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[摘 要]通过对能耗数据采集系统项目实施过程的分析，影响能耗数据误差的主要因素是计量环境、计量器具、数据采集、数据处理、数据传输、数据处理与分析，本文着重从这几个方面来分析误差的来源以及响应的改善方式。
[关键词]能源计量 能耗数据 误差分析 数据采集 计量器具
中图分类号：TK01+2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）07-0277-02
The error analysis of data in the energy consumption data acquisition system
Ma Yan
（Xinjiang Uyger Autonomous Region Research Institute Of Measuremant & Testing， Urumqi City， Xinjiang， China 830011）
[Abstract]Through the analysis of the process of implementation of the on-line monitoring data acquisition system of energy projects， main factors affecting the energy consumption of data error is the measurement environment， measuring instruments， data acquisition， data processing， data transmission， data processing and analysis， this paper from the several aspects to analyze the sources of errors and improve the response mode.
[Key words]energy measurement，energy consumption data， error analysis， data acquisition，measuring instruments.
引言
从用能企业能源消费数据能耗数据是直接反映企业用能情况的最基本、最原始的数据。虽然在用能企业中对于能耗数据都相当重视，企业会采用各种办法提高能耗数据的准确度与可靠性，然而能耗数据从采集到最终提交给能源数据在线监测平台的过程中仍然存在大量人为与非人为的因素，从而造成能耗数据误差与异常，部分数据甚至是完全不可用。
1、总体分析
能耗数据采集涉及到数据的采集、解析、计算、分析等多个过程。由于数据采集过程的复杂性，使得影响能耗数据误差的因素多种多样。因此本文讲对能耗数据采集与处理的全过程进行描述，针对各个环节中可能造成能耗数据误差的因素进行分析。
为了便于分析上述过程和可能造成能耗数据误差的因素，现就影响误差的方式与影响程度进行总体说明
2、误差分析
下面针对以上的环节进行具体的说明及因素分析：
2.1 计量环境
误差描述：计量环境是指用于采集能源耗量计量器具的安装环境，一般是由计量器具设计与安装人员根据能源特性、现场环境等因素选定计量位置。在计量器具实际的安装和使用中，经常出现传感器设备安装位置、环境温湿度及其他相关情况不符合计量器具参数指标和能源计量要求的现象。
误差分析：计量环境的正确选择是确保计量器具能够发挥效力的最重要环节。能源计量现场的温度、湿度、大气压力、震动以及光照等都会影响到数据计量精度，因此影响能耗数据误差的因素是最多最复杂的，例如：在进行热能数据计量时，要求热力输送管线测点附近的风速不得大于0.3米/秒，传感器避免阳光直射且远离其他热源。又如在光照条件下测试太阳能热水器性能时，当累积辐照度小雨17000千焦/平方时全天测试无效。
误差改善：计量器具的安装和调试需要专业的设计人员根据国家规范、计量器具要求及经验进行设计和安装调试，按照规范定时进行维护与保养，并定时进行校验。
2.2 计量器具
误差描述：计量器具正确选型是确保计量器具准确性的首要条件，其次是计量器具的正确安装与配置对误差的影响也较大，最后是使用过程中的日常维护与保养。
误差分析：
