(gòu)分析與查詢等）。
2系統(tǒng)實(shí)施方案
根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際需求及實(shí)際情況，定制設(shè)計(jì)一套廠區(qū)用電監(jiān)測(cè)平臺(tái)，采用B/S架構(gòu)。廠區(qū)用電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的架構(gòu)是不同軟硬件交互的界面層級(jí)，按照主要功能劃分為以下3個(gè)層級(jí)。
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理層：實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)的基本現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)、監(jiān)測(cè)、控制層級(jí)功能，主要由現(xiàn)場(chǎng)多功能電表、物聯(lián)網(wǎng)表、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)模塊和采集器等設(shè)備組成；該層級(jí)設(shè)備用以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的計(jì)量、信息監(jiān)測(cè)功能。
通信管理層：實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間聯(lián)絡(luò)和通信管理，主要由交換機(jī)、以太網(wǎng)關(guān)設(shè)備組成；該層完成設(shè)備的基本智能化功能，是實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)系統(tǒng)信息化的基礎(chǔ)。
應(yīng)用管理層：主要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)信息到計(jì)算機(jī)界面的轉(zhuǎn)化，主要由計(jì)算機(jī)、專業(yè)監(jiān)控軟件、打印機(jī)等設(shè)備組成；該層設(shè)備完成現(xiàn)場(chǎng)信息的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成人機(jī)界面信息，并將信息按照發(fā)生源進(jìn)行分門別類分析處理。
整體的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。
圖1電能管理與監(jiān)控系統(tǒng)整體架構(gòu)圖
2.1設(shè)備及組網(wǎng)
2.1.1變/配電站儀表選型
由于用戶原有電力儀表大部分為傳統(tǒng)的機(jī)械儀表和不具備相應(yīng)電力數(shù)據(jù)采集及遠(yuǎn)傳功能的電力儀表，為實(shí)現(xiàn)用戶的功能需求，需要對(duì)變/配電站的儀表進(jìn)行重新精確選型并整體更換以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集要求。本項(xiàng)目中選擇AEM96三相多功能電能表，該儀表是一款主要針對(duì)電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公用設(shè)施的電能統(tǒng)計(jì)、管理需求而設(shè)計(jì)的智能電能表，尤其針對(duì)某些施工現(xiàn)場(chǎng)不允許停電作業(yè)的情況，具備AEM96-C三相多功能電能表方案。AEM96和AEM96-CT三相多功能電能表均集成三相電力參數(shù)測(cè)量、電能計(jì)量及考核管理，提供上24時(shí)、上31日以及上12月的電能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。具有31次分次諧波與總諧波含量檢測(cè)，帶有開關(guān)量輸入和繼電器輸出，可實(shí)現(xiàn)“遙信"和“遙控"功能，并具備報(bào)警輸出功能，可廣泛應(yīng)用于多種控制系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）和能源管理系統(tǒng)中。
AEM96和AEM96-CT三相多功能電能表主要具備如下功能：三相電力參數(shù)測(cè)量、電壓和電流的相角、四象限電能計(jì)量、復(fù)費(fèi)率、*大需量、歷史電能統(tǒng)計(jì)、開關(guān)量事件記錄、歷史極值記錄、31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）、報(bào)警輸出、RS485（Modbus或DL/T645-2007《多功能電能表通信協(xié)議》）等。
根據(jù)監(jiān)測(cè)要求和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，整體更換配置了99臺(tái)多功能電力儀表。
2.1.2數(shù)據(jù)融合終端
數(shù)據(jù)融合終端是集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)上傳和邊緣計(jì)算于一體的智能設(shè)備，如圖2所示。數(shù)據(jù)融合終端具有串口、網(wǎng)口、LoRa、光纖等多種通信接口，并可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況靈活選擇與設(shè)備層產(chǎn)品的連接方式，同時(shí)支持Modbus、103、DL/T645、OPCUA、BACnet等多種通信協(xié)議，兼容性強(qiáng)，能采集不同類型產(chǎn)品的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)壓縮、加密后上傳至平臺(tái)，并且支持本地存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)續(xù)傳、失電報(bào)警功能，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定、安全、可靠。
