延安新區(qū)北區(qū)能源小區(qū)項目遠程預付費及能耗云系統(tǒng)的研究與應用

0  概述 

       延安能源小區(qū)項目位于陜西省延安市新區(qū)，此項目共包含兩個地塊，其中A地塊14棟樓，B地塊10棟樓，兩個地塊隔了一條馬路，A地塊和B地塊之間無法施工布線組網(wǎng)，物業(yè)值班室位于A地塊。

       本項目為延安能源小區(qū)提供解決方案。本項目共有ADF300多用戶預付費計量箱101臺，針對小區(qū)地下倉庫用電的性質(zhì)實現(xiàn)用電的智能化管理，以保證先收費后用電；同時現(xiàn)場A區(qū)專變、B區(qū)專變配電室及各棟樓單元配電總箱上合計254只多功能電表，通過對各電表的用電進行統(tǒng)計分析，以達到整個小區(qū)用電量及負荷的實時了解及管控幫助管理人員發(fā)現(xiàn)潛在的節(jié)能機會，提高能源利用效率，科學有效地管理能源使用，從而降低能源使用費用，為建立節(jié)約型社會發(fā)揮作用。

1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述

       本監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)延安能源小區(qū)項目遠程預付費及能耗云系統(tǒng)，對小區(qū)地下室倉庫配電箱的末端用戶配電系統(tǒng)進行收費管理及整個小區(qū)能源消耗的管理；監(jiān)控現(xiàn)場101臺ADF300多用戶預付費計量箱，254只多功能儀表，各智能設備通過485總線手拉手連接到就近的數(shù)據(jù)采集箱，每臺數(shù)據(jù)采集箱內(nèi)配置一臺4G路由器，通過4G路由器里的流量實現(xiàn)各處儀表與監(jiān)控云平臺的數(shù)據(jù)連通，完成收費管理及能耗統(tǒng)計分析的系統(tǒng)功能。

本監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，即站控層，通訊層與間隔層；如圖所示：

A區(qū)專變網(wǎng)絡拓撲圖

B區(qū)專變網(wǎng)絡拓撲圖

A區(qū)1#、2#樓網(wǎng)絡拓撲圖

A區(qū)3#、4#樓網(wǎng)絡拓撲圖

A區(qū)6#、7#樓網(wǎng)絡拓撲圖

A區(qū)5#、8#樓網(wǎng)絡拓撲圖

A區(qū)9#、10#樓網(wǎng)絡拓撲圖

A區(qū)11#、12#樓網(wǎng)絡拓撲圖

A區(qū)13#、14#樓網(wǎng)絡拓撲圖

B區(qū)2#、3#樓網(wǎng)絡拓撲圖

B區(qū)4#、7#樓網(wǎng)絡拓撲圖

B區(qū)5#、6#樓網(wǎng)絡拓撲圖

B區(qū)8#、9#樓網(wǎng)絡拓撲圖

B區(qū)1#、10#樓網(wǎng)絡拓撲圖

        間隔設備層主要為：預付費多用戶計量箱ADF300以及配電柜及配電箱上安裝的多功能電表。這些裝置均采用RS485通訊接口，通過現(xiàn)場MODBUS總線組網(wǎng)至就近的數(shù)據(jù)采集箱，實現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場采集。

        網(wǎng)絡通訊層主要為：串口服務器，4G路由器。主要功能為把分散在現(xiàn)場的采集裝置集中采集并通過4G無線網(wǎng)傳至站控層，完成現(xiàn)場層和站控層之間的數(shù)據(jù)交互。

        站控管理層：設有阿里云服務器、工控機、顯示器、打印機等設備。遠程預付費及能耗云系統(tǒng)部署在阿里云服務器上，集中采集現(xiàn)場設備運行狀況，在工控機的對應網(wǎng)頁上以人機交互的形式顯示給用戶。

        以上網(wǎng)絡儀表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通訊協(xié)議，RS485采用屏蔽線傳輸，一般都采用二根連線，接線簡單方便；通訊接口是半雙工通信即通信的雙方都可以接收、發(fā)送數(shù)據(jù)但是在同一時刻只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mbps。

        RS485接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾能力增強，總線上允許連接多達30個設備，傳輸距離為1.2km。