（1）选型造成的误差：计量器具造成的数据异常，很多情况下是由设备选型的问题造成的，比如：實际流量与计量器具要求的流量范围存在差异，造成计量异常。还比如，对于蒸汽这样的气体能源，应该选择质量流量计却选成了体积流量计。
（2）安装配置造成的误差：计量器具在安装的时候如果不严格按照相关标准和计量器具技术要求进行安装，会对计量数据的准确性造成极大影响。如在安装流量计时，传感器的安装要距离弯头、调节阀、渐扩管等设备达到一定的距离，否则计量结果具有较大的误差。同时在进行二次仪表的参数配置时，如果相关参数配置有误也会出现很大计量偏差，如在配置超声波流量计管径、材质、管壁厚度等参数出现失误时，就会出现计量结果误差较大的情况。
（3）人为造成的误差：计量器具长时间无人维护与保养，就会出现机构误差（由于制造工艺或长时间使用磨损、物质沉积等引起的，如供水管内泥沙沉积等），测量辅助附件误差（如传感器信号线老化等），调整误差（计量器具由于长时间工作出现偏差，未调整至理想状态，如温度传感器松散等），量值误差（如仪表电池老化等）。同时，部分计量器具需要人为进行操作，就有可能因为人为操作失误出现重测、漏测以及错测等问题，对能源消费数据的误差造成一定的影响。
误差改善：在计量器具的选型时需详细了解产品需求，根据需求选择符合要求的计量器具，一些好的计量器具对采集的累计量是有修复功能的，如小流量切除、温压补偿等。其安装和调试需要专业的设计人员根据国家规范、计量器具要求及经验进行设计和安装调试，按照规范定时进行维护保养，并定时进行校验。 2.3 数据采集
误差描述：能耗数据从计量器具中采集到能耗数据采集单元一般通过接口方式，常见的数据通讯方式为RS485/RS-232、4-20mA或累积脉冲等。采用RS485/RS-232数字通讯方式采集的数据较为精确，但采用4-20mA或累积脉冲信号进行数据采集时会出现一定的误差。
误差分析：
（1）4-20mA信号采集主要通过模数转换器将模拟量转换成数字量后进行读取，在该过程中A/D转换位数、采样频率均是影响采集精度的重要因素，其次还包括偏置误差、增益误差、供电电压、输入噪声、电源噪声等，这涉及到A/D采集系统部分的器件选型、电路设计等一系列问题，在此不作详细说明。
（2）累积脉冲采集主要是依靠能耗数据采集单元的数字输入端进行计数，这样就存在触发误差（在门控脉冲在干扰信号的作用下使触发提前或滞后所带来的误差）以及标准频率误差（计数器所采用的频率基准如晶振等受外界环境或自身结构性能等因素的影响产生漂移而给测量结果引入的误差）。
误差改善：能耗数据采集单元选型在符合能耗数据采集系统平台技术要求的前提下，还其采集精度、采样频率等技术参数也应达到相关技术指标。可优先选择采集精度较高的，带有数字化4-20mA校正功能的能耗数据采集单元。
2.4 数据处理
误差描述：采集单元在采集能耗数据时，可能会发生读取数据失败、瞬时数据波动较大等异常，用能企业也会进行仪表更换、人工（班组）清零，当然还会出现仪表损坏等意外情况，这些都会造成读取的累计数据异常。
误差分析：对从计量器具中读取或数据采集单元累积得到的累积量进行处理，转换为能耗量。在采用RS485/RS-232数字通讯方式采集的数据时会出现数据读取失败的现象，如无修正算法就会出现该采样周期内的能耗数据为0的现象，与实际能耗情况不符。同时当用能企业更换仪表、人工清零时，会出现读取的累积能耗数据减小的现象，这样计算出的采样周期内的累计能耗数据出现负值；在4-20mA模拟量信号和累计脉冲数据采集时，如果由于外部因素导致模拟量导致波动较大，如无响应的滤波算法就会导致采集数据偏差。
误差改善：数据采集单元需要进行各类情况的修正算法，如插值法处理数据读取失败的问题，缩短采样周期的同時优化累计值算法解决更换仪表和人工清零问题，滤波算法解决模拟量波动较大的问题等等，采用各种措施尽可能减小数据处理部分导致的能耗数据误差。
2.5 数据传输
误差描述：能耗数据采集系统一般采用无线（GPRS/3G/4G）的方式进行数据传输，无线传输存在网络稳定性的问题，数据传输终端单元可能会掉线重连的现象。
误差分析：部分数据采集单元不具备本地存储功能或数据补招功能，如果在数据传输终端单元掉线时需要进行能耗数据上传，则数据上传不成功，该采集周期的能耗数据就会丢失。
误差改善：尽可能选择带有本地存储功能或数据补招功能的数据采集单元，可实现数据转存和离线数据上传，可进行超时重发，提高数据上传的成功率，减小数据传输环节带来的数据误差。
2.6 数据处理与分析