數(shù)據(jù)融合終端采用模塊化，集中式設(shè)計(jì)，通過集成各類元器件，方便施工接線，對(duì)終端數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和監(jiān)控及數(shù)據(jù)上傳管理。根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)共配置21臺(tái)數(shù)據(jù)融合終端。
2.1.3系統(tǒng)組網(wǎng)
儀表進(jìn)行整體更換后，電力儀表可以實(shí)時(shí)采集各電力參數(shù)，并將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到配備在各變電站以及配電站的匯聚交換機(jī)，建立數(shù)據(jù)匯聚點(diǎn)，由匯聚交換機(jī)將數(shù)據(jù)通過能源網(wǎng)絡(luò)集中到能源監(jiān)控中心核心交換機(jī)，通過核心交換機(jī)傳輸至能源監(jiān)控服務(wù)器，中心平臺(tái)通過網(wǎng)絡(luò)訪問能源管控服務(wù)器。
根據(jù)組網(wǎng)要求，現(xiàn)場(chǎng)共布置了19臺(tái)接入交換機(jī)和1臺(tái)核心交換機(jī)，分別選用端口為16口千兆和24口千兆的交換機(jī)，布置在各配電站以及能源監(jiān)控中心，組網(wǎng)系統(tǒng)圖如圖3所示。在組網(wǎng)光纜選型方面，考慮到傳輸距離和傳輸效率，從各變電站到配電站或監(jiān)控
圖2數(shù)據(jù)融合終端
圖3外場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)布置圖
中心均采用單模4芯光纜，配電站1至監(jiān)控中心選用單模12芯光纜，配電站2和配電站3至監(jiān)控中心分別選用單模4芯、8芯光纜。
2.2軟件開發(fā)
為了滿足用戶需求，船廠電能管理系統(tǒng)軟件開發(fā)架構(gòu)選用B/S架構(gòu)，即瀏覽器與服務(wù)器模式，該架構(gòu)基于Web瀏覽器的計(jì)算模式，業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn)主要依靠后臺(tái)服務(wù)器。整體架構(gòu)圖如圖4所示。
在開發(fā)語言上，從開發(fā)的安全性和運(yùn)行效率出發(fā)并結(jié)合船廠電能管理與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的需求，選擇Java作為后臺(tái)程序開發(fā)語言，VUE作為前端腳本開發(fā)語言。軟件通過Web前端技術(shù)進(jìn)行發(fā)布，通過網(wǎng)頁的形式展現(xiàn)給用戶，用戶通過瀏覽器在地址欄輸入wang址進(jìn)行瀏覽。
數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶需求進(jìn)行綜合、歸納與抽象，形成一個(gè)獨(dú)立于具體數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的概念模型。在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)按照相應(yīng)頻率自動(dòng)保存到TDengine數(shù)據(jù)庫，限于篇幅，本文對(duì)時(shí)序數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)方案不再展開敘述。
圖4軟件平臺(tái)架構(gòu)
2.3能源監(jiān)控中心配置
船廠電能管理及監(jiān)控系統(tǒng)中，由多功能電力儀表和數(shù)據(jù)采集器實(shí)現(xiàn)了電力數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)發(fā)送功能，并由數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)將采集的數(shù)據(jù)匯聚到能源監(jiān)控中心，能源監(jiān)控中心需要接收、顯示并存儲(chǔ)電力數(shù)據(jù)。能源監(jiān)控中心主要由服務(wù)器、顯示器、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)備組成，為保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，相應(yīng)的配置和指標(biāo)應(yīng)當(dāng)滿足以下要求。
2.3.1硬件配置條件
安裝系統(tǒng)軟件的主機(jī)需滿足如下硬件條件：
CPU：intel志強(qiáng)銀牌4210。
內(nèi)存：16GDDR4以上。
硬盤：硬盤2~10T（固態(tài)）。
顯卡：分辨率支持1280*1024、1600*900、1920*1080。
2.3.2軟件運(yùn)行環(huán)境
企業(yè)能效管理平臺(tái)主要運(yùn)行在微軟WindowsServer201264位（簡(jiǎn)體中文）操作系統(tǒng)平臺(tái)上，Web端使用谷歌、360（極速模式）、火狐瀏覽器等訪問。
2.3.3主要技術(shù)指標(biāo)
遙信、遙測(cè)數(shù)據(jù)周期上傳頻率：1min、5min、10min等可配置。
越限、變位等事件上傳：≤5s。
通信方式：RS485、以太網(wǎng)。
并發(fā)訪問量：≥500。
歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：≥3年。
3系統(tǒng)功能
系統(tǒng)建成后，在能源監(jiān)控中心運(yùn)行船廠電能管理與監(jiān)控系統(tǒng)軟件，各模塊功能如下。
3.1電力監(jiān)控
3.1.1變/配電力綜合看板