2  B/S架構(gòu)遠程預付費云電能管理系統(tǒng)主要功能

       本系統(tǒng)包括五大模塊，分別是登陸模塊、系統(tǒng)配置模塊、用戶（商鋪）管理模塊、售電管理模塊、報表中心模塊。

        集中抄表服務程序常年運行在阿里云服務器上，不間斷定時對所有表進行遠程抄表；遠程預付費系統(tǒng)包含所有開戶、售電、遙控及報表功能。主要特點如下：

a. 快速配置，即裝即用：將電表和通訊管理機配置導入系統(tǒng)就可以使用；

b. 遠程集中抄表：免去人工抄表，電表狀態(tài)實時性可準確到3分鐘以內(nèi)；

c. 支持單獨計價、多費率、階梯電價：可對每塊電表單獨設置電價、費率和階梯電價；

d. 遠程售電：財務集中管理，電量實時下發(fā)，并比對充值次數(shù)防止作bi；

e. 數(shù)據(jù)**：網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸采用金融級的3DES加密算法，防止數(shù)據(jù)作bi竊電；

f. 遠程控制：可對任意一塊電表執(zhí)行遠程拉閘或保電等一系列遠程控制操作，方便管理；

g. 能耗分析及查詢：用戶和管理員都可查詢預付費表或各類接入的計量儀表每天的用能狀況；

       傳統(tǒng)的IC卡預付費售電管理系統(tǒng)實現(xiàn)了先交費后用電的管理模式，但由于抄收電表數(shù)據(jù)依賴于購電卡，用戶用電數(shù)據(jù)滯后于發(fā)生時間，不僅需要人工抄表，也無法有效進行用電管理、監(jiān)控和實時控制。

       利用遠程預付費電能管理系統(tǒng)，無需IC卡，可以實現(xiàn)計算機遠程集中抄表、實時監(jiān)控、遠程充值和遠程控制，物管部門即可完成整個抄表、收費、控制和核查工作，實現(xiàn)高度信息化和自動化，大大提高用電營銷管理效率和水平，節(jié)約人力物力的同時，也提高了經(jīng)濟效益，同時還具有防信息泄露防竊電的**功能。

3  案例分析

         延安能源小區(qū)項目地下室分配電箱采用安科瑞公司多用戶預付費計量箱ADF300，該儀表主要測量電度值、剩余電量、剩余金額等電參量。

現(xiàn)場實現(xiàn)了以下功能：

1.集中抄表服務系統(tǒng)

       集中抄表服務程序包含三大模塊，除了常年運行的定時對所有儀表進行集中遠程抄表以外，還集成了報警短信發(fā)送服務，能將電費金額預警和欠費預警自動生成手機短信自發(fā)送給對應的用戶，該功能需要與阿里云短信推送服務配合使用。

        系統(tǒng)默認半小時對所有表進行一次遠程集中抄表，時間間隔支持個性化配置。

2.遠程預付費電能管理系統(tǒng)

        本系統(tǒng)包括五大模塊，分別是登陸模塊、系統(tǒng)配置模塊、用戶（商鋪）管理模塊、售電管理模塊、報表中心模塊，主要功能如下：

        1）登陸管理：管理操作員賬戶及權限分配，查看系統(tǒng)日志等功能；

        2）系統(tǒng)配置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數(shù)進行配置；

        3）用戶管理：對商鋪用戶執(zhí)行開戶、銷戶、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作；

        4）售電管理：對已開戶的表進行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作；

        5）報表中心：提供售電、售水財務報表、用能報表、報警報表等查詢，本系統(tǒng)所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導出。

        系統(tǒng)針對商鋪開戶不僅支持一戶一表，也支持一戶掛多表的需要；同時支持和解決了項目改造后新老表切換時，老表金額轉(zhuǎn)入的問題；支持峰谷電價，支持一表一電價；可對單表設置功率過載的閾值，也支持設置單表金額報警的兩級閾值。

       批量遠程操作場景中，系統(tǒng)提供了多項功能，針對開戶、報警1、報警2、欠費、未開戶、失聯(lián)狀態(tài)都有不同的顏色顯示；并且支持遠程對儀表進行遙控，遙控的命令類型如下：

1.電價下發(fā)；2.設置下發(fā)（下發(fā)報警金額閾值和過載功率閾值）；3.保電（強制儀表合閘）；4.恢復預付費（欠費自動跳閘的模式）；5.拉閘（強制斷電）；6.抄表導出（導出當前所有表狀態(tài)為EXCEL）

        系統(tǒng)還將電能計量儀表接入系統(tǒng)，進行遠程集中抄表后，提供了輔助的能耗查詢報表，為能耗分析、用能比對和**用電提供強有力的依據(jù)。

        系統(tǒng)還提供了多個報表以供查詢，分別是日/月/年財務銷售統(tǒng)計報表、失聯(lián)表/通訊管理機查詢報表、能耗查詢報表、實時報警/歷史報警查詢報表，支持導出。以下是財務報表和預付費表日用能查詢報表：