误差描述：能耗数据采集系统平台在获取到数据传输单元上传的能耗数据后，通过将采集周期内的累积能耗数据乘以折标准煤系数，换算出各种能源标准煤时的标准量，在此过程中，导致误差的主要因素即为折标准煤系数。
误差分析：一般情况下能耗数据采集系统平台采用国标参考系数为准，国标中时以平均低位发热量来计算出折标准煤系数，但用能单位实际所使用能源的热值通常和平均低位发热量不一致。导致这种情况的原因主要为能源产地、煤矸石含量、含水量、空气温湿度等因素，以原煤为例，经常会出现同一产地不同批次原煤的热值存在一定的差异，以及同一产地和批次存放时间长短不同也会导致其热值不一的现场。
误差改善：企业能源折标准煤系数无法通过自动采集的方式进行实时更新，故需用能企业建立健全能源管理体系，及时上报企业所用能源折标准煤系数。
3、结束语
上述从能耗数据采集的全过程针对可能遇到的各种异常情况分别进行了分析与阐述。由此不难发现，能耗数据采集系统平台如要获得准确的能耗数据，需从硬件到软件、从操作到管理的全方位完善才可能确保能耗数据的准确度，对于参与能耗数据采集过程的公司或者企业员工，不论是设计院、自动化公司、软件公司，还是企业操作工、企业管理人员都要进行规范化、制度化、标准化能源消费管理，从基础做起，才能确保企业的能耗数据是准确的、有效的、合理的，才能使企业更好的进行对外上报、能源考核、能源审计的工作。
参考文献
[1]王玲玲.能源计量在节能减排中的应用[J].中国科技信息. 2011（15）：23-25.
[2]刘扬，张华丽.测量数据处理及误差理论[M].北京：原子能出版社，1997.125-132.
[3]张继红，史洲. 国家能源中心能源计量数据远程采集系统简介[J]. 2014 .53： 40-41.
[4]滕敏康.实验误差与数据处理[M] .南京：南京大学出版社，1989.202-217.
[5]毛英泰.误差理论与精度分析[M]. 北京： 国防工业出版社， 1982.118-120.
[6]刘渊.误差理论与数据处理[D]. 大连：大连理工大学，2009.
[7]权威，城市能源计量数据中心设计与应用[D]. 北京：北京工业大学，2013： 33-55.
[8]李贡湘. 数据采集软件系统开发平台设计与实现[D].青岛：中国海洋大学，2013：18-25.
作者简介
马研（1986-），男，辽宁兴城，硕士，工程师，主要从事城市能源计量与管理工作。
[关键词]能源计量 能耗数据 误差分析 数据采集 计量器具
中图分类号：TK01+2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）07-0277-02
The error analysis of data in the energy consumption data acquisition system
Ma Yan
（Xinjiang Uyger Autonomous Region Research Institute Of Measuremant & Testing， Urumqi City， Xinjiang， China 830011）
[Abstract]Through the analysis of the process of implementation of the on-line monitoring data acquisition system of energy projects， main factors affecting the energy consumption of data error is the measurement environment， measuring instruments， data acquisition， data processing， data transmission， data processing and analysis， this paper from the several aspects to analyze the sources of errors and improve the response mode.
[Key words]energy measurement，energy consumption data， error analysis， data acquisition，measuring instruments.
