高耗能工业企业智能用电及能效管理系统解决方案

2022-01-26

概述

构建智能用电和能效管理系统，对工矿企业用电和能耗进行监测、分析和评价。企业能耗考核标准和考核体系可以有效提高企业的能效管理水平。

中国经济在持续快速增长的同时，也伴随着能源短缺和环境恶化的巨大压力。应对这一挑战的有效且经济的方法是在高耗能企业中建立能源消耗监测、管理和控制系统，通过技术创新来改善能源消耗。能源效率有助于企业实现节能、增效和清洁生产的目标。

据国外统计，工业企业年能耗损失的10%以上是由于缺乏能源监测和维护计划，年能耗损失的12%是由于缺乏能源管控系统。除了欧美发达国家企业在生产过程中大量使用计算机监控系统（DCS、SCADA）外，能源数据的在线监控、分析和优化系统也占有重要地位。通过现代计算机技术、网络通信技术和分布式控制技术，建立完整的能源消耗监测管理系统，实现能源消耗动态过程的信息化、可视化、可控化。和要管理的元素，

智能用电及能效管理系统简介

系统在线监控整个企业的生产能耗动态过程，采集生产过程中大量分散的电、水、气等能耗数据，并提供实时和历史数据分析对比功能发现能源消耗过程和结构的存在。通过优化运营模​​式和能源消耗结构，建立企业能源消耗评价和管理体系，提高企业现有供能设备的效率，实现节能增效和生产。

系统为用户提供以下能源消耗数据和节能信息： ①掌握企业能源消耗状况：能源消耗的数量、构成、分布、流向；②了解企业的​​能源消耗水平：能源利用损失、设备效率、能源利用率、综合能源消耗；③找出企业的能源消耗问题：管理、设备和工艺运行中的能源浪费；④检查企业节能潜力：回收剩余能源的数量、品种、参数和性质；⑤计算企业的节能效果：设备更新、工艺改造等的技术改进、经济效益和节能；

系统功能

1)能源消耗过程的信息化和可视化

目前，大多数企业依靠人工抄表来计算用电量和能耗。这种方式存在数据滞后、时效性差、数据表等问题。无法及时掌握各个生产环节和耗能设备的实时能耗数据。. 能效管理信息系统在线监测整个企业（集团）的生产能耗动态信息，并将这些能耗数据与设备、车间、班组的相应生产数据相结合，便于现场运营管理人员了解和掌握生产环节和设备。实时能耗状态、单位能耗数据、能耗趋势和实时运行参数等信息。

如图：某工厂的工艺流程

图1 水泥磨子系统生产过程单耗监测

2)能耗/能效信息统计与管理

系统自动生成多种能源消耗信息统计图形、曲线和报表，如日、周、月、年周期的电、水、气、煤等能源消耗统计报表。重要耗能设备的三个层次为用户提供能源消费结构和能源消耗成本分析的依据，评估节能措施的效果和相关影响。

系统提供全面的能耗/能效统计报表，并通过菜单或灯光按钮直接引导界面模式。图形界面包括企业宏观能耗数据及相关信息，快速直观地反映企业、生产车间、团队及重要生产环节的实时历史历史。能源消耗/能源效率信息。

图2 企业综合能耗统计

3)历史能耗数据对比分析

系统具有强大的历史能耗数据追溯分析功能。企业能效管理和生产过程分析人员可以根据不同需求灵活设置工作点参数，生成不同时间段的各种能耗数据报表和能耗曲线：如设备账单等。主要用能设备和生产线的能耗数据可以通过多种方式进行查询和追溯，对比分析各种参数的变化趋势，从而发现能耗结构和过程。提出了企业能源消费结构和方式存在的深层次问题，提出了改进和优化的建议。

通过动态的单位产出能耗曲线和数据，可以直观的比较企业生产能耗与达标的差距，从而及时指导和调整生产、管理和过程，使单位能耗可以保持企业生产过程的消耗和能源效率。在科学合理的水平上。

