摘要：在信息化技術(shù)應(yīng)用日益發(fā)展的今天，各類用電企業(yè)對于電能的管理已經(jīng)不僅局限于按月的電能計量結(jié)算了，對供電系統(tǒng)運行的實時監(jiān)測、對電能量按工序或設(shè)備的考核、甚至是按單爐單機的成本核算，都需要建立起動態(tài)實時的電能管理系統(tǒng)。本文介紹了基于實時數(shù)據(jù)采集的電能管理系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用情況，對實時電能管理系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)模型、功能結(jié)構(gòu)及各環(huán)節(jié)的應(yīng)用要點進行了分析研究。
關(guān)鍵詞：用電企業(yè)；電能管理；實時數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)采集；
0引言
電能管理系統(tǒng)以智能電表（以下簡稱電能表）為數(shù)據(jù)采集的源頭，利用互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)以太網(wǎng)等各種網(wǎng)絡(luò)通訊方式與實時電能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接，實時電能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將處于分散狀態(tài)的電能數(shù)據(jù)讀取到實時電能采集數(shù)據(jù)庫；依靠實時電能采集數(shù)據(jù)庫，電能采集監(jiān)測系統(tǒng)可以提供動態(tài)實時的電能采集網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測功能；再通過電能數(shù)據(jù)上傳接口定時將電能管理數(shù)據(jù)保存到電能數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，按照設(shè)定的處理周期進行電量結(jié)算，后利用電能管理信息系統(tǒng)提供電能管理信息。根據(jù)不同類型企業(yè)的需要，通過電能數(shù)據(jù)服務(wù)接口可以為ERP等信息化系統(tǒng)提供電能網(wǎng)絡(luò)運行和電量數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)管理與成本管理提供電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)；根據(jù)電能管理用戶的需要，還可以通過外部數(shù)據(jù)接口接受來自企業(yè)內(nèi)部其它信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，例如有關(guān)計劃數(shù)據(jù)、生產(chǎn)實績數(shù)據(jù)等。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。
圖1電能管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
1實時電能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
實時電能采集系統(tǒng)是以實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)為基礎(chǔ)，建立起實時電能采集數(shù)據(jù)庫，采集的主要步驟是：
實時電能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣周期通常可以設(shè)置為500ms。
2電能采集監(jiān)測系統(tǒng)
電能采集監(jiān)測系統(tǒng)是一套有動態(tài)實時功能的Web應(yīng)用軟件系統(tǒng)，它首先提供一套反映系統(tǒng)內(nèi)所管理變電所、開關(guān)站或配電室等電網(wǎng)結(jié)點分布情況和當(dāng)前運行狀態(tài)的“電能采集系統(tǒng)總體監(jiān)測圖”，圖中可以根據(jù)用戶需要設(shè)置各結(jié)點設(shè)備的狀態(tài)，例如：正常運行為“綠色”、故障或檢修停運狀態(tài)為“紅色”、備用狀態(tài)為“灰色”。點擊圖上的某一結(jié)點設(shè)備，可以按電能網(wǎng)絡(luò)圖或電能數(shù)據(jù)表的形式動態(tài)的顯示該結(jié)點內(nèi)部所屬的各個用電部位的電能數(shù)據(jù)。實時數(shù)據(jù)顯示的刷新頻率可以與實時電能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣周期相同。
這一系統(tǒng)的功能主要是為電能管理系統(tǒng)提供基礎(chǔ)的運行管理服務(wù)，也為現(xiàn)場電能表的運行維護提供服務(wù)，同時還可以間接的為電能表所測量的供電、用戶設(shè)備的運行維護提供參考信息。
3電能數(shù)據(jù)上傳接口
按照設(shè)定的數(shù)據(jù)上傳周期，定時由實時電能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提取電能管理需要的數(shù)據(jù)，保存到電能數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。依據(jù)一個企業(yè)對電能數(shù)據(jù)所需要的小時間粒度，上傳周期可以為1分鐘到60分鐘設(shè)置，例如化工企業(yè)若以滿足生產(chǎn)日報為小時間要求，則設(shè)置為10分到60分鐘都可以，但若想滿足轉(zhuǎn)爐煉鋼按爐次計算成本的要求，就設(shè)置為不大于2分鐘?？傊蟼髦芷诘脑O(shè)置，就是以企業(yè)對通電數(shù)據(jù)的需要為前提，根據(jù)系統(tǒng)存儲能力、考慮數(shù)據(jù)的處理效率來確定，設(shè)置時還要兼顧數(shù)據(jù)的保存期限要求。
4電能數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)
電能數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)以關(guān)系數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，針對電量計算數(shù)據(jù)和電力系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)兩個種類分別構(gòu)建出按時間分層的電能數(shù)據(jù)模型如圖2所示。其中：
這種數(shù)據(jù)的分類存儲策略，主要是用來滿足用戶的不同管理需求；而分層的數(shù)據(jù)存儲策略則是為了更好的滿足數(shù)據(jù)的處理效率要求。
