智能信息技術(shù)在電能計(jì)量中的探索性應(yīng)用

【摘要】電能計(jì)量是掌握電力消耗與調(diào)度情況的基礎(chǔ)，但是存在工作質(zhì)量受人為因素影響、工作流程難以系統(tǒng)化管理和運(yùn)行、工作水平與智能電網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)存在差距等問題。為了解決這些問題，本文提出了利用智能信息技術(shù)構(gòu)建電能計(jì)量系統(tǒng)的方法。利用智能傳感器、云網(wǎng)絡(luò)和大數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)電能信息的實(shí)時(shí)采集、在線分析與高效利用，最終減少用電消耗、促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)提質(zhì)增效。

【關(guān)鍵詞】電能計(jì)量；智能技術(shù)；信息技術(shù)；用電量優(yōu)化

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.06.057

Exploratory Application of Intelligent Information Technology in Electric Energy Measurement

LIU Chenchen

（State Grid Datong Power Supply Company， Datong 037000， China）

Abstract： Electricity metering is the foundation for mastering power consumption and scheduling， but there are problems such as the influence of human factors on work quality， difficulty in systematic management and operation of work processes， and the gap between work level and smart grid construction goals. To address these issues， this article proposes a method of constructing an energy metering system using intelligent information technology. By utilizing intelligent sensors， cloud networks， and big data， real-time collection， online analysis， and efficient utilization of electrical energy information can be achieved， ultimately reducing electricity consumption and promoting the improvement of industrial production quality and efficiency.

Keywords： electricity metering； intelligent technology； information technology； power consumption optimization

1電能計(jì)量現(xiàn)存問題分析

1.1工作質(zhì)量受到人為因素的影響

在電能計(jì)量領(lǐng)域，工作程序煩瑣且工作量大。無論是電能數(shù)據(jù)抄錄、統(tǒng)計(jì)、分析還是監(jiān)測，當(dāng)前都是依靠人力資源的大量投入來實(shí)現(xiàn)的[1]。這種工作模式下，電能計(jì)量結(jié)果的準(zhǔn)確程度依賴工作人員的職業(yè)素質(zhì)和敬業(yè)精神，工作效率取決于工作人員的工作積極性。由此可見，電能計(jì)量的工作質(zhì)量容易受到人為因素的影響，無論是計(jì)量結(jié)果的準(zhǔn)確性還是工作效率都難以得到精準(zhǔn)的控制[2]。

1.2工作流程難以系統(tǒng)化管理和運(yùn)行

電能計(jì)量是一項(xiàng)相對(duì)復(fù)雜的工作，需要持續(xù)不斷地對(duì)電能運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測，對(duì)包括電壓、電流、功率等指標(biāo)在內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行周期性采集和分析，通過數(shù)據(jù)分析建立電能系統(tǒng)工作模型并發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律性變化。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)電能系統(tǒng)的工作特點(diǎn)制定合適的管理策略，對(duì)電能計(jì)量過程實(shí)施科學(xué)管理。復(fù)雜的工作程序和嚴(yán)格的時(shí)間管理方式，增加了電能計(jì)量系統(tǒng)化管理的難度，給電能計(jì)量管理系統(tǒng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)帶來了挑戰(zhàn)[3]。

1.3工作水平與智能電網(wǎng)的建設(shè)目標(biāo)存在差距

電能計(jì)量是電網(wǎng)使用與管理的重要環(huán)節(jié)，擔(dān)負(fù)著電網(wǎng)運(yùn)行效果監(jiān)測、用電需求分析等重要任務(wù)[4]。通過進(jìn)行電能計(jì)量，可以統(tǒng)計(jì)電網(wǎng)內(nèi)各電氣設(shè)備的運(yùn)行情況，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)的質(zhì)量和效益給出評(píng)價(jià)。在電網(wǎng)建設(shè)中，綜合電能計(jì)量監(jiān)測信息可以完善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、改進(jìn)服務(wù)模式。為了更好地提升電網(wǎng)的供電效益，智能電網(wǎng)建設(shè)被提上議程[5]。