图3 能耗参数对比分析

4)电能质量与谐波监测分析电力电子技术广泛应用于电气化铁路、电解厂、电弧炉冶炼和电机变频调速等领域。在提高生产效率的同时还会产生大量谐波污染电网，造成谐波和电能质量问题。

用电和能效管理信息系统在线监测电能质量和谐波分量。通过谐波分量图和趋势图，用户可以及时了解真实用电环境，避免谐波危害和电能质量问题的发生，降低供电系统的谐波。波和无功损耗。通常，购买谐波监测设备需要很大的投资。该系统可同时实现功耗和谐波监测分析双重功能。

图4 供电网络谐波分量示意图

3 系统架构及工作原理

该系统主要由数据采集层、数据传输网络、能效管理系统软件三部分组成。

1)数据采集层：通过安装在能耗监测仪表箱（柜）内的带有数字接口的智能电表实现负载用电量的实时监测。监测数据包括：电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功和无功电能、谐波、环境和开关状态、事件记录等用电参数。监测对象包括：电力需求侧的中低压馈电线路、主要耗能机电设备、车间（生活区）等耗能设施。同时还可采集电子流量计、电子热量表、电子皮带秤、地磅等现场用水量、用气量、

2)数据传输网络：通过安装在能耗监测仪表箱（柜）内的能耗智能数据网关，实时采集能耗计量仪表的数据，并传输至能耗监测中心通过 TCP/IP 网络。无需长途布线，施工简单可靠。瑞神智能数据网关提供多种接入方式，目前支持RS-485/RS-232总线、光纤、工业以太网、433M无线、GSM/GPRS/CDMA网络传输等方式。

3)电力能效管理系统软件：完成数据采集、验证、分析、处理、输出、系统维护、授权使用权限分级管控等；等等到业务决策者。

图 5 用电与能效管理信息系统架构

4测量和监控产品配置

电力仪表主要应用于电网，尤其是用户端的低压电参数测量、电能计量、故障诊断、电气控制、报警、保护等功能；它具有电参数测量，但没有诊断、控制和保护等功能。

(1)高压电路或低压进线电路选择仪表

本仪表是一种电能质量分析仪器。主要功能有：液晶显示，全电参数测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限电能计量、多费率电能统计；THDu、THDi、2-31次谐波分量；电压峰值因数​​、形状因数、电流K系数、电压电流不平衡计算；电网电压和电流正、负、零序分量（包括负序电流）测量；4DI+3DO（DO3过压、欠压、过流、不平衡报警）；RS485通讯接口，协议或DL/T645协议。外形尺寸：120×120mm，开孔尺寸：108×108mm。适用于高压重要电路或低压进线柜。

(2)低压接点或出线选择功率计

仪表的主要功能有：液晶显示，全电参数测量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限电能计量、多费率电能统计、大需求统计；4DI+2DO；RS485通讯接口，协议。外形尺寸：96×96mm，开口尺寸：88×88mm。适用于低压接触柜和出线柜。

(3)电源柜、灯箱选择电表或导轨式电表

电能表的主要功能有：液晶显示，全电参数测量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限电能计量、多费率电能统计、大需求统计；2DI+2DO；RS485通讯接口，协议。尺寸：开口尺寸80×80mm，开口尺寸72×72mm。适用于电源柜。

导轨式电表主要功能：液晶显示，全电参数测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限电能计量、多费率电能统计、大需求统计；当前规格 1.5(6)A, 5(20)A, 10(40)A, 20(80)A 可选, RS485通讯接口，协议或DL/T 645协议可选。尺寸：126×89×74mm，7个模块。适用于电源柜。

导轨式电表主要功能：电流规格1.5(6)A, 5(20)A, 10(40)A, 20(80) 一个可选，多速率能量统计，能量脉冲输出，RS485通讯接口，协议或DL/T 645协议可选。尺寸：126×89×74mm，7个模块。适用于测量耗能设备。

灯箱表主要功能：电流规格1.5(6)A, 5(20)A, 10(40)A, 20(80)@ > 一个可选，多速率能量统计，能量脉冲输出，RS485通讯接口，协议或DL/T 645协议可选。尺寸：76×89×74mm，4个模块。适用于灯箱的电流和电压测量；单-相电能计量。

