一种电力采集能源管理系统及方法与流程

1.本发明涉及电力管理技术领域，具体为一种电力采集能源管理系统及方法。


背景技术：

2.在钢铁冶金生产中，电力能源消耗是除原材料消耗之外的主要消耗，电力供配站点遍布在全工厂的各个工艺区，其具有较大的节能潜力。钢厂基本采用电能远程抄表的技术，实现电表数据自动采集和数字化管理。
3.在专利申请号为：202210818485.x的专利文件中，公开了一种电力物联网网络管理系统及方法，并具体公开了电网运行图表、用户用电分析和自动监听，能够实现电网用电管理和负荷管理，提高电力部门对配网运行设备及运行状态的管理水平。
4.上述文件主要是利用物联网对电网的运行状态进行监测，针对电网的安全进行的改进，但是针对于钢铁冶金生产的工厂中，不能够对各个工序相关的主要用电设备的耗电情况进行掌握，生产用电不能做到精细管理，造成用电的不稳定性和配电的不均衡，用电成本较高，且存在着潜在危险。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供了一种电力采集能源管理系统及方法。
6.本发明所解决的技术问题为：解决在工业生产中各个工序的用电设备耗电情况不能够被掌握，生产用电做不到精细管理，从而造成的工厂用电不稳定和配电不均衡的情况，降低用电成本，保证安全性。
7.本发明可以通过以下技术方案实现：一种电力采集能源管理系统，包括电能平衡计算单元、尖峰平谷计算单元和指导单元；
8.电能平衡计算单元用于在将电能数据分为若干个等级的数据后，计算电能消耗平衡情况、电能损耗和电能无功平衡情况，得到电能消耗平衡数据组、电能损耗数据组和电能无功平衡数据组；
9.尖峰平谷计算单元用于计算定期时间内工序的尖峰平谷用电情况，根据各个时段的电费计量，得到总耗电成本，根据工序产能得到工序综合能耗；
10.指导单元获取电能消耗平衡数据组、电能损耗数据组、电能无功平衡数据组和工序综合能耗的数据，根据数据指导避峰就谷生产。
11.本发明的进一步技术改进在于：电能数据分为若干个等级包括三个等级数据，三个等级数据包括一级数据、二级数据和三级数据；
12.一级数据用于公司从外网购买的用电计量和公司自行发电的电量；
13.二级数据包括公司二级单位的用电结算、主要配电节点和公司级关键设备的用电量；
14.三级数据包括二级单位下主要工序和主要用电设备的精细计量数据。
15.本发明的进一步技术改进在于：还包括数据采集站、数据采集池、数据处理单元和
数据库模块，数据采集站包括若干个开关站，开关站上均设置有电能表，数据采集池读取数据采集站中的电能表数据，数据处理单元对数据进行标识处理、分类和分级，数据处理单元对分级后的数据存储到数据库模块。
16.本发明的进一步技术改进在于：还包括报表处理单元，报表处理单元用于根据数据库模块中的数据生成报表，生成的报表存储到数据库模块中，数据库模块连接客户端。
17.本发明的进一步技术改进在于：数据采集站通过rs485通讯口采集电能表数据，采集方式为dtl645规约轮询。
18.本发明的进一步技术改进在于：还包括大数据及能源模块，大数据及能源模块用于读取数据库模块中的数据，对获得的数据整合计算，判断异常情况是否发生，将计算得到的数据发送到客户端。
19.本发明的进一步技术改进在于：工序综合能耗的得到方法包括：
20.获取当天各个时间段的用电量和电费单价p i和n i；得到电费成本为w＝∑pi
×
ni；并获取当天的产量为y；得到综合能耗将综合能耗m以曲线的形式展示在信息显示模块，曲线储存在数据库模块中。
21.一种电力采集能源管理方法，包括以下步骤：
22.步骤一、数据采集站获取各个开关站的电能数据，对所获取的电能数据进行协议解析、二次计算和累计、存储；
23.步骤二、数据采集池读取数据采集站得到的电能表数据，利用数据处理单元对数据进行标识处理，将标识处理后的数据按照重要程度进行分类、分级，将分类分级后的数据存储到数据库模块中；
24.步骤三、电能平衡计算单元调取数据库模块中的数据，计算整个公司电能消耗平衡情况、线损情况和无功平衡分析；尖峰平谷计算单元调取数据库模块中的数据，计算公司各二级计量点及主要负荷在规定期间内的尖峰平谷用电情况，并获取各个时段的电费计量，计算耗电成本，根据工序产能和耗电成本，计算工序的综合能耗，将上述处理的过程数据和处理结果数据存储在数据库模块中；