電力綜合看板提供整個(gè)園區(qū)的用電概況、廠區(qū)電力外場(chǎng)平面圖和報(bào)警分析。用電概況可以顯示變配電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、總裝機(jī)容量，以及監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量等相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)顯示當(dāng)前總功率和今日總耗電量。電力平面圖中標(biāo)注總降壓站、4座配電站及17座變電站的位置信息。報(bào)警分析內(nèi)容包括普通故障、嚴(yán)重故障、發(fā)生事故。當(dāng)出現(xiàn)事故時(shí)屏幕出現(xiàn)彈窗，彈窗內(nèi)容告知事故發(fā)生地點(diǎn)以及事故類型。事故通過聲音和畫面兩方面進(jìn)行實(shí)時(shí)提醒。
3.1.2變/配電站運(yùn)行看板
運(yùn)行看板可以展示單個(gè)配電站及變電站的運(yùn)行狀況，并提供系統(tǒng)一次圖，各出線回路實(shí)時(shí)顯示重要的電力運(yùn)行參數(shù)，示意圖如圖5所示。此外，針對(duì)變電站展示基礎(chǔ)信息維護(hù)，包括變電站位置、變壓等級(jí)、裝機(jī)容量、申報(bào)需量、變壓器數(shù)量等。圖中實(shí)時(shí)顯示變電站負(fù)荷曲線，并提供變電站分時(shí)段用電今日、昨日對(duì)比柱狀圖。
3.1.3電力曲線記錄
當(dāng)選定變電站，電力曲線記錄顯示各回路的有功功率、電流、電壓、頻率、功率因數(shù)、無功功率、視在功率曲線，運(yùn)行記錄如圖6所示。
3.1.4電力極值報(bào)表
電力極值報(bào)表展示所選變/配電站各回路功率、電壓、電流、不平衡度等參數(shù)的日極值和月極值，報(bào)表如圖7所示。
圖5變電站運(yùn)行看板
圖6變電站電力曲線記錄
圖7電力極值報(bào)表
3.1.5電力運(yùn)行報(bào)表
電力運(yùn)行報(bào)表展示所選回路每隔5min的數(shù)據(jù)抄表值。
3.1.6整點(diǎn)集抄報(bào)表
整點(diǎn)集抄報(bào)表展示各回路所選時(shí)間節(jié)點(diǎn)各電參量的抄表值。
3.2電能統(tǒng)計(jì)
3.2.1用電集抄
用電集抄功能展示選中變/配電站回路的間隔時(shí)間內(nèi)的正向有功電度用能情況，并可以通過選擇生成對(duì)應(yīng)的電費(fèi)，該功能模塊如圖8所示。
3.2.2用電統(tǒng)計(jì)
用電統(tǒng)計(jì)可以展示選中變/配電站回路的用能數(shù)據(jù)，可以根據(jù)不同的統(tǒng)計(jì)需要選擇日?qǐng)?bào)、月報(bào)和年報(bào)，該功能模塊如圖9所示。
3.2.3分時(shí)段用電
分時(shí)段用電顯示選中變/配電站選中回路的選中時(shí)間段內(nèi)的尖、峰、平、谷、總電量，并且根據(jù)實(shí)際用電量來計(jì)算電費(fèi)情況，該功能模塊如圖10所示。
3.2.4用電同比分析
用電同比分析對(duì)選定回路年份及前一年的用能進(jìn)行對(duì)比，直觀展示用能數(shù)據(jù)差異，通過柱狀圖與數(shù)據(jù)報(bào)表兩種方式進(jìn)行對(duì)比，該功能模塊如圖11所示。
3.2.5用電環(huán)比分析
用電環(huán)比分析展示選中變/配電站的各回路的環(huán)比用能情況，支持按日、按周、按月的方式進(jìn)行環(huán)比分析。
圖8用電集抄功能
圖9用電統(tǒng)計(jì)功能
圖10分時(shí)段用電功能
圖11用電同比分析功能
3.2.6分組用電統(tǒng)計(jì)
分組用電統(tǒng)計(jì)展示組合定義的變/配電站的用電報(bào)表，可以根據(jù)需求對(duì)用電回路進(jìn)行分類，模塊中給定了按區(qū)域統(tǒng)計(jì)、按分項(xiàng)用能統(tǒng)計(jì)、按部門統(tǒng)計(jì)等分類類別，此外可以將統(tǒng)計(jì)報(bào)表按日?qǐng)?bào)、月報(bào)、年報(bào)展示，可以選中相應(yīng)的數(shù)據(jù)生成柱狀圖、折線圖、餅圖等圖表樣式，該功能模塊如圖12所示。
圖12分組用電統(tǒng)計(jì)功能
4安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案
4.1概述
用戶端消耗著整個(gè)電網(wǎng)80%的電能，用戶端智能化用電管理對(duì)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(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向良性互動(dòng)。用戶端急需解決的研究?jī)?nèi)容主要包括：先進(jìn)的表計(jì)，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(duì)用戶端用電情況進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計(jì)，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(xiàng)用電的使用消耗情況，便于找出高耗能點(diǎn)或不合理的耗能習(xí)慣，有效節(jié)約電能，為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級(jí)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。
4.2應(yīng)用場(chǎng)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(chǎng)、金融機(jī)構(gòu)建筑等）；
（3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂場(chǎng)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(yùn)輸建筑（機(jī)場(chǎng)、車站、碼頭建筑等）。
4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
4.4系統(tǒng)功能
4.4.1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