2智能技術(shù)對(duì)電能計(jì)量的促進(jìn)作用

2.1提升電能計(jì)量工作的綜合效能

為了減少人為因素對(duì)電能計(jì)量工作質(zhì)量的影響，可以利用智能技術(shù)改進(jìn)電能計(jì)量的工作模式。智能技術(shù)在電能計(jì)量工作中的深入應(yīng)用，可以減少人力資源的投入，進(jìn)而節(jié)約工作成本、提升工作效率和質(zhì)量。利用智能化設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)電能數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸后進(jìn)行自主分析，將分析結(jié)果面向管理者或者用戶進(jìn)行可視化顯示；可以對(duì)電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行全天候監(jiān)測，及時(shí)辨識(shí)、判斷設(shè)備故障并發(fā)出預(yù)警信號(hào)。利用智能技術(shù)改進(jìn)電能計(jì)量的工作模式，可以解放人力資源、改進(jìn)工作質(zhì)量，最終促進(jìn)電能計(jì)量工作綜合效能的提升。

2.2實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量工作的體系化管理

電能計(jì)量工作流程復(fù)雜、工序繁多，無論是數(shù)據(jù)抄錄、統(tǒng)計(jì)、分析還是監(jiān)測，都需要按照預(yù)定的工作流程進(jìn)行規(guī)劃并實(shí)施。借助智能技術(shù)開發(fā)工作流程管理程序，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)工作環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、精準(zhǔn)掌握每個(gè)環(huán)節(jié)的完成時(shí)間，同時(shí)多維度規(guī)劃并行工作流程，提高工作效率的同時(shí)獲得最優(yōu)的管理效果。

2.3助力智能電網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)獲得實(shí)現(xiàn)

利用信息技術(shù)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行模式和組織管理方法進(jìn)行改進(jìn)，基于智能傳感器對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并融合處理，基于云網(wǎng)絡(luò)搭建數(shù)據(jù)分析平臺(tái)并對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行不間斷監(jiān)測，基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行探究并預(yù)判運(yùn)行中的安全隱患，通過這些措施可以使電網(wǎng)的運(yùn)行更高效，同時(shí)提供的服務(wù)更加人性化。

3電能計(jì)量中智能技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例

3.1電能計(jì)量系統(tǒng)基本情況概述

某工廠位于某工業(yè)城市的市郊，具有產(chǎn)品自研與生產(chǎn)加工能力，重要生產(chǎn)線24小時(shí)不間斷輪換開機(jī)。工廠的電能來自市級(jí)電網(wǎng)，在接入段設(shè)有電能計(jì)量系統(tǒng)。為了對(duì)工廠用電情況實(shí)施系統(tǒng)監(jiān)測并建立動(dòng)態(tài)調(diào)度機(jī)制，需要對(duì)電能計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)與改進(jìn)。工廠引入智能技術(shù)，對(duì)標(biāo)智能電網(wǎng)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)電能計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行了智能化改建。

3.2電能計(jì)量系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)合該工廠的生產(chǎn)特點(diǎn)，電能計(jì)量系統(tǒng)需要具備電量數(shù)據(jù)自主采集、電量數(shù)據(jù)高速傳輸、電量數(shù)據(jù)智能分析與用電故障預(yù)判等功能。為了實(shí)現(xiàn)這些功能，電量計(jì)量系統(tǒng)的基本技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。

