电能数据采集分析及避峰用电应用

电能数据采集分析及避峰用电应用

张代伟

达拉斯（青岛）特种吸附剂有限公司，山东青岛 266717

电力系统的负荷总是根据设备的运行情况实时变化的，为了碾平电力系统的高峰，填平低谷，促进用户的计划用电和节约用电，充分发挥价格的经济杠杆作用，很多地方实行峰谷电价制。因为在负荷低谷区，发电和供电设备均不能满负荷运行，为此，可给低谷时用电的用户以价格上的优惠，以鼓励用户在低谷时用电。而对高峰负荷期用电的用户，不论基本电价，还是电度电价均高于正常用电的电价。作为工业用户来说，用电总量大，如果能根据政策调整生产时段，在用电总量不变，保证正常生产的情况下，避峰用电，能够节省客观的电费支出。而峰平谷用电量分析及避峰用电措施的制度，都离不开峰平谷电量数据的采集。而目前像电业局计量用的专业峰平谷电表成本较高，不可能工厂里每一台设备都配备。本文将讨论普通带通讯功能的电表如何实现数据采集及峰平谷数据分析。

某工厂为了便于每台主要设备的用电情况，总共安装了73台带通讯功能的电表。为了能够采集相应的电量数据，整个系统的结构如下图1。

图1  总系统图

为了方便布线，系统中安装了一台串口转以太网的串口服务器设备（型号：FBPORT2810-8-D，8串口转以太网，支持RS422,RS485），这样可以将采集到的数据在上位机以太网中传输。另外由于电表数量众多，考虑到modbus网络的传输可靠性，将73台电表分成4的modbus网络分别接入串口服务器。每个网络的电表设备数量分别为:17,18,20,18.网络结构图如图2：

图2  电表硬件结构图

硬件连接好并测试通讯成功后，根据电表的数据通讯协议，编写了数据采集软件，可以手动单电表数据读取，也可以实现所有电表定时轮询读取。正常运行时为每半小时所有电表轮询读取数据一次，读取的数据内容为该回路的A相电压A_V，当前功率KW，功率因数PF，频率HZ，累积电能使用量KWH，并将读取到的数据记录到数据库中以备将来的查询分析，如图3。

图3  数据库记录内容

数据记录到数据库后，下面就要对所采集到的数据进行分析。我们使用最常用的软件MS EXCEL来查询分析。编写VBA代码将数据库中的数据导入EXCEL表格，如图4.

图4  读取数据

为了便于分析计算，我们只将各回路的KW和KWH数据导入到EXCEL中，如图5。也可查看某一设备的用电负荷曲线，如图6.

图5  数据内容

图6  设备用电负荷曲线

用电数据采集到之后就可以进行分析了。下面我们举例说明如何分析避峰用电及可获得的经济效益。

某工厂各用电设备某日9：00到14：00的负荷曲线如图7. 主要生产设备VP的负荷进行分析，如果将设备运行时段延后2小时，从而避开高峰时段，如图8. 那么在设备耗电量不变的情况下，电费将从1922.1元将为1566.3元,节省355.8元人民币。如图9.

图7  设备某日9：00-14：00用电负荷曲线

图8  假设设备运行时间延后2小时

图9  电费节省对比

总结：

1、该系统硬件易于实现，目前常用的普通带485通讯功能的电表都可轻松实现组网。

2、串口服务器转成以太网后方便布线及上位机数据存储。

3、上位机数据分析能够自动采集并计算峰平谷电能数据，适合大规模数据的统计分析。并能直观的给决策者提供全面的数据参考。

4、可移植性强，数据处理方法灵活。

参考文献

(1)李慧静，等，基于 Modbus-RTU 协议的串口通信软件实现，内蒙古科技大学学报，2017

(2)赵忠波，等，基于VB的分布式监控系统MODBUS通信设计，自动化技术与应用，2006