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电力监控软件的可扩展性设计 安科瑞鲍静君
摘要：本文根据安科瑞电力监控系统软件的设计过程，论述了电力监控系统高扩展性的设计思路和方法，对于电力监控组态软件与电力平台方案的研究有一定的参考价值。
关键字：安科瑞电力监控软件、组态、内存数据库、规约、自动报表、自定义报表
随着电力行业的不断发展，电力监控系统逐渐成为供电配电系统中的重要组成部分。所谓电力监控系统，是在计算机上对系统中各设备的实时运行情况、工作状态、运行历史数据信息、阶段运行后报表信息展示等各方面进行实时监控及信息处理的一套信息管理系统。
电力监控系统实现了设备数据的实时采集、处理和实时数据储存、历史数据汇总等，图形化展示各设备实时工作情况、设备数据，对设备数据异常提供实时告警等功能。通过在供电配电设计中使用电力监控系统，较大的提高了系统的工作效率与系统稳定性、设备异常反应的实时性等。
认真研究电力监控系统，有助于我们更加完善供电配电技术，将电力监控系统应用到各个行业中去，能有效地提高供电配电技术水平。安科瑞电力监控软件是为用户提供智能电力监控而研发出的一套完整的供电配电系统解决方案，在本文中，介绍电力监控系统的基本功能，主要从应用的角度介绍可扩展性电力监控系统的设计实现
1 电力监控系统
电力监控系统是基于采集与监视数据的软件控制系统（SCADA，其全称是：Supervisory Control And Data Acquisition）发展起来的，运用计算机技术，在电力系统运行过程中进行调度与控制，对设备进行数据采集与设备控制等行为的一种抽象描述，所以控制系统本身技术上可以应用于所有工业控制领域的各种场景。
2 电力监控软件要求
电力监控系统运行的典型场景模型如图1所示，这种监控系统可以根据实际情况的不同作相应改变。
图1 典型场景模型
2.1 系统可用性
a.系统能够可扩展支持新的设备类型接入与新的协议，设备数据接入是系统核心。
b.工程人员根据电力设计图纸与现场终端设备拓扑，进行电力监控项目开发，在此过程中，要求配置过程相对简单，方便工程调试和修改，以及设备的更换等。
c.界面组态开发人员能够快速对应电力监控系统图形界面的画面布局、图形层次与信息表达等内容。
d.用户共性的自动化报表以外的个性化支持与扩展，以报表模板的方式支持用户扩展生成多样化的报表，并且与电力监控系统对接，通过系统数据结合模板生成较终报表。
2.2 高实时性与可靠性
采用实时数据库技术，对数据进行处理与展示，保证系统的实时性要求。
3 电力监控软件主要功能
电力监控软件的核心是以应用为导向，较终以图形和报表的形式，展示当前各终端设备数据给用户，显示当前系统状态和为用户决策行为提供数据支持，图2为系统功能模块与框架说明。
图2 系统功能模块与框架说明
3.1 对电力设备进行数据采集与处理
电力监控软件实时采集各终端设备的遥信、遥测、遥脉等数据，提供实时数据库高实时性的数据访问与处理，确保系统中各设备数据实时更新，图形化动态展示及监控系统实时提醒非正常运行的供电设备。
3.2 对电力设备进行控制
系统调度或监控发出命令以实现远程操作。利用电力监控软件主动发出信号给远程终端设备实施控制操作，远程终端设备接受并执行相应命令实现远程控制。电力监控系统对操作进行流程化与规范化，对整个电力监控系统的运行过程进行控制规范化，减少人工控制带来的误操作风险。
3.3 设备阶段数据监视
电力监控系统实时动态图形化展示设备阶段时间内运行的设备数据情况，系统管理者可根据设备阶段运行动态情况决策分析出当前设备运行情况与系统内可能出现的问题，并做趋势判断以确保系统的正常运行。
3.4 报表处理