數(shù)據(jù)在按設(shè)定的采集周期形成采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的同時，按時自動進行各時間層面數(shù)據(jù)的歸集處理，并且可以根據(jù)不同層面數(shù)據(jù)的使用有效期限設(shè)置自動轉(zhuǎn)儲與清理策略。例如，電能采集原始數(shù)據(jù)、電量計算采集數(shù)據(jù)和電力運行采集數(shù)據(jù)可以設(shè)置為保存3個月到12個月，小時數(shù)據(jù)、班數(shù)據(jù)和運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以保存為3年，日數(shù)據(jù)可以保存10年等。超過保存期限的數(shù)據(jù)自動進行轉(zhuǎn)儲與刪除，這樣能夠在滿足使用要求的前提下盡量減少在線存儲空間的占用，目的就是為了提高處理效率。
圖2電能數(shù)據(jù)模型
5電能管理信息系統(tǒng)
電能管理信息系統(tǒng)是一個面向管理與服務(wù)的Web應(yīng)用軟件系統(tǒng)，它主要由運行管理、計量管理、綜合管理、信息服務(wù)和系統(tǒng)管理五大功能項目構(gòu)成，電能管理信息系統(tǒng)的主功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。
圖3電能管理信息系統(tǒng)主功能結(jié)構(gòu)
6安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案
6.1概述
用戶端消耗著整個電網(wǎng)80%的電能，用戶端智能化用電管理對用戶可靠、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，實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向良性互動。用戶端急需解決的研究內(nèi)容主要包括：表計，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用戶端用電情況進行細分和統(tǒng)計，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用電的使用消耗情況，便于找出高耗能點或不合理的耗能習(xí)慣，有效節(jié)約電能，為用戶進一步節(jié)能改造或設(shè)備升級提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。
6.2應(yīng)用場所
（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、金融機構(gòu)建筑等）；
（3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂場所等）；
（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)等）；
（6）交通運輸建筑（機場、車站、碼頭建筑等）。
6.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
6.4系統(tǒng)功能
6.4.1實時監(jiān)測
系統(tǒng)人機界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能等電參數(shù)信息，動態(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。
6.4.2電能統(tǒng)計報表
系統(tǒng)以豐富的報表支撐計量體系的完整性。系統(tǒng)具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的用電情況，即該節(jié)點進線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計分析報表。該功能使得用電可視透明，并在用電誤差偏大時可分析追溯，維護計量體系的正確性。
6.4.3詳細電參量查詢
在配電一次圖中，當(dāng)鼠標(biāo)移動到每個回路附近時，鼠標(biāo)指針變?yōu)槭中?，鼠?biāo)單擊可查看該回路詳細電參量，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小時相電流趨勢曲線及24小時電壓趨勢曲線。
6.4.4運行報表
系統(tǒng)具有實時電力參數(shù)和歷史電力參數(shù)的存儲和管理功能，所有實時采集的數(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)、時間或選擇查詢更新的記錄數(shù)據(jù)等，并通過報表方式顯示出來。用戶可以根據(jù)需要定制運行日報、月報，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。
6.4.5變壓器運行監(jiān)視
系統(tǒng)對配電系統(tǒng)總進線、主變壓器、重要負荷出線的運行狀態(tài)進行在線實時監(jiān)視，用曲線顯示電流、變壓器運行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負荷率等運行趨勢，分析變壓器負荷率及損耗，方便運行維護人員及時掌握運行水平和用電需求，確保供電安全可靠。
6.4.6實時報警
系統(tǒng)具有實時報警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲?、隔離開關(guān)、接地刀分、合動作等遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件進行實時監(jiān)測，并根據(jù)事件等級發(fā)出告警。系統(tǒng)報警時自動彈出實時報警窗口，并發(fā)出聲音或語音提醒。
6.4.7歷史事件查詢
系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。
6.4.8電能質(zhì)量監(jiān)測
系統(tǒng)可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量進行持續(xù)性的監(jiān)測，運行維護人員可以通過諧波分析棒圖、報表掌握進線、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)測功能的電力儀表，不需要可刪除。
6.4.9遙控操作
系統(tǒng)支持對斷路器、隔離開關(guān)、接地刀等進行分、合遙控操作。系統(tǒng)具有嚴(yán)格的密碼保護和操作權(quán)限管理功能，對于每次遙控操作，系統(tǒng)自動生成操作記錄，記錄內(nèi)容包含操作人、操作時間、操作類型等。實現(xiàn)該功能需要斷路器本身具有電操機構(gòu)及保護保測控裝置具備遙控功能等硬件設(shè)備的支持。
6.4.10用戶權(quán)限管理
系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，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不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。
6.4.11通訊狀態(tài)圖