系統(tǒng)人機(jī)界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能等電參數(shù)信息，動(dòng)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(hào)。
4.4.2電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表
系統(tǒng)以豐富的報(bào)表支撐計(jì)量體系的完整性。系統(tǒng)具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況，即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。該功能使得用電可視透明，并在用電誤差偏大時(shí)可分析追溯，維護(hù)計(jì)量體系的正確性。
4.4.3詳細(xì)電參量查詢
在配電一次圖中，當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到每個(gè)回路附近時(shí)，鼠標(biāo)指針變?yōu)槭中危髽?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(shí)相電流趨勢(shì)曲線及24小時(shí)電壓趨勢(shì)曲線。
4.4.4運(yùn)行報(bào)表
系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)電力參數(shù)和歷史電力參數(shù)的存儲(chǔ)和管理功能，所有實(shí)時(shí)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)、時(shí)間或選擇查詢更新的記錄數(shù)據(jù)等，并通過報(bào)表方式顯示出來。用戶可以根據(jù)需要定制運(yùn)行日?qǐng)?bào)、月報(bào)，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。
4.4.5變壓器運(yùn)行監(jiān)視
系統(tǒng)對(duì)配電系統(tǒng)總進(jìn)線、主變壓器、重要負(fù)荷出線的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)視，用曲線顯示電流、變壓器運(yùn)行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負(fù)荷率等運(yùn)行趨勢(shì)，分析變壓器負(fù)荷率及損耗，方便運(yùn)行維護(hù)人員及時(shí)掌握運(yùn)行水平和用電需求，確保供電安全可靠。
4.4.6實(shí)時(shí)報(bào)警
系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲鳌⒏綦x開關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)事件等級(jí)發(fā)出告警。系統(tǒng)報(bào)警時(shí)自動(dòng)彈出實(shí)時(shí)報(bào)警窗口，并發(fā)出聲音或語音提醒。
4.4.7歷史事件查詢
系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，保護(hù)動(dòng)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(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。
4.4.8電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)
系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測(cè)，運(yùn)行維護(hù)人員可以通過諧波分析棒圖、報(bào)表掌握進(jìn)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(shí)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(cè)功能的電力儀表，不需要可刪除。
4.4.9遙控操作
系統(tǒng)支持對(duì)斷路器、隔離開關(guān)、接地刀等進(jìn)行分、合遙控操作。系統(tǒng)具有嚴(yán)格的密碼保護(hù)和操作權(quán)限管理功能，對(duì)于每次遙控操作，系統(tǒng)自動(dòng)生成操作記錄，記錄內(nèi)容包含操作人、操作時(shí)間、操作類型等。實(shí)現(xiàn)該功能需要斷路器本身具有電操機(jī)構(gòu)及保護(hù)保測(cè)控裝置具備遙控功能等硬件設(shè)備的支持。
4.4.10用戶權(quán)限管理
系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)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）?？梢远x不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。
4.4.11通訊狀態(tài)圖
系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)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(gè)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(shí)能自動(dòng)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(yùn)行維護(hù)人員實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備的通訊狀態(tài)，及時(shí)維護(hù)出現(xiàn)異常的設(shè)備，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
4.4.12視頻監(jiān)控
視頻監(jiān)控展示了當(dāng)前實(shí)時(shí)畫面（視頻直播），選中某一個(gè)變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息。
4.4.13用戶報(bào)告