在电力监控系统中提供电子报表系统，可对接电力监控系统中的历史数据、实时数据，根据报表模板、运算公式生成结果并载入，形成自定义与自动生成的具有图文并貌特征的数据信息报表，直观清晰反映出阶段内系统中终端数据统计情况。
4.可扩展电力监控软件的接入方式与场景需求变化应对
当前数据终端设备通讯方式、协议多样，应用场景多变，因此需要设计出高可扩展性电力监控软件，以快速对应各项目应用，提高软件的适用性与项目开发的效率，提高软件的生命力，实现软件设计过程中的数据接入与转发、系统图形、内存库动态调配大小、报表等方面的动态扩展性。
4.1数据处理
数据接入和转发：提供系统本地数据转发给三方平台或者系统作为对称的结点存在于大系统中。
通讯方式： 目前电力系统主要为有线通讯，其中包括串口，网口，光口。分布式光伏有时还会用到无线通讯。
通讯协议： Modbus/RTU、IEC 103、IEC 101、DL/T645、CDT、DISA（CDT规约升级版）规约等。
各协议的驱动由单独模块实现，规约驱动管理模块通过规范化模块接口，系统根据规约驱动模块名称，执行*规范接口，加载规约驱动。图3对系统驱动可扩展设计交互流程说明。
图3 对系统驱动可扩展设计交互流程说明
4.2系统图形组态
电力管理系统中的各智能终端设备的状态与数据，需要图形化直观的以拓扑图、电力一次图、二次图等方式展示给系统的使用者，显示当前系统各设备状态，其中涉及较多图元、图形、图表等绘图元素，且组态时各部分支持用户图形自行扩展，以适应不断增加的电力设备类型与用户需求展现形式多样性。
图元：系统默认提供常用设备图元，用户也可自定义绘制
图形：图形高度组态，系统拓扑图、一次图、二次图用户可自由绘制、绑定数据，直观反映
图表：曲线图形提供实时与历史曲线结合，展示多点的所有历史和当前运行情况，为决策提供直观数据
4.3报表系统
报表系统作为电力管理系统中重要的组成部分，将整个系统阶段运营情况作汇总。报表的用途多样，可作为能耗分析、电能管理等方面决策的数据支撑。根据电力管理的特点，系统支持自动化报表、自定义报表，满足用户多样化需求及电力管理系统的报表可扩展性需求。
自动报表：电参量报表、电能报表能够自动生成，直接反映系统中各终端设备真实数据。
用户自定义报表：用户提供报表模板与计算公式，采用脚本方式获取系统数据进行填充，报表数据是进行分析的结果，提供更具体直观的报表，符合系统使用方多样化需求。
4.4内存数据库管理系统
电力监控系统软件采用内存数据库与数据库相结合，主要是因为电力监控管理软件对数据实时性要求高，需要时间反映设备运行状态，且系统与终端设备进行数据交互频繁，数据不断变化且大多是中间临时数据，所以采用高速内存存储实时数据信息，通过计算引擎把有意义的数据或者用户关心的信息数据进行转储到数据库，即保证了系统的实时性与数据保存的持久。
使用内存库保存数据时，数据量大，多个系统需要共享数据，从多个角度展示给不同的系统用户，实现形式上采用文件内存映射的方式，组织形式上在设计内存数据库时与数据库管理相似，便于各程序对设备数据进行查找与读写操作，索引过程可根据数据量大小建立直接索引与HASH索引，管理形式上由实际数据量决定文件全量映射或者分页式管理文件映射（LRU换页），各表在内存数据库大小可调配，由接入设备与数据点数量决定，从而支持系统可扩展，减少大开小用的浪费情形。
5 总结
电力监控系统作为电力系统的一个重要组成部分，在电力系统的不断发展过程中，要求电力监控系统能够适应不断发展的电力终端设备与电力技术。以上从数据接入转发、系统图形组态、报表系统和数据库系统等四个系统的核心方面，在技术实现角度对可扩展性电力监控软件的设计进行说明，可扩展设计保证了软件的对于行业不断发展适用性。
文章来源：《自动化博览》2017年2期。
能耗在线监测系统在江阴港口集团办公楼中的应用 安科瑞 鲍静君
