园区智慧用电管理系统的设计与应用
关键词: 园区,智慧用电,管理系统,系统设计,用电管理,智能化,
引言
随着物联网、云平台等新兴信息科技的日益成熟，未来园区用电管理的发展将更加智能化、信息化。近年来，越来越多的能源互联网企业为园区用电管理提供了解决方案，文献提出基于大数据技术设计开发的智能电表远程抄表系统替代传统的人工抄表方法，能够有效提高抄表的速率，并降低误抄率。文献提出基于无线传感器网络研究开发的建筑智能用电监控系统，实现对用电设备的智能化安全保障，以避免由于设备维修不及时引发的建筑用电安全问题。文献提出利用数据采集器对用电信息进行实时采集，实现对窃电行为的有效监测以及提高了线损管理的智能化水平与效率。但是以上研究成果仅改善了抄表效率低下、设备管理粗放及电能损耗较大等问题，在建筑园区电费业务管理层面上仍存在一些难题尚未得到解决。一方面，传统采用的预付费电表方案并不适用于商业园区，电表下属的负荷大小各有不同，若出现欠费断电的情况，很有可能会对公司业务、数据库等重要信息造成重大损失；另一方面，园区各企业的电表数量众多，“充值流程繁琐”、“电表管理困难”、“业主拖欠电费”等问题严重影响着园区用电管理的服务质量，进而导致入场企业存留率低、园区市场竞争力弱等问题。
园区的服务质量和数字智能化水平是吸引现代企业入驻，赢得市场竞争优势的关键性因素。基础能源服务能力不达标，将意味着园区经济发展能力的下降甚至缺失，因此，如何吸引企业并提升园区服务水平，是园区未来值得思考的发展方向。为解决以上问题，提出在现有研究成果的基础上，建立设计以“业务智能”和“设备安全”为核心理念的园区智慧用电管理系统。
一、园区智慧用电管理系统设计
系统设计是通过特定的技术或组织构成的网络化配置，注重目标用户的需求，用以提供用户所需的服务。作为一种全新的设计思维模式，其特点体现在本身的平衡性，即维持系统“使用端”和“服务端”之间的平衡度，融入了产品及服务的规划设计流程，综合运用设计学理论及方法对产品及管理服务进行一体化的设计实践。系统设计兼顾了视觉设计、功能设计、交互设计、服务设计以及体验设计，用户通过研发的系统平台满足自身的需求和期望，从而有助于提升系统的满意度和便捷度，改善用户体验。这种体验感受是用户在使用系统过程中贯穿于整个管理系统的主观感受。
园区智慧用电管理系统主要由智能电表、数据采集器、数据集中器及其他辅助通讯部件构成，用户端为园区物业使用的Web端程序和业主使用的小程序，用户不仅能实现用户实时用电数据的查询及业务处理功能，拥有平台体验良好的人机交互功能，还可以方便快捷地得到所需信息，享有更为智能化的分析系统和用户管理。系统利用RS-485总线技术一点对多点的通讯特征将智能电表和数据采集器及集中器组成传输监测设备组，实现一个数据采集器与多个智能电表通讯的要求，用以完成对多电表能耗数据的实时采集和有效存储，并将各个电表节点的用电数据经分析处理后实时传输至系统中心进行后台业务操作与算法实现，例如远程抄表、自动生成每月的账单等。另外，系统还可根据传输的电能参数判断当前设备的电压和功率是否超出设定的阈值范围，一旦超出范围即可通过GPRS通讯向用户发送预警信号（手机短信和平台警告），从而保证用电设备处于安全状态。同时，不同经济产业园区的传输监测设备组可以通过以太网技术实现与系统中心计算机的信息互通，完成数字化管理及后续数据的统计处理与分析。智慧用电管理系统总体设计方案如图1。
二、系统硬件设计
基于园区智慧用电管理系统的总体设计，本系统设备配置主要分为以下几个部分。
(1）智能电表。作为整个用电系统的核心部件，它主要用于采集、计量、存储及传输业主原始有功电能数据，对数据进行处理分析及展示，并利用数据库技术实现信息的管理与维护以及数据交互功能。
(2）防盗摄像头。主要目的是监控设备防止被窃。当设备安装箱被打开时，启用摄像头对行为人进行拍照，并将拍摄的照片传输至数据库，若发生设备遗失事件，即可在数据库读取盗窃者的图片信息以锁定目标。
图1 智慧用电管理系统总体设计方案
(3)Flash存储芯片和系统内存动态存储器以及各种设备电源电路模块等其他辅助部件。
(4）数据采集器。主要功能是完成对电表数据的实时采集和存储，并接收服务器远程指令下达至电表节点。
(5）数据集中器。通过预设好的算法，完成对电表数据的实时扫描、采集、处理和传输；完成远程系统中心发出的抄表指令，并对设备进行实时监测及故障上报。
(6）系统管理中心计算机和支持的数据传送通信部件。主要采用以太网技术将各个设备连接构成局部网络系统，实现远程输送和数字化管理。
（一）智能电表
系统采用功能强大且承接多种电力费率计算的智能电表作为整个系统的重要终端设备。电表核心部件是能够采集和存储信息的智能芯片，主要功能是分析与处理采集到的用电信息、对业主有功用电量值、负荷电压、电流等数据进行计算处理，然后传递至系统，再由物业工程部进行专业化的数据分析。在每个线上计费周期开展的账单业务中，物业人员可对园区业主用电数据进行编辑与审核。除此之外，智能电表也能高精度地自动测算出设备工作状态下的参数，并对其进行分析与存储。用户可通过系统的设备监测功能模块来进行报警阈值设置，一旦电表发生异常，系统将及时发送告警命令以阻止问题的恶化，同时将识别结果及告警时间存入数据库，以达到监控各项设备运行状态的目的[11。
（二）集中器
系统采用集中器作为与智能电表实时通讯传输的载体，对于两者之间的通讯途径，此次设计采用的是RS-485通信方式，其中智能电表均配置RS-485的通讯接口。集中器内部的核心部件是一个携带高精度电能的计量芯片，属于中心型设备，能够及时准确地反映集中器本地的各种瞬时信息并完成集中化传输，利用RS-485方式实时采集和存储该区业主用电的电压、电流、功率等数据，并自动对所采集的信息进行科学计算处理，通过GPRS无线传输方式将处理后的数据传送至用电管理系统中心[12。同时，系统服务器发送的指令经由通道传输至集中器进行命令帧分解，解析成集中器可鉴别的信息，根据信息要求采集相应的数据，并传输至系统服务器，实现查询功能，从而完成信息的双向透明传送。另外，集中器可提供设备运行状态等信息并进行自检，对异常及故障事件进行存储及上报，记录异常发生现场的一些重要数据用以后续的分析处理。
图2 数据采集器的实现方案
图3 软件系统功能结构
· 陈映荷
· 闵薇
· 昆明理工大学艺术与传媒学院
