沈明炎，陈梅秀，肖娜丽，张杰梁

（1 福建省计量科学研究院，福建 福州 350003）

（2 福州市工业产品生产许可证审查技术中心，福建 福州 350011）

基于分层差分法的企业电能计量数据管理方案的研究

沈明炎1，陈梅秀2，肖娜丽1，张杰梁1

（1 福建省计量科学研究院，福建 福州 350003）

（2 福州市工业产品生产许可证审查技术中心，福建 福州 350011）

针对耗能企业的电能计量数据缺少有效管理的问题，文中提出了一种基于分层差分法对企业电能计量数据管理的方案。系统采用结构化设计，通过建立企业电能网络的拓扑模型和算法分析，将企业电能计量数据分层管理，并对各层作差分运算，运算结果可用于企业的用电分析和能耗统计，为企业用电监控、计量器具管理和数据量统计工作等提供一个新的技术方案。

电能计量，分层差分法，拓扑模型，用电分析，能耗统计

1 引言

随着我国节能减排工作的逐步开展，各行各业的能耗企业均加强了能源计量管理，积极减少能源消耗、提高能源利用效率，为缓解能源供应紧张、保护环境、提高企业经济效益、降低生产成本做了大量工作。电能贯穿企业生产的各个环节，用电线路较繁杂、电能计量器具相对较多且分布较复杂等给企业用电监控、计量器具管理和计量数据统计等工作带来较大的困难[[1][；部分企业的相关职能部门对电能计量的数据来源和管理方法不甚明确，在电能计量管理工作上采取照本宣科、应付检查的态度，这导致企业的电能计量管理工作背离了初衷[2]。因此耗能企业为提高企业电能计量、用电管理和成本管控等工作的有效性，在加强电能计量数据管理工作，建立和完善计量管理体系与考核制度的基础上，迫切需要制定一种合理的电能计量数据管理方案。

2 管理方案的设计思想

企业电能计量数据管理主要由三方面组成：一是相应电能计量器具的合理配备；二是电能计量器具的溯源管理，按时进行计量器具溯源，以保证其准确性和良好的工作状态；三是对电能计量器具作数据管理，核算用电成本并及时发现用电异常，以保证企业用电消耗数据的准确性[3]。在企业电能计量数据管理的前两个方面工作已经开展的前提下，分层差分法管理方案的思想是将电能计量数据进行分层分析，通过建立电能网络模型，将各个电能计量器具作为网络的数据节点，对其编号管理，将各同层节点代数和的方式叠加，再依据能量守恒定律，用差分法对各层的数据量进行分析处理，最终得出的结果可用于企业用电分析和检查电能计量异常现象，找出相应的异常点。

3 拓扑模型的建立

在JJF 1356-2012《重点用能单位能源计量审查规范》的“图B.1 重点用能单位能源流向图”和“图B.2能源计量器具配备及计量采集点网络图”对企业能源管理具有指导意义[4]。企业的实际生产时，一个车间或厂区，用电设备多且杂，电能计量器具并不能对应每一个用电设备，往往存在计量器具计量多台用能设备、多个计量器具计量一台用能设备或交叉线路计量的情况，因此仅依据JJF 1356-2012《重点用能单位能源计量审查规范》中针对用能设备对应计量器具的方式来管理能源计量数据[5]，会给实际的工作带来一定的难度。文中提出的电能计量管理方案则是以计量器具为主，以企业用电计量的全面覆盖为前提，即计量器具可计量到全部的用能设备，就可以对企业的用电分析和统计[6]。

电能计量管理方案首先建立企业电能网络的拓扑结构图，呈辐射树状拓扑结构，将电能网络的每一个电能计量器具看作是一个数据节点，每一条馈线线路看作是两个节点之间的支路，则可将企业电能网络描述成如图1（a）所示的电能网络拓扑图，为确定各电能计量器具的逻辑关系，可用“父节点追溯表示法”来描述各节点的邻接关系，如图1（b）所示。

图1 企业电能网络拓扑结构图及邻接关系

4 电能计量器具管理列表编制

将各现场电能计量器具按拓扑结构图编号，将电能计量器具信息以列表方式备案存档管理，记录格式如表1所示。定期对电能计量器具的数据自动化采集或是现场抄读，将采集的数据汇总，表格化管理，记录格式如表2所示，其中数据抄读周期可根据单位实际情况而定，以下以一个月为记录周期。