摘要：介绍了江阴港港口集团有限公司新建办公楼能耗在线监测系统的系统结构、数据采集及系统软件的功能实现。通过对各办公室空调、照明与插座用电进行分析处理，把分析处理结果通过表格、图片等方式进行公布。企业管理人员可通过该系统平台，建立健全企业节能管理制度，约束各用能单位的能源消耗，提高企业办公的运行能效。
关键字：办公节能；用能管理；能耗监测；港口； 数据采集
0 引言
能源消耗是企业生产成本中重要的可控部分，降低能源消耗是企业降低生产成本的重要途径。随着社会的不断进步和科学技术的不断发展，节能技术和装备如锅炉窑炉、电机及拖动设备、余热余压利用装备、节能仪器设备等已广泛应用于企业生产工序的各个环节。生产型企业的办公管理能源消耗量（主要为耗电量）也是其能源消耗的重要组成部分，但因其占能源消耗总量的比重不大，在企业节能改造实施过程中往往被忽略。如果在企业办公建筑中建立能源监管体系，通过计算机等辅助手段将能耗分类计量，就可发现高能耗点和不必要的能耗消耗量，在此基础上加强用能考核管理，往往可以起到事半功倍的效果。
本文结合江阴港港口集团股份有限公司5号码头新建办公楼能耗（电能）在线监测系统，对生产型企业如何建立有效的办公管理用能监测进行了详细介绍。
1 配电情况及建设目标
江阴港港口集团股份有限公司5号码头新建办公楼为三层办公楼，该楼电源总进线由码头5#变电所0.4kV配出回路引入至总配电箱。总配电箱位于一楼网络机房外间，设总开关、各楼层总开关，再采用放射式与干状式混合的配电模式将电源引至各办公室。各办公室均设单独的PZ30配电箱，为便于电能的消耗分类，电源引入各办公室后分配为空调用电和照明插座用电。如下图所示为该办公楼三楼各办公室的分布示意：
图1 办公楼三楼各办公室分布示意
系统建设方和承建方经充分讨论，认为该能耗在线监测系统应实现如下目标：
1.各办公室的用电按空调用电、照明插座用电分别计量，实现能耗波动幅度跟踪，实现能耗的准确预测；
2.将各办公室用电按部门进行汇*计，并以帮图、曲线等多种形式展示，实现能耗监测，避免不合理能耗；
3.可建立用电成员值，对**额用电或非正常用电等起到提示作用，实现能耗标准化管理，形成具有推广性的标准规范；
4.系统建成后能于局域网内电脑查看该系统的展示数据；实现能耗量化分析、能耗管理流程化和精细化管理，节能效果评估，实现对节能改造措施的管理；
2 系统组网结构设计实现
依据新建办公楼的配电情况和办公室分布情况，能耗在线监测系统建设采用分层分布式结构，系统包括：站控管理层、网络通讯层、现场设备层。系统网络结构如图2所示：
图2 系统网络结构图
管理测控层是针对系统的使用和维护人员的人机交互窗口，也是系统的较上层部分。在该能耗在线监测系统的建设中，配置了数据服务器用以采集、存储与处理各回路耗电信息、Web服务器将友好的人机界面通过互联网展示给使用者，并设置了用于系统日常维护的工程师工作站；
通讯控制层主要是由通讯服务器、接口转换器件及总线网络等组成，是数据信息交换的桥梁。在该项目方案中通讯控制层配置1台8端口数据采集器，考虑到通讯可靠性及防雷等因素，配置串口隔离设备。1～3楼层按东西侧分别引一根RS485总线，连接位于各办公室的单相计量表计至串口服务器，通讯总线采用屏蔽双绞线（RVSP2×0.75），穿Φ25管沿墙壁铺设至各房间；
现场设备层主要是连接于网络中用于电参量采集测量的各类型的仪表等，也是构建该配电系统必要的基本组成元素。为建立用电分项计量体系，在本项目方案设计时即为每个办公室的PZ30箱内安装两只单相一次接入导轨式电能计量表，分别计量该办公室的空调用电和照明插座用电。基于该设计方案，办公楼1楼层16个办公室配置32只单相计量表计、2楼层17个办公室（含会议室）配置34只单相计量表计、3楼层17个办公室（含会议室）配置34只单相计量表计、总配电箱配置4只三箱计量表计。
3系统功能设计实现
能耗在线监测系统围绕系统建设目标，设计了以下软件功能：