25.对公司电能消耗平衡情况、线损情况、无功平衡分析和工序综合能耗，进行尖峰平谷分析，指导单元指导避峰就谷生产；
26.步骤四、报表处理单元根据数据库模块中的数据生成报表，生成的报表存储到数据库模块中；
27.步骤五、客户端调取数据库模块中的数据和报表。
28.与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
29.1、本技术通过采用电能平衡计算单元调取数据库模块中的数据，从而计算整个公司电能消耗平衡情况、线损情况和无功平衡分析，得到整个公司的电能损耗情况，同时兼备利用尖峰平谷计算单元调取数据库模块中的数据，计算公司各个二级计算点及主要负荷在规定期间内的尖峰平谷用电情况，得到的综合能耗，在电能损耗以及相应的综合能耗的共同作用下，计算得到不同工序的配电情况，能够及时发现和改进工序上的能源消耗瓶颈，在线损等问题上进行控制，以及可以根据用电的时间段对产量进行控制，从而控制生产的成本，利用指导单元进行避峰就谷生产，做到对电能的精细管理，降低生产的成本。
30.2、本技术通过将电能数据分为三个等级数据，建立公司统一的电耗核算标准，利用一级数据、二级数据和三级数据的存在，对公司的总体电量、二级单位的用电结算、主要配电节点和公司关键设备的用电量以及相应的具体工序的用电结算进行精细控制，从而实现从一级到三级的电能管理报表，便于用户根据产线能耗报表和单耗进行分析。
附图说明
31.为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
32.图1为本发明的原理框图；
33.图2为本发明的数据采集方式示意图。
具体实施方式
34.为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。
35.请参阅图1-2所示，一种电力采集能源管理系统，包括电力能源模块、数据采集站、数据库模块、大数据及能源模块和客户端，其中电力能源模块是本技术的核心部分，电力能源模块用于从数据采集站处实现数据的采集，同时电力能源模块还能够和大数据及能源模块、数据库模块实现数据的交互，数据库模块中涉及的数据和客户端进行交互，实现了完整的信息交互链，即基础数据是从数据采集站采集得到的，而数据采集站是多个开关站的集合，所以数据采集站中的数据按照不同开关站被电力能源系统获得处理后，经过数据库模块和大数据及能源模块进行获得分析，最后客户端可以调取数据库模块中涉及的各个数据，也可以将数据补入到数据库系统中，经过数据库模块将数据补入到电力能源模块中，数据可以是系统原始设定的数据、例如时间周期等，也可以是计算参数等基础数据的输入。
36.为了对上述模块进行充分的描述和使用，所以需要对上述系统进行展开描述，具体如下：
37.其中电力能源模块包括信息显示模块、数据处理模块和数据库接口模块，其中信息显示模块连接在数据处理模块的输出端，用于对数据处理模块中得到的各种数据均通过信息显示模块进行显示，而数据处理模块得到的数据经过数据库接口模块实现数据和大数据及能源模块、数据库模块进行交互，利用数据处理模块可以对从数据采集站得到的数据进行收集、分析、处理、总结等各个操作。
38.本技术中的数据处理模块包括数据采集池、数据处理单元、电能平衡计算单元、尖峰平谷计算单元、报表处理单元和指导单元。
39.现有技术中，对数据采集站中的电能表数据进行获取时，通常采用数据轮询方式进行实时采集，当网络不通或者数据采集站异常时，就会导致采集出现错误以及处理异常，所以本技术采用数据采集池的方式进行电能表数据的收集。
40.数据采集池负责实时读取各个数据采集站的电能表数据，其中电能表设置在每一组的开关站上，并对信息进行标识处理和存储。首先需要对所得的数据进行标识，对所得的各个数据进行编号，所以数据标识按照数据采集站的站点标号+所处设备的单位标号+回路号进行点位标号，而在每个点位下包括39个功能表数据，包括电流、电压、正反向有功无功、总尖峰平谷、功率、功率因数、有功无功最大需量等，并通过数据库接口模块将所得到的数