系統(tǒng)支持實時監(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)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。從而方便運行維護人員實時掌握現(xiàn)場各設(shè)備的通訊狀態(tài)，及時維護出現(xiàn)異常的設(shè)備，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
6.4.12視頻監(jiān)控
視頻監(jiān)控展示了當(dāng)前實時畫面（視頻直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息。
6.4.13用戶報告
用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運行數(shù)據(jù)，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報警事件等進行統(tǒng)計分析。
6.4.14APP支持
電力運維手機支持“監(jiān)控系統(tǒng)”、“設(shè)備檔案”、“待辦事項”、“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、各種事件報警查詢，設(shè)備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢等。
6.5系統(tǒng)硬件配置清單
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應(yīng)用場合 |
型號 |
圖片 |
功能 |
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電能管理軟件 |
Acrel-3000WEB |
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Acrel-3000WEB電能管理軟件全方監(jiān)視用戶配電系統(tǒng)的運行狀態(tài)和電量數(shù)據(jù)，為用戶提供更好的運維服務(wù)。平臺提供用戶概況、電力數(shù)據(jù)監(jiān)測、電能質(zhì)量分析、用電分析、日/月/年用能數(shù)據(jù)報表、異常事件報警和記錄、運行環(huán)境監(jiān)測等功能，并支持多平臺、多終端數(shù)據(jù)訪問。 |
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智能網(wǎng)關(guān) |
Anet-2E8S1 |
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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)議向多平臺轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù);輸入電源:AC/DC22ov，導(dǎo)軌式安裝。 |
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ANet-2E4SM |
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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擴展模塊，485擴展模塊。 |
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ANet-485 |
M485模塊:4路光耦隔離RS485 |
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ANet-M4G |
M4G模塊:支持4G全網(wǎng)通 |
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35kV/10kV/6kV微機保護裝置 |
AM6系列 |
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35kV及以下配電系統(tǒng)線路、主變、配電變壓器、電動機、電容器、PT監(jiān)測/PT并列、母聯(lián)/備自投等保護。 |
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35kV/10kV/6kV弧光保護 |
ARB5-M |
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主控單元，可接20路弧光信號或4個擴展單元，弧光保護〈8組）、失靈保護(4組）、TA斷線監(jiān)測（4組）、非電量保護、裝置故障告警 |
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ARB5-E |
擴展單元，可以插接6塊擴展插件，每個擴展插件可以采集5路弧光信號 |
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ARB5-S |
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弧光探頭，建議安裝地點包括（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^的檢測范圍是一個角度為180°，半徑0.5m的扇形區(qū)域。 |
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35kV/10kV/6kV進線柜電能質(zhì)量在線監(jiān)測 |
APView500 |
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裝置1024點波形采樣，集諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監(jiān)測、電壓不平衡度監(jiān)測、事件記錄、測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)測的要求。 |
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35kV/10kV/6kV間隔智能操控、節(jié)點測溫 |
ASD500 |
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液晶屏顯示一次回路動態(tài)模擬圖、彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、3路溫濕度控制及顯示、遠方/就地、分合閘、儲能旋鈕、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對時、高壓內(nèi)電氣接點無線測溫、全電參量測溫、脈沖輸出、4~20mA輸出 |
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35kV/10kV/6kV傳感器 |
ATE400 |