5技术特点

1)内置以设备为对象构建的实时关系型数据库：与传统的平面数据库相比，这种结构化、面向对象的实时数据库大大提高了数据检索和访问的速度和效率；

2)灵活的进程调度管理技术：进程调度管理功能可以将大量的数据采集处理任务分发到不同的服务器上运行，实现负载均衡。支持在线配置，允许修改全部或部分应用程序而不影响运行；

3)系统集中管理维护：授权用户可以在EMIS系统中的任意服务器或工作站上修改系统配置，提交后系统自动同步数据库配置；

4)网络架构：基于支持多级网络冗余和故障转移的网络架构。增强的网络功能和/浏览器技术，直接支持多个文档；

5)支持多种通信协议：I/O通信冗余，直接读取存储在现场数据采集设备中的数据，具有良好的开放性和灵活性。支持RS-232/422/485、、Can、等通讯协议和标准；网络通讯采用标准，支持IPX/SPX、TCP/IP等协议；

6)支持多种关系型数据库：包括，SQL，dBASE等；实时数据库内置多种功能模块，可实现累加、统计、控制、线性化、PID控制等多种运算功能。通过先进的压缩技术和海量存储技术，可以处理超过10万点的数据；

7)丰富的图形开发工具和库，优化设计：增加更多矢量图子图，让项目画面制作更丰富、更灵活；提供面向对象编程，内置间接变量、对象变量、模板变量，方便构建强大的企业级操作系统；

8)开放性：支持DDE、OPC、ODBC/SQL、标准，提供OLE、COM、DCOM、动态链接库等接口，方便用户使用各种常用开发工具（如：VC++、VB等.) 进行深入的二次开发。

6 应用案例

广达电脑成立于1988年，是一家笔记本电脑的研发、设计和制造公司。凭借先进的技术和强大而卓越的研发团队，站在高科技市场的地位；除了在笔记本电脑领域保持高增长、高质量、高评价外，还将触角伸向企业网络系统、家用产品、移动通讯产品、汽车电子产品和数字家庭产品等市场，并积极拓展产业融合布局。2006年被《财富》杂志评为世界500强企业之一。2011年，广达电脑进驻重庆，建成了重庆广达制造城，拥有七栋楼（每层10层，每层35间），员工数以万计。

2011年，承担重庆广达生活服务区能耗监测系统的设计与实施。系统采用Acrel-5000能耗监测系统，实现生活服务区（包括2000电表和5000水表）用电量、用水量的在线监测，方便管理小区的用电量建筑群。

重庆广达生活服务区能耗监测系统采用网络分布式结构。整个系统包括建筑群的七个子系统和中央监控室的总监控系统。本地冷热水表数据和电表数据采集完成后，传送到中央监控室。分控中心与中央监控室之间采用光纤网络进行通信。每个子系统采用五台通讯管理机，其中三台通讯管理机采集楼内每户冷热水表的数据，另外两台采集楼内电表的数据。

系统实现的主要监控功能：

1. 界面开发设计成精美的图形能耗计量管理系统，可根据设备的通电状态自动生成设备拓扑关系并动态着色。

2. 可以查看当前每个宿舍的电能值和当前冷热水消耗量。

3. 具有远程抄表功能，可随时查询某一电路的详细电气参数。

4. 具有用电量、用水量报表查询功能，支持日报表、月报表、年报表的查询和打印。

5. 具有Web访问功能，连接局域网的电脑可以打开IE浏览器浏览软件界面。

7 结论

节能工作不仅仅是对某一设备和工艺的改造，而是对企业整个系统的能源消耗过程的优化。能效管理信息系统可以对企业的能效水平进行监测、分析和评价，了解生产过程中的能源消耗情况。问题的根源在于科学合理的生产工艺制定、能耗考核标准和体系的建设、节能改造方案的针对性制定，这是节能减排的基础和技术方向。和企业的增效工作。