据按照相应的数据标识和数据类型存入到数据库模块中进行存储。所以在本技术中，当网络或者数据采集站异常时，不会导致采集的数据由于网络问题出现错误，对数据处理单元获得的数据进行处理时，也没有影响，系统的稳定性更好；同时数据采集池的方式汇集各个采集站的数据，便于大数据分类、管理、扩充和计算，并显著提高了系统整体的鲁棒性。
41.其中数据处理单元对数据采集池中得到的数据进行分级、分类和匹配处理，按照经过逻辑处理后的数据通过数据库接口模块将数据发送到数据库模块中进行存储。
42.按照本技术中应用的场合，即工厂用电的情况下，由于工厂用电量大，所以一般情况下，工厂通常会自行发电进行供电以辅助生产，但是工厂自行发电的电量有限，还需要辅助外网购买；同时工厂中按照应用的工序所对应的设备组合，将不同工艺对应的设备组合划分为二级单位，所以二级单位包括若干个具体的设备；
43.所以在本技术中，将电量所涉及的数据包括三个等级的数据，分别是一级数据、二级数据和三级数据，其中一级数据主要对应的是公司从外网购买的用电计量和公司自行发电涉及的用电计量，即可以进行利用的总电量，二级数据对应公司对各个二级单位的用电结算、主要配电节点或公司级关键设备的用电计量，即对于二级单位中包括的所有设备以及设备损耗的用电量、主要配电节点以下所有设备以及设备损耗的用电量和公司级关键设备的用电计量，三级数据对应的各个二级单位下主要工序和主要用电设备的精细计量数据，用于二级单位内工序或车间能耗的结算，即通过二级数据和三级数据的计算分析处理，即可以得到具体的电量损耗，即二级数据减去二级数据对应的三级数据的总和，就可以得到相关的电量损耗，将上述数据分为三个等级，既便于数据储存在数据库模块中，又能够便于清晰的调取数据，对数据进行处理、分析、总结等操作。
44.本技术基于三个等级的电能数据，建立了企业统一的电耗核算标准，根据计量重要程度分为的三个等级，从上到下统一了数据来源和计量标准，实现全公司范围的准确计量。
45.电能平衡计算单元用于计算整个公司电能消耗平衡情况以及损耗情况，其中损耗情况包括线损情况，以及包括无功平衡分析等，得到电能消耗平衡数据组、电能损耗数据组和电能无功平衡数据组，将上述分析作为配置合适的电能质量调节装置的依据，从而能够对电能质量进行优化。
46.具体分析方式如下：σp发+σp购-σp耗＝δp损，
47.其中p发为公司自发电量，p购为公司外购电量，p耗为各站点电能消耗量，δp损为电能损耗，即利用公司自行发电总量和公司外购的总电量相加减去各个数据采集站所消耗的总电量，得到电能的消耗值，得到实际电能的利用情况；
48.对于具体的数据采集站包含的各个开关站点，p送-σp耗＝δp损，其中p送为上级开关站点送该站的电能计量，σp耗为该站点的各个用电负荷或入口母线电能计量，δp损为送该开关站线损；
49.将上述计算得到的电能损耗情况进行处理，得到电能利用效率，将电能的利用效率存储在数据库模块中，可以对不同工序中主要设备的耗电情况进行掌握，并可以根据电能的利用效率对不同开关站的电能进行输送匹配；本技术能够自动且即时准确的分析各个二级单位和工序的单位电能消耗，及时发现和改进工序能源消耗的瓶颈。
50.生产用电是存在高峰期的，若处在高峰时集中用电，则会对输电线、配电设备等均
造成损害，对输电过程中的各个设备的使用寿命均造成影响，所以为了合理安排生产时间，保证生产用电的避峰就谷，对电能的利用做到精细管理，所以本技术利用尖峰平谷计算单元进行计算电能的利用。
51.尖峰平谷计算单元用于计算公司各二级计量点及主要负荷前一天或者一月尖峰平谷用电情况，根据各个时段的电费计量，自动计算总的耗电成本，并根据工序产量情况计算工序综合能耗；
52.例如：某工序某天的电费成本：w工序＝p尖*n尖+p峰*n峰+p平*n平+p谷*n谷，p尖为尖峰时刻的用电量，n尖为尖峰时刻时电费单价，p峰为高峰期的用电量，n峰为高峰期的电费单价，p平是一般时刻的用电量，n平是一般时刻的电费单价，p谷是低谷时刻的用电量，n谷是低谷时刻的电费单价，从而得到该工序在某天的电费成本为w工序；
53.该工序的产量为y工序，则该工序当天单位产量电耗为m单耗＝y工序/w工序，并以曲线的形式展示在信息展示模块中，且将其存储在数据库模块中，便于一目了然的发现该工序的异常电耗情况；