用戶報(bào)告頁面主要用于對(duì)選定的變配電站自動(dòng)匯總一個(gè)月的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)變壓器負(fù)荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報(bào)警事件等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
4.4.14APP支持
電力運(yùn)維手機(jī)支持“監(jiān)控系統(tǒng)"、“設(shè)備檔案"、“待辦事項(xiàng)"、“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(bào)警查詢，設(shè)備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢等。
4.5系統(tǒng)硬件配置清單
應(yīng)用場(chǎng)合 | 型號(hào) | 圖片 | 功能 |
電能管理軟件 | Acrel-3000WEB |
| Acrel-3000WEB電能管理軟件全方監(jiān)視用戶配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和電量數(shù)據(jù)，為用戶提供更好的運(yùn)維服務(wù)。平臺(tái)提供用戶概況、電力數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、電能質(zhì)量分析、用電分析、日/月/年用能數(shù)據(jù)報(bào)表、異常事件報(bào)警和記錄、運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)等功能，并支持多平臺(tái)、多終端數(shù)據(jù)訪問。 |
智能網(wǎng)關(guān) | Anet-2E8S1 |
| 8路RS485串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP.DL/T645-1997、DL/1645-2007、CJT188-2004、OPCUA等協(xié)議的數(shù)據(jù)接入，ModbusT-c(主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT等協(xié)議上傳，支持不同協(xié)議向多平臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù);輸入電源:AC/DC22ov，導(dǎo)軌式安裝。 |
ANet-2E4SM |
| 4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、從）、104(主、從）、建筑能耗、SNMP、MOTT;（主模塊）輸入電源:DC12V~36V.支持4G擴(kuò)展模塊，485擴(kuò)展模塊。 | |
ANet-485 | M485模塊:4路光耦隔離RS485 | ||
ANet-M4G | M4G模塊:支持4G全網(wǎng)通 | ||
35kV/10kV/6kV微機(jī)保護(hù)裝置 | AM6系列 |
| 35kV及以下配電系統(tǒng)線路、主變、配電變壓器、電動(dòng)機(jī)、電容器、PT監(jiān)測(cè)/PT并列、母聯(lián)/備自投等保護(hù)。 |
35kV/10kV/6kV弧光保護(hù) | ARB5-M |
| 主控單元，可接20路弧光信號(hào)或4個(gè)擴(kuò)展單元，弧光保護(hù)<8組）、失靈保護(hù)(4組）、TA斷線監(jiān)測(cè)（4組）、非電量保護(hù)、裝置故障告警 |
ARB5-E | 擴(kuò)展單元，可以插接6塊擴(kuò)展插件，每個(gè)擴(kuò)展插件可以采集5路弧光信號(hào) | ||
ARB5-S |
| 弧光探頭，建議安裝地點(diǎn)包括（但不限于）斷路器室、電纜室、母線室，可面板開孔安裝，亦可支架式安裝?；」馓筋^的檢測(cè)范圍是一個(gè)角度為180°，半徑0.5m的扇形區(qū)域。 | |
35kV/10kV/6kV進(jìn)線柜電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè) | APView500 |
| 裝置1024點(diǎn)波形采樣，集諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監(jiān)測(cè)、電壓不平衡度監(jiān)測(cè)、事件記錄、測(cè)量控制等功能為一體，能夠滿足110kV及以下供電系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的要求。 |
35kV/10kV/6kV間隔智能操控、節(jié)點(diǎn)測(cè)溫 | ASD500 |
| 液晶屏顯示一次回路動(dòng)態(tài)模擬圖、彈簧儲(chǔ)能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗(yàn)電、核相、3路溫濕度控制及顯示、遠(yuǎn)方/就地、分合閘、儲(chǔ)能旋鈕、預(yù)分預(yù)合閃光指示、分合閘完好指示、分合閘回路電壓測(cè)量、人體感應(yīng)、柜內(nèi)照明控制、1路以太網(wǎng)、2路RS485、1路USB接口、GPS對(duì)時(shí)、高壓內(nèi)電氣接點(diǎn)無線測(cè)溫、全電參量測(cè)溫、脈沖輸出、4~20mA輸出 |
35kV/10kV/6kV傳感器 | ATE400 |
| 合金片固定，CT感應(yīng)取電，啟動(dòng)電流大于5A，測(cè)溫范圍-50-125℃，測(cè)量精度±1℃;傳輸距離空曠150米 |
35kV/10kV/6kV間隔電參量測(cè)量 | APM830 |
| 三相(I、u、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cos），零序電流In，四象限電能，實(shí)時(shí)及需量，電流、電壓不平衡度，66種報(bào)警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴(kuò)展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO,RS485/Modbus，LCD顯示 |