引言
从用能企业能源消费数据能耗数据是直接反映企业用能情况的最基本、最原始的数据。虽然在用能企业中对于能耗数据都相当重视，企业会采用各种办法提高能耗数据的准确度与可靠性，然而能耗数据从采集到最终提交给能源数据在线监测平台的过程中仍然存在大量人为与非人为的因素，从而造成能耗数据误差与异常，部分数据甚至是完全不可用。
1、总体分析
能耗数据采集涉及到数据的采集、解析、计算、分析等多个过程。由于数据采集过程的复杂性，使得影响能耗数据误差的因素多种多样。因此本文讲对能耗数据采集与处理的全过程进行描述，针对各个环节中可能造成能耗数据误差的因素进行分析。
为了便于分析上述过程和可能造成能耗数据误差的因素，现就影响误差的方式与影响程度进行总体说明
2、误差分析
下面针对以上的环节进行具体的说明及因素分析：
2.1 计量环境
误差描述：计量环境是指用于采集能源耗量计量器具的安装环境，一般是由计量器具设计与安装人员根据能源特性、现场环境等因素选定计量位置。在计量器具实际的安装和使用中，经常出现传感器设备安装位置、环境温湿度及其他相关情况不符合计量器具参数指标和能源计量要求的现象。
误差分析：计量环境的正确选择是确保计量器具能够发挥效力的最重要环节。能源计量现场的温度、湿度、大气压力、震动以及光照等都会影响到数据计量精度，因此影响能耗数据误差的因素是最多最复杂的，例如：在进行热能数据计量时，要求热力输送管线测点附近的风速不得大于0.3米/秒，传感器避免阳光直射且远离其他热源。又如在光照条件下测试太阳能热水器性能时，当累积辐照度小雨17000千焦/平方时全天测试无效。
误差改善：计量器具的安装和调试需要专业的设计人员根据国家规范、计量器具要求及经验进行设计和安装调试，按照规范定时进行维护与保养，并定时进行校验。
2.2 计量器具
误差描述：计量器具正确选型是确保计量器具准确性的首要条件，其次是计量器具的正确安装与配置对误差的影响也较大，最后是使用过程中的日常维护与保养。
误差分析：
（1）选型造成的误差：计量器具造成的数据异常，很多情况下是由设备选型的问题造成的，比如：實际流量与计量器具要求的流量范围存在差异，造成计量异常。还比如，对于蒸汽这样的气体能源，应该选择质量流量计却选成了体积流量计。
（2）安装配置造成的误差：计量器具在安装的时候如果不严格按照相关标准和计量器具技术要求进行安装，会对计量数据的准确性造成极大影响。如在安装流量计时，传感器的安装要距离弯头、调节阀、渐扩管等设备达到一定的距离，否则计量结果具有较大的误差。同时在进行二次仪表的参数配置时，如果相关参数配置有误也会出现很大计量偏差，如在配置超声波流量计管径、材质、管壁厚度等参数出现失误时，就会出现计量结果误差较大的情况。
（3）人为造成的误差：计量器具长时间无人维护与保养，就会出现机构误差（由于制造工艺或长时间使用磨损、物质沉积等引起的，如供水管内泥沙沉积等），测量辅助附件误差（如传感器信号线老化等），调整误差（计量器具由于长时间工作出现偏差，未调整至理想状态，如温度传感器松散等），量值误差（如仪表电池老化等）。同时，部分计量器具需要人为进行操作，就有可能因为人为操作失误出现重测、漏测以及错测等问题，对能源消费数据的误差造成一定的影响。
误差改善：在计量器具的选型时需详细了解产品需求，根据需求选择符合要求的计量器具，一些好的计量器具对采集的累计量是有修复功能的，如小流量切除、温压补偿等。其安装和调试需要专业的设计人员根据国家规范、计量器具要求及经验进行设计和安装调试，按照规范定时进行维护保养，并定时进行校验。 2.3 数据采集
误差描述：能耗数据从计量器具中采集到能耗数据采集单元一般通过接口方式，常见的数据通讯方式为RS485/RS-232、4-20mA或累积脉冲等。采用RS485/RS-232数字通讯方式采集的数据较为精确，但采用4-20mA或累积脉冲信号进行数据采集时会出现一定的误差。
误差分析：
（1）4-20mA信号采集主要通过模数转换器将模拟量转换成数字量后进行读取，在该过程中A/D转换位数、采样频率均是影响采集精度的重要因素，其次还包括偏置误差、增益误差、供电电压、输入噪声、电源噪声等，这涉及到A/D采集系统部分的器件选型、电路设计等一系列问题，在此不作详细说明。
（2）累积脉冲采集主要是依靠能耗数据采集单元的数字输入端进行计数，这样就存在触发误差（在门控脉冲在干扰信号的作用下使触发提前或滞后所带来的误差）以及标准频率误差（计数器所采用的频率基准如晶振等受外界环境或自身结构性能等因素的影响产生漂移而给测量结果引入的误差）。