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合金片固定，CT感應(yīng)取電，啟動電流大于5A，測溫范圍-50-125℃，測量精度±1℃;傳輸距離空曠150米 |
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35kV/10kV/6kV間隔電參量測量 |
APM830 |
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三相(I、u、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cos），零序電流In，四象限電能，實時及需量，電流、電壓不平衡度，66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO,RS485/Modbus，LCD顯示 |
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高壓重要回路 或低壓進線柜 |
APM810 |
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三相(I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、coso)，零序電流In，四象限電能，實時及需量，電流、電壓不平衡度，負載電流柱狀圖顯示，66種報警類型及外部事件（SOE)各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO,RS485/Modbus，LCD顯示 |
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AEM96 |
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三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，總正反向有功電能統(tǒng)計，正反向無功電能統(tǒng)計;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,無功電能精度2級 |
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ADW300/4G |
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三相電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率測量;電壓電流相角、電壓電流不平衡度測量;電壓電流2-31次分次諧波及總畸變測量當(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路測溫;支持1路剩余電流測量;支持本地顯示及按鍵設(shè)置;有功電能精度1級。通訊方式:支持RS485通訊、Lora無線通訊、4G通訊;WIFI通訊 |
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0.4kV出線 |
AEM72 |
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三相電參量U、I、P、0、s、PF、F測量，總正反向有功電能統(tǒng)計，正反向無功電能統(tǒng)計;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.無功電能精度2級 |
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DTSD1352 |
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三相電參量u、I、P、Q、s、PF、F測量，分相正向有功電能統(tǒng)計，總正反向有功電能統(tǒng)計，總正反向無功電能統(tǒng)計﹔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，無功電能精度2級。 |
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ACR120EL |
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LCD顯示、全電參量測量(U、1、P、Q、PF、F);四象限電能計量;RS485/Modbus;可選復(fù)費率電能統(tǒng)計、需量統(tǒng)計;4DI+2DO;RS485通訊接口、Modbus協(xié)議 |
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照明箱 |
DDSD1352 |
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單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，正反向電能計量;紅外及RS485通訊;電流規(guī)格:10(60）A，有功電能精度1級，無功精度2級;可選配復(fù)費率 |
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DDS1352 |
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單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，正反向電能計量;RS485通訊;電流規(guī)格:10(60)A，有功電能精度1級，無功精度2級;尺寸:1P |
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電流互感器 |
AKH-0.66/K型 |
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開口式電流互感器 |
7結(jié)束語
用電企業(yè)通過電能管理系統(tǒng)的應(yīng)用，不但要解決傳統(tǒng)的電能計量結(jié)算問題，更重要的是要實現(xiàn)面向重要工序和重點設(shè)備的電能成本考核管理，真正使節(jié)能降耗從管理層的行為變?yōu)槠髽I(yè)職工全員的自覺行動。一套實時采集、自動結(jié)算、動態(tài)完整的反映電能消耗詳細過程與
綜合狀況的電能信息服務(wù)體系，為企業(yè)的這些需求提供了有力的工具。這種基于實時采集的電能管理系統(tǒng)，還為企業(yè)供電系統(tǒng)的運行管理提供了網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)測管理工具。同時，電能管理系統(tǒng)的實施，也可為企業(yè)ERP等其它信息化系統(tǒng)提供電能數(shù)據(jù)共享。
【參考文獻】
[4] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.05版.
作者簡介：龔永波，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網(wǎng)供配電，Email: 28801392115@qq.com QQ:2881392115