1.用电回路清晰的计量体系结构
江阴港港口集团办公楼共有三层，能耗系统在办公楼总进线、各楼层、各办公室分别安装了两个电能表，分别用来计量空调用电和照明插座用电，结合 4只用电总表，整个系统共设置了104个计量点，建立了覆盖整个办公楼的用电计量体系。系统软件中建立了计量体系展示功能，如图3所示，系统使用人员通过该功能界面可一目了然的了解该办公楼的配电层次分级情况；
图3 计量体系展示
2.电能管理ERP
系统管理或维护人员还可以通过用电回路信息维护功能配置用电支路的名称、用电类型（空调用电、照明插座用电）、所属部门、电能表类型等信息，该功能使得系统可以对各用电回路的用电量自动按部门进行统计，可对管理用电按部门划分，建立类似于财务ERP的电能管理ERP分配功能。该功能便于办公室所属部门的变更等信息变化时系统的维护工作。配置界面如图4所示；
图4用电回路信息维护
3.用电展示与能耗排序
系统主界面可直观的以数据和棒图形式显示该办公楼当月用电、上月用电、当年用电、上年同期用电电能消耗总量、当月每日空调耗电量结合气温变化的趋势、当月照明插座耗电量的平均值与变化对比趋势、各部门当月耗电量的排名情况，企业节能办或企业管理人员通过该界面可直观了解企业用电消耗概况。如图5所示；
图5 系统展示画面
4.节能潜力挖掘——非工作时段用电分析
该电能管理系统软件具备逐日显示各回路的用电情况的功能，并且将非工作日用电以蓝色柱体区别显示，并标定日耗电平均值线，如某日用电明显**平时正常用电，则可通过系统的用电回路逐时分析查找耗电点，进行必要整改，防止非正常耗电情况的发生。如图6回路逐日用电棒图趋势和图7某回路逐时用电分析趋势；
图6回路逐日用电棒图趋势
图7 某回路逐时用电分析趋势
5.分时段电能管理
电能管理系统可根据供电局电费标准于软件中设置峰、平、谷的时段和费率，也可根据客户的实际情况设置工作和非工作时间段，通过能耗系统可以找到各回路非工作时间的不合理用电，通过奖惩措施使员工养成下班后及时关闭用电设备的习惯，如图8 峰、平、谷时段耗电展示；
图8峰、平、谷时段耗电展示
6.建立绩效考核措施
办公楼主要用于行政办公，系统根据客户要求将各个办公室划分到每个部门，系统自动完成部门用能的统计与分析，并可于系统信息维护中录入部门人员数量、各部门建筑面积等信息，并按综合耗电量、人均耗电量、单位面积耗电量进行综合排名分析，并可对各部门、办公室进行耗电**信息录入，当耗电量接近或**限值时，自动弹出提示信息，如图9为部门综合耗电量排行；
图9 部门综合耗电量排行
7.用电量统计报表
系统软件自动采集并按部门生成用电量月报表，该报表可提交财务或自动转入财务ERP系统，便于各部门的独立核算，如图10用电量月报表；
图10 用电量月报表
用能管理考核单位通过以上软件功能的实现，合理的制定了各部门的用电成员值，并将用电量以财务数据反馈至各部门，建立了有效的用能管理考核制度。通过系统的建设和制度的建立，使企业管理办公人员节能意识大大提高，有效的节约了企业管理办公能源消耗。
4结束语
企业管理办公能耗在线监测系统的设计主要是结合信息技术建立一套符合用户实际需求的计算机辅助管理软件，系统软件通过数据实时采集与自动存储，得到用电过程的原始数据；通过功能设计与实现，对数据的优化与整合，并以友好直观的人机界面展示给企业管理人员，对其用电管理模式的改进提供数据支撑，建立用电考核机制，从而实现办公用电的科学化管理。
参考文献：
[ 1 ]任致程 周中. 电力电测数字仪表原理与应用指南[M]. 北京. 中国电力出版社. 2007. 4
[ 2 ]姜海涛，赵月.需求侧负荷管理系统建设分析[J].华北电力技术,2006(10):20-22
[ 3 ]岳明.用户侧电能管理系统及其应用[E].电力需求侧管理 15卷 5期 2013.9
文章来源：《自动化博览》 2014年1月 期