误差改善：能耗数据采集单元选型在符合能耗数据采集系统平台技术要求的前提下，还其采集精度、采样频率等技术参数也应达到相关技术指标。可优先选择采集精度较高的，带有数字化4-20mA校正功能的能耗数据采集单元。
2.4 数据处理
误差描述：采集单元在采集能耗数据时，可能会发生读取数据失败、瞬时数据波动较大等异常，用能企业也会进行仪表更换、人工（班组）清零，当然还会出现仪表损坏等意外情况，这些都会造成读取的累计数据异常。
误差分析：对从计量器具中读取或数据采集单元累积得到的累积量进行处理，转换为能耗量。在采用RS485/RS-232数字通讯方式采集的数据时会出现数据读取失败的现象，如无修正算法就会出现该采样周期内的能耗数据为0的现象，与实际能耗情况不符。同时当用能企业更换仪表、人工清零时，会出现读取的累积能耗数据减小的现象，这样计算出的采样周期内的累计能耗数据出现负值；在4-20mA模拟量信号和累计脉冲数据采集时，如果由于外部因素导致模拟量导致波动较大，如无响应的滤波算法就会导致采集数据偏差。
误差改善：数据采集单元需要进行各类情况的修正算法，如插值法处理数据读取失败的问题，缩短采样周期的同時优化累计值算法解决更换仪表和人工清零问题，滤波算法解决模拟量波动较大的问题等等，采用各种措施尽可能减小数据处理部分导致的能耗数据误差。
2.5 数据传输
误差描述：能耗数据采集系统一般采用无线（GPRS/3G/4G）的方式进行数据传输，无线传输存在网络稳定性的问题，数据传输终端单元可能会掉线重连的现象。
误差分析：部分数据采集单元不具备本地存储功能或数据补招功能，如果在数据传输终端单元掉线时需要进行能耗数据上传，则数据上传不成功，该采集周期的能耗数据就会丢失。
误差改善：尽可能选择带有本地存储功能或数据补招功能的数据采集单元，可实现数据转存和离线数据上传，可进行超时重发，提高数据上传的成功率，减小数据传输环节带来的数据误差。
2.6 数据处理与分析
误差描述：能耗数据采集系统平台在获取到数据传输单元上传的能耗数据后，通过将采集周期内的累积能耗数据乘以折标准煤系数，换算出各种能源标准煤时的标准量，在此过程中，导致误差的主要因素即为折标准煤系数。
误差分析：一般情况下能耗数据采集系统平台采用国标参考系数为准，国标中时以平均低位发热量来计算出折标准煤系数，但用能单位实际所使用能源的热值通常和平均低位发热量不一致。导致这种情况的原因主要为能源产地、煤矸石含量、含水量、空气温湿度等因素，以原煤为例，经常会出现同一产地不同批次原煤的热值存在一定的差异，以及同一产地和批次存放时间长短不同也会导致其热值不一的现场。
误差改善：企业能源折标准煤系数无法通过自动采集的方式进行实时更新，故需用能企业建立健全能源管理体系，及时上报企业所用能源折标准煤系数。
3、结束语
上述从能耗数据采集的全过程针对可能遇到的各种异常情况分别进行了分析与阐述。由此不难发现，能耗数据采集系统平台如要获得准确的能耗数据，需从硬件到软件、从操作到管理的全方位完善才可能确保能耗数据的准确度，对于参与能耗数据采集过程的公司或者企业员工，不论是设计院、自动化公司、软件公司，还是企业操作工、企业管理人员都要进行规范化、制度化、标准化能源消费管理，从基础做起，才能确保企业的能耗数据是准确的、有效的、合理的，才能使企业更好的进行对外上报、能源考核、能源审计的工作。
参考文献
[1]王玲玲.能源计量在节能减排中的应用[J].中国科技信息. 2011（15）：23-25.
[2]刘扬，张华丽.测量数据处理及误差理论[M].北京：原子能出版社，1997.125-132.
[3]张继红，史洲. 国家能源中心能源计量数据远程采集系统简介[J]. 2014 .53： 40-41.
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[5]毛英泰.误差理论与精度分析[M]. 北京： 国防工业出版社， 1982.118-120.
[6]刘渊.误差理论与数据处理[D]. 大连：大连理工大学，2009.
[7]权威，城市能源计量数据中心设计与应用[D]. 北京：北京工业大学，2013： 33-55.
[8]李贡湘. 数据采集软件系统开发平台设计与实现[D].青岛：中国海洋大学，2013：18-25.
作者简介
马研（1986-），男，辽宁兴城，硕士，工程师，主要从事城市能源计量与管理工作。