3.3電能計(jì)量系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

在圖1中，電能計(jì)量系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集電能數(shù)據(jù)、供配電及用電設(shè)備的工作狀態(tài)、供配電機(jī)房內(nèi)環(huán)境信息，將這些數(shù)據(jù)信息利用云網(wǎng)絡(luò)傳輸至中心服務(wù)器，在中心服務(wù)器內(nèi)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后進(jìn)行規(guī)律統(tǒng)計(jì)分析，并將分析結(jié)果進(jìn)行可視化顯示。此外，在對(duì)數(shù)據(jù)規(guī)律進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)電網(wǎng)設(shè)備中可能存在的故障隱患進(jìn)行辨識(shí)，一旦發(fā)現(xiàn)有可能出現(xiàn)的故障即刻發(fā)出報(bào)警信號(hào)，必要時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行電網(wǎng)運(yùn)行的冗余備保。為了實(shí)現(xiàn)以上目的，在電量計(jì)量系統(tǒng)中應(yīng)用了以下關(guān)鍵技術(shù)。

1）基于智能傳感器的電量數(shù)據(jù)自主采集

在電能計(jì)量系統(tǒng)中，需要采集的數(shù)據(jù)主要分為三個(gè)類型，分別是電能數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)和環(huán)境信息。這些數(shù)據(jù)類型不一、數(shù)據(jù)量繁雜，需要分門別類地應(yīng)用不同形式的傳感器。對(duì)于電能數(shù)據(jù)，在電量計(jì)量系統(tǒng)的輸入端接入智能讀表設(shè)備，電壓、電流、功率等參數(shù)被讀表設(shè)備記錄；對(duì)于設(shè)備狀態(tài)信息，利用非接觸式傳感器對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，比如對(duì)于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速用高速攝影儀進(jìn)行監(jiān)測，對(duì)于設(shè)備的工作溫度利用溫差式紅外傳感器進(jìn)行測量；對(duì)于環(huán)境信息，利用溫濕度計(jì)對(duì)工作廠房和設(shè)備間內(nèi)的溫度和濕度進(jìn)行測量。這些數(shù)據(jù)被不同的傳感器和儀器記錄，其中，電能數(shù)據(jù)和環(huán)境信息需要不間斷記錄，設(shè)備狀態(tài)信息記錄時(shí)間與設(shè)備開機(jī)運(yùn)行時(shí)間保持一致。

2）基于云網(wǎng)絡(luò)的電量數(shù)據(jù)高速傳輸

采集的數(shù)據(jù)信息包括電能數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)和環(huán)境信息，需要分類通過云網(wǎng)絡(luò)傳輸至中心服務(wù)器。云網(wǎng)絡(luò)采用無線擴(kuò)頻技術(shù)構(gòu)建，采集數(shù)據(jù)信息后轉(zhuǎn)換成二值邏輯信號(hào)，利用擴(kuò)頻的序列碼對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，將對(duì)應(yīng)的序列碼作為關(guān)聯(lián)信號(hào)發(fā)送。在網(wǎng)絡(luò)終端，只有確保序列碼正確才可以對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行解碼，從而避免不同類型數(shù)據(jù)之間的相互干擾。云網(wǎng)絡(luò)具有大帶寬的特點(diǎn)，不僅可以滿足當(dāng)時(shí)數(shù)據(jù)量的使用需求，還預(yù)留擴(kuò)容接口，為將來連接更多設(shè)備提供可能性。

3）基于大數(shù)據(jù)的電量數(shù)據(jù)智能分析

對(duì)于采集到的數(shù)據(jù)信息，在中心服務(wù)器內(nèi)進(jìn)行預(yù)處理和規(guī)律分析。數(shù)據(jù)信息在采集和傳輸過程中，可能受到周圍環(huán)境以及設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定的影響而帶入擾動(dòng)。在中心服務(wù)器內(nèi)，首先對(duì)采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行預(yù)處理，將出現(xiàn)躍變的數(shù)據(jù)判定為擾動(dòng)而剔除，之后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，按照電能數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)和環(huán)境信息等三大類進(jìn)行存儲(chǔ)。由于數(shù)據(jù)是在連續(xù)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行采集而得到的，數(shù)據(jù)量大且分布間隔一致，因此可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行分析。對(duì)于每類數(shù)據(jù)，不斷進(jìn)行擬合分析，發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律，將這種變化規(guī)律利用曲線圖的形式在終端進(jìn)行可視化輸出。工作人員只需要觀察數(shù)據(jù)變化的曲線圖就可以掌握整個(gè)電能系統(tǒng)的運(yùn)行情況。此外，在對(duì)數(shù)據(jù)信息的分析中，不斷利用新采集的數(shù)據(jù)驗(yàn)證統(tǒng)計(jì)規(guī)律是否正確，不斷對(duì)統(tǒng)計(jì)規(guī)律進(jìn)行修正。這樣可以掌握整個(gè)工廠內(nèi)電能消耗情況與供配電設(shè)備工作狀態(tài)的變化規(guī)律，對(duì)工廠的用電情況進(jìn)行全面監(jiān)測。