表1 电能计量器具信息记录表

表2 电能计量数据采集表

5 电能网络拓扑算法分析

5.1 节点分层法

设电能进线第一个节点为源节点，按照节点与源节点连接的分级关系，对电能拓扑结构图进行分层，以树和树支的关系逐级辐射，从第一层形如，第层的电量和叠加上+1层的非父节点的电量后，应与+1层的总电量相近，这两层的差值则为电量层差。将各层的电量层差叠加得出电量总差，可用作线路损耗和计量准确性等用电分析。用户还可通过对各层的差值数据的分析，大致判断出是否存在异常状态，及时有效地进行排查。分层分析结构如图2所示。

图2 电能网络节点分层示意图

5.2 支路分层法

设分叉支路的节点为叉节点，按照分支线距离源结点的支路和叉节点的分布状况，对各分支线进行分层。先找出各支路的末节点，将最末端的叉节点的支分作为第一层，逐级向上一层叠加电量，直至源节点。通过各层的电量叠加得出上一个叉节点所对应的分支的电量，可方便地找出支路与叉节点的电量差异，从而局部分析企业的用电状况。分层分析结构如图3所示。

图3 电能网络支路分层示意图

6 电能计量数据管理方案流程

电能计量管理方案综合运用节点分层法与支路分层法对企业用电进行分析管理，可制定管理计划，连续记录电能网络的层差和总差，并将多次记录的层差和总差拟合成多条分布曲线，根据曲线可直观地分析企业各环节的用电情况，具体流程如图4所示。节点分层法从广度对计量数据统计分析和异常状况检查，支路分层法则从深度分析电能差异，两者相结合，不仅可以更准确地统计电能数据，同时也可以有效地判断出具体的用电异常发生点，及时予以排除和改正。

图4 企业电能周期管理流程图

7 结束语

电能作为企业生产的重要能源，其计量数据的管理是企业生产流程监控和生产成本管控的基础，采用分层差分法的企业电能计量数据管理的方案以新的方式来分析企业用电情况，从计量数据的采集、统计、分析着手，运用合理的数据分析方式，给企业提供一个监控企业各部分的耗电数据的管理方法，能够系统的统计和分析企业用电计量数据，及时有效地发现用能的异常情况，为企业的成本管控和现代化管理提供技术依据。

[1]燕庆广.浅谈中小企业能源计量的管理[J].工业计量.2010,(2).

[2]臧立新.能源计量器具管理中的几点建议[J].中国计量,2013,12.

[3]马宇明.企业能源计量管理问题分析与对策[J].中国计量,2013.12.

[4] JJF 1356-2012重点用能单位能源计量审查规范[S].北京: 中国质检出版社.

[5]宣晓丹.能源计量数据在制定能耗定额标准中的应用[J].中国计量,2013,12.

[6]刘勇,赵永昌,孙单辉.能源资源计量统计数据的有效性和系统性解决方案[J].中国计量,2013,12.

Research of Electric Energy Metering Data Management Scheme for Enterprise Based on Hierarchical Difference Method

SHEN Ming-Yan1, CHEN Mei-Xiu2, XIAO Na-Li1, ZHANG Jie-Liang1
(1 FujianMetrology Institute, Fuzhou 350003, Fujian, China)(2. Fuzhou Industrial Products Production License Review Technology Center，Fuzhou 350011, Fujian, China)

In view of energy consumption enterprises electric energy metering data lacks effective management problems, this paper introduces the electric energy metering data management scheme for the enterprise based on the hierarchical difference method. The system adopts the structural design, with the establishment of the topology model and algorithm analysis of the enterprise power network, manages the enterprise energy metering data hierarchically, and makes the difference operation on each layer. The computing results can be used to the power consumption analysis and energy consumption statistics, provide a new technical to solve the power monitoring , measuring instruments management and data statistics in the enterprise

Electric energy metering; Hierarchical difference method; Topology model; Power consumption analysis; Energy consumption statistics.

2017-05-31

沈明炎，男，福建省计量科学研究院，工程师，国家一级注册计量师，硕士

陈梅秀，女，福州市工业产品生产许可证审查技术中心，工程师

肖娜丽，女，福建省计量科学研究院，工程师，国家一级注册计量师，硕士

张杰梁，男，福建省计量科学研究院，工程师，国家一级注册计量师，硕士