54.为了便于对曲线进行记录，让观察者便于观看其中的变化幅度，所以计算相对值此时w1为该工序电费成本的设定值；y1为该工序产量设定值，从而得到相对值s，对每天的s进行记录，得到记录曲线，此曲线能够根据需要调整不同天数之间s的差距，将差距按照一定的比例放大，得到的曲线变化趋势明显，便于直接观察。
55.可以通过尖峰平谷计算单元，对相应工序的启动时间以及产能等进行分配，对工厂用电进行精细管理，指导避峰就谷生产，降低生产的成本，且保证产能。
56.指导单元获取电能消耗平衡数据组、电能损耗数据组、电能无功平衡数据组和工序综合能耗的数据，根据数据指导避峰就谷生产。
57.报表处理单元根据需要生成公司一级数据、二级数据和三级数据计量的电能消耗、平衡情况、线损、外购电量、自发电量的日报、月报和年报，并按照产线生成该产线的电能消耗、单耗、尖峰平谷的日报、月报和年报等，便于用户查询和分析。
58.数据库接口模块用于将上述各个数据实时发送或者更新到数据库模块中，并根据需要将数据库模块中储存的电能处理数据和其他相关的数据定时发送到大数据及能源模块。
59.信息显示模块用于显示在对上述分析的过程和结果进行显示，具体分为处理过程显示、故障信息显示等，用于维护人员跟踪分析系统处理信息。
60.数据采集站通过rs485通讯口以灵活的方式采集相关开关站中的电表数据，具体是利用电力dtl645规约轮询的方式采集电表相关数据，在本实施例中，灵活的方式设置有三种，分别为架构一、架构二和架构三；
61.其中架构一通过数据采集站的以太网通道和附件较远的串口服务器通过光缆连接进行数据采集，架构二通过数据采集站的串口通道直接连接并联各个电能表，架构三通过数据采集站的以太网和站点后台电力基于电力104规约进行数据采集，上述三种架构采集的数据均在数据采集站中进行协议解析、二次计算和累计、存储，本技术采用了灵活的电能数据采集方式，便于进行扩展、计算和存储。
62.大数据及能源模块为总的大数据管理系统，主要利用大数据及能源模块根据需要读取相关的电能数据进行进一步的数据整合计算，并发送相关结果和其他生产数据，判断是否有异常情况的发生，并将结果发送到客户端进行展示。
63.数据库模块是专门的电能采集数据库服务器，负责实时数据、时间数据、电能中间处理数据等数据的存储和请求响应。
64.客户端的应用主要采用网页或客户端安装软件形式，将其安装于各个相关岗位和工序结算点，和数据库模块直接连接，可以通过数据库模块直接获取相关数据，即根据岗位需求可以进行不同权限数据查询，包括实时数据查询、小时数据查询、日报明细查询、月报明细查询、产线报表查询、产线单耗分析、电能平衡分析、版本和升级等界面，利用客户端直接从数据库模块直接调取数据的方式，查询速度较快且准确。
65.一种电力采集能源管理方法，包括以下步骤：
66.数据采集站获取各个开关站的电能数据，对所获取的电能数据进行协议解析、二次计算和累计、存储；
67.数据采集池读取数据采集站得到的电能表数据，利用数据处理单元对数据进行标识处理，将标识处理后的数据按照重要程度进行分类、分级，将分类分级后的数据存储到数据库模块中；
68.电能平衡计算单元调取数据库模块中的数据，计算整个公司电能消耗平衡情况、线损情况和无功平衡分析；尖峰平谷计算单元调取数据库模块中的数据，计算公司各二级计量点及主要负荷在规定期间内的尖峰平谷用电情况，并获取各个时段的电费计量，计算耗电成本，根据工序产能和耗电成本，计算工序的综合能耗，将上述处理的过程数据和处理结果数据存储在数据库模块中；
69.对公司电能消耗平衡情况、线损情况、无功平衡分析和工序综合能耗，进行尖峰平谷分析，指导单元指导避峰就谷生产；
70.报表处理单元获取数据库模块中的数据，生成公司不同重要程度等级的电能消耗、平衡情况、线损、外购电量、发电量的日报、发电量的月报、发电量的年报、产线的电能消耗、单耗、尖峰平谷的日报、尖峰平谷的月报和尖峰平谷的年报等，将报表处理单元得到的报表存储在数据库模块中；
71.客户端可以通过网页或者客户端软件的形式，调取数据库模块中的所有的数据和报表。
72.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。