4）用電故障預(yù)判

基于對(duì)電量數(shù)據(jù)變化規(guī)律的統(tǒng)計(jì)分析，可以辨識(shí)整個(gè)工廠內(nèi)部電能供應(yīng)質(zhì)量的風(fēng)險(xiǎn)隱患，提前采取應(yīng)對(duì)措施。通過對(duì)電能數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)和環(huán)境信息的統(tǒng)計(jì)分析可以發(fā)現(xiàn)，個(gè)別數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，最大可能性是受到擾動(dòng)造成的。當(dāng)短時(shí)間內(nèi)連續(xù)多個(gè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常變化時(shí)，大概率是供電設(shè)備出現(xiàn)了故障。此時(shí)，應(yīng)該及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，必要時(shí)立即下達(dá)工作終止指令，安排專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行隱患排查。在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析過程中，基于對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)變化規(guī)律的分析，利用大數(shù)據(jù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以預(yù)測數(shù)據(jù)未來的變化趨勢，將預(yù)測結(jié)果與采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)兩者出現(xiàn)不一致且偏差較大時(shí)，應(yīng)該發(fā)出設(shè)備故障預(yù)警信息，及時(shí)進(jìn)行故障可能性檢測與排查。利用智能信息技術(shù)進(jìn)行用電故障排查的基本流程如圖2所示。

3.4電能計(jì)量系統(tǒng)應(yīng)用成效

為了比較分析電能計(jì)量系統(tǒng)的應(yīng)用效果，選擇系統(tǒng)改建前后一年的時(shí)間分析工廠的成本支出。在2023年度內(nèi)，該工廠只在7月份進(jìn)行了電能計(jì)量系統(tǒng)智能化升級(jí)改造，除此之外并沒有其余的變動(dòng)。該工廠內(nèi)的所有設(shè)備在每個(gè)月內(nèi)的工作時(shí)間保持不變，因此引發(fā)成本支出變動(dòng)的最大可能是電量消耗。統(tǒng)計(jì)該工廠2023年內(nèi)每月的電量消耗情況，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可以看出，在電能計(jì)量系統(tǒng)改造之前，各月的電能消耗量普遍較大，最低的是4月份的135，870千瓦·時(shí)。電能計(jì)量系統(tǒng)改造之后，各種設(shè)備工作在合適的狀態(tài)下有利于節(jié)約電能，同時(shí)根據(jù)對(duì)電量消耗情況的監(jiān)測進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)度與規(guī)劃實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效，大幅度降低了電能消耗，7月份之后的電能消耗量明顯低于7月份之前，只在8月份達(dá)到了峰值125，800千瓦·時(shí)。

4結(jié)束語

通過實(shí)例分析可以看出，利用本文提出的電能計(jì)量系統(tǒng)構(gòu)建方案可以有效減少用電量消耗，達(dá)到節(jié)約成本支出的目的。在后續(xù)研究中，可以嘗試建立與電能計(jì)量系統(tǒng)相配套的管理措施，通過管理方法的改進(jìn)挖掘電能計(jì)量工作的潛力，促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)提質(zhì)增效，加速工業(yè)強(qiáng)國的建設(shè)進(jìn)程。

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【作者簡介】

劉琛琛，女，1990年出生，工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)殡娔苡?jì)量及采集。

（編輯：于淼）