               售電查詢界面

               電銷售報表界面

               電綜合報表界面

4 B/S架構(gòu)能耗云管理系統(tǒng)主要功能

     綜合能耗主界面

當日電用能曲線

反映建筑物當年用能各分類能耗和折算為標準煤的綜合能耗，并計算得到單位面積能耗；

通過表計計量的主要為電能消耗，界面下方顯示電能的當日逐時用能曲線；單擊每個分類能耗的上部區(qū)域，可跳轉(zhuǎn)到該分類能耗的用能分析主界面；

可通過下拉框切換建筑物，建筑物圖片可根據(jù)項目要求替換；

     分類能耗主界面

反映某分類能耗（例如電）當日及昨日同期、當月及上月同期、當年及上年同期的用能及對比，增長百分比及增加值；

反映某分類能耗過去48小時、過去31天、過去12個月、過去3年的用能趨勢；

反映某分項能耗的當月用能餅圖；

反映某分類能耗當年各月用能同比分析圖；

    分類能耗支路用能統(tǒng)計報表

可靈活選擇支路，并統(tǒng)計某段時間內(nèi)支路用能的日、月、周、季、年用能；

通過透視表功能強大，用戶可進行多種數(shù)據(jù)統(tǒng)計，并對數(shù)據(jù)進行組合排序；

統(tǒng)計數(shù)據(jù)可通過柱狀圖、點線圖、堆積圖、餅圖等多種圖表展示；

統(tǒng)計數(shù)據(jù)可導出至Excel；

      分類能耗支路非工作日用能

統(tǒng)計對各支路工作日和非工作日用能，非工作日可通過系統(tǒng)靈活設置

統(tǒng)計數(shù)據(jù)可導出至Excel；

      分類能耗支路同比分析

統(tǒng)計各支路當年每月用能及去年同期用能；

       分類能耗支路用能集抄

查詢各支路任意兩個時間的表計讀數(shù)，并計算出差值；

時間精度到分鐘；

      分類能耗支路分時段用能趨勢分析

可查詢?nèi)我恢纺扯螘r間內(nèi)的用能參數(shù)（例如電壓、電流、功率、功率因數(shù)等），具體可查詢的參數(shù)與安裝的儀表和系統(tǒng)配置有關，查詢時不可跨月；

數(shù)據(jù)以圖表或表格的形式顯示，圖表可通過鼠標操作放大、縮小、移動；可對數(shù)據(jù)進行排序（zui大值、zui小值）；

數(shù)據(jù)可導出至Excel;

5  結(jié)束語

        隨著社會生產(chǎn)的進步，在商業(yè)及小區(qū)用電量不斷增長、對供電質(zhì)量要求不斷提高的同時，也存在大量拖欠電費的情況，加重了物業(yè)的經(jīng)營風險。為了提高電費收繳率，規(guī)避惡意欠費造成的經(jīng)濟損失，我公司特提供遠程預付費解決方案，系統(tǒng)不但可以預收電費，實現(xiàn)“先交錢、后用電”，又可針對用戶有選擇性的進行限電?，F(xiàn)場通過遠程預付費的系統(tǒng)，實現(xiàn)了先交費后用電，可以避免延安能源小區(qū)物業(yè)電費墊資問題，從而緩解了物業(yè)運營的資金壓力，防止了私接偷電的問題；同時對能源小區(qū)的用電進行統(tǒng)計分析，幫助管理人員發(fā)現(xiàn)潛在的節(jié)能機會，提高能源利用效率，科學有效地管理能源使用，從而降低能源使用費用，為建立節(jié)約型社會發(fā)揮作用。做能源小區(qū)項目的節(jié)能工作，對促進和帶動節(jié)能工作，實現(xiàn)節(jié)能減排目標具有重要意義。

參照標準：

ISO/IEC11801 《國際綜合布線標準》

GB/50198 《監(jiān)控系統(tǒng)工程技術規(guī)范》

GB50054-2011       《低壓配電設計規(guī)范》

IEC 61587              《電子設備機械結(jié)構(gòu)系列》

DL/T448-2000         《電能計量裝置技術管理規(guī)程》

DL/T 698.1-2009     《第1部分：總則》

DL/T 698.2-2010    《第2部分：主站技術規(guī)范》

DL/T 698.31-2010  《第3.1部分：電能信息采集終端技術規(guī)范-通用要求》

DL/T/814-2002       《配電自動化系統(tǒng)功能規(guī)范》

DL/T5137-2001      《電測量及電能計量裝置設計技術規(guī)程》

GB2887               《計算站場地技術條件》

GB/T18460.3        《IC卡預付費售電系統(tǒng) 第3部分： 預付費電度表》

住房和城鄉(xiāng)建設部技術要求[2008]114號文

作者簡介：李婧婧，女，本科  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