高壓重要回路 或低壓進(jìn)線柜 | APM810 |
| 三相(I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、coso)，零序電流In，四象限電能，實(shí)時(shí)及需量，電流、電壓不平衡度，負(fù)載電流柱狀圖顯示，66種報(bào)警類型及外部事件（SOE)各16條事件記錄，支持SD卡擴(kuò)展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO,RS485/Modbus，LCD顯示 |
AEM96 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測(cè)量，總正反向有功電能統(tǒng)計(jì)，正反向無功電能統(tǒng)計(jì);2-31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率)﹔電流規(guī)格3×1.5(6)A，有功電能精度0.5S級(jí),無功電能精度2級(jí) | |
ADW300/4G |
| 三相電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率測(cè)量;電壓電流相角、電壓電流不平衡度測(cè)量;電壓電流2-31次分次諧波及總畸變測(cè)量當(dāng)月及上三月的電壓、電流、功率;需量及上十二月歷史需量記錄;事件記錄、復(fù)費(fèi)率、四象限電能及歷史電能記錄;支持4路開關(guān)量輸入、2路開關(guān)量輸出;支持4路測(cè)溫;支持1路剩余電流測(cè)量;支持本地顯示及按鍵設(shè)置;有功電能精度1級(jí)。通訊方式:支持RS485通訊、Lora無線通訊、4G通訊;WIFI通訊 | |
0.4kV出線 | AEM72 |
| 三相電參量U、I、P、0、s、PF、F測(cè)量，總正反向有功電能統(tǒng)計(jì)，正反向無功電能統(tǒng)計(jì);2-31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）﹔電流規(guī)格3×1.5(6)A，有功電能精度0.5S級(jí).無功電能精度2級(jí) |
DTSD1352 |
| 三相電參量u、I、P、Q、s、PF、F測(cè)量，分相正向有功電能統(tǒng)計(jì)，總正反向有功電能統(tǒng)計(jì)，總正反向無功電能統(tǒng)計(jì)﹔紅外通訊;電流規(guī)格:經(jīng)互感器接入3×1(6)A.直接接入3×10(8o)A，有功電能精度0.5S級(jí)，無功電能精度2級(jí)。 | |
ACR120EL |
| LCD顯示、全電參量測(cè)量(U、1、P、Q、PF、F);四象限電能計(jì)量;RS485/Modbus;可選復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)、需量統(tǒng)計(jì);4DI+2DO;RS485通訊接口、Modbus協(xié)議 | |
照明箱 | DDSD1352 |
| 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測(cè)量，正反向電能計(jì)量;紅外及RS485通訊;電流規(guī)格:10(60）A，有功電能精度1級(jí)，無功精度2級(jí);可選配復(fù)費(fèi)率 |
DDS1352 |
| 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測(cè)量，正反向電能計(jì)量;RS485通訊;電流規(guī)格:10(60)A，有功電能精度1級(jí)，無功精度2級(jí);尺寸:1P | |
電流互感器 | AKH-0.66/K型 |
| 開口式電流互感器 |
5結(jié)語
船廠電能管理及監(jiān)控系統(tǒng)在應(yīng)用過程中，能實(shí)現(xiàn)用戶需求分析中所需要的功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)10kV系統(tǒng)的電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等電參量的實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)異常值進(jìn)行告警，并生成相應(yīng)的報(bào)表；可以實(shí)現(xiàn)對(duì)配電站10kV、變電站0.4kV回路的電能消耗統(tǒng)計(jì)和報(bào)表，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站能耗使用相關(guān)數(shù)據(jù)的分析與查詢。
除介紹的相關(guān)功能，經(jīng)過深入調(diào)研發(fā)現(xiàn)：某些船廠由于功能擴(kuò)建或者新建設(shè)施，新增的用電設(shè)備容易使得船廠用電超容，影響供電系統(tǒng)的可靠性。結(jié)合本系統(tǒng)的功能，進(jìn)一步開發(fā)相關(guān)軟件功能研究船廠負(fù)荷特性，進(jìn)行船廠用電負(fù)荷調(diào)配對(duì)于緩解船廠供需矛盾、安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。
【參考文獻(xiàn)】
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黃龍.基于Web的船廠能耗管理系統(tǒng)研發(fā)[D].廈門:集美大學(xué),2017.
劉夢(mèng)柳.造船廠能源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].大連：
安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版.
作者簡(jiǎn)介：任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電能管理系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用。
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