電能管理系統在鹽城中心的應用

 電能管理系統在鹽城中心的應用

孔*  

上海安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定

摘要：介紹鹽城中心電能管理系統，采用智能電力儀表采集配電現場(chǎng)的各種電參量。系統采用現場(chǎng)就地組網(wǎng)的方式，組網(wǎng)后通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)通訊并且經(jīng)過(guò)鹽城內部視頻監控的光纖遠傳至后臺，通過(guò)Acrel-3000型電能管理系統實(shí)現變電所配電回路用電的實(shí)時(shí)監測和電能管理。

關(guān)鍵詞：鹽城中心;變電所;智能電力儀表;Acrel-3000型;自行組網(wǎng);電能管理系統

0引言

鹽城中心（簡(jiǎn)稱(chēng)“島”）地處鹽城市區西端，全島面積268畝，這里東臨串場(chǎng)河、南臨蟒蛇河、西北臨越河，被三條河流圍成三角形狀，自然環(huán)境*。過(guò)去，這里商賈云集，形成了鹽城zui早的商業(yè)。但后來(lái)的島*出不了黃金，沿街店鋪老舊，經(jīng)營(yíng)些日用百貨；擁擠的舊城區破落不堪，衛生條件不好，各種基礎設施相對欠缺；建軍西路狹窄，車(chē)輛行人爭路，經(jīng)常堵塞。市國投集團立足島地理環(huán)境、歷史文化以及城市發(fā)展等方面的優(yōu)勢，開(kāi)發(fā)建設廣場(chǎng)項目。島新建城市綜合體，注定要從鹽城市區的“商業(yè)之源”走向“商業(yè)之巔”。

據鹽城市國投集團陸道如董事長(cháng)介紹，廣場(chǎng)項目?jì)热莨灿兴膫€(gè)大塊：商業(yè)中心，主要由百貨、超市、影院、KTV、餐飲、精品街等組成；文化之所，由傳統文化商業(yè)街、泰山寺、新四軍軍部舊址等組成，其中有全國zui大的文殊閣，供奉智慧化身的文殊菩薩；酒店公寓，主要有五酒店、寫(xiě)字樓、公寓等；廣場(chǎng)景觀(guān)，主要由環(huán)島棧道、廣場(chǎng)、兒童樂(lè )園、景觀(guān)別墅等組成。

建成后的廣場(chǎng)有什么特色？陸道如董事長(cháng)透露：廣場(chǎng)將建成全市單體zui大的建筑體，廣場(chǎng)中的商業(yè)中心，總建筑面積達15.9萬(wàn)平方米；廣場(chǎng)將建成我省長(cháng)江以北zui高的標志性建筑，目前設計的五酒店和寫(xiě)字樓總高達278米，68層，為江蘇長(cháng)江以北的zui高樓，該樓的建成，對鹽城城市發(fā)展和沿海開(kāi)發(fā)都將產(chǎn)生標志性的影響；建成后的廣場(chǎng)還將擁有我市的“通道樹(shù)型交通體系”，建成由地下通道、高架路、橋、電梯和道口等構成的三網(wǎng)立交系統。

由于廣場(chǎng)用電量比較大，并且為響應國務(wù)院制定的一系列節能減排的政策措施，更好的對配電系統進(jìn)行電能管理。因此建立了后臺電能管理系統，對配電進(jìn)行智能化管理。本項目為廣場(chǎng)三個(gè)變電所電能管理系統。根據配電系統管理的要求，需要對廣場(chǎng)三個(gè)變電所內的低壓配出線(xiàn)進(jìn)行電力監測，以保證用電的安全、可靠和。

Acrel-3000型低壓電能管理系統，充分利用了現代電子技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展，對變配電系統進(jìn)行分散數據采集和集中監控管理。對配電系統的二次設備進(jìn)行組網(wǎng)，通過(guò)計算機和通訊網(wǎng)絡(luò )，將分散的配電所的現場(chǎng)設備連接為一個(gè)有機的整體，實(shí)現電網(wǎng)運行的遠程監測和集中電能管理。

1系統設計

本電能管理系統主要由香港新世界、國投運營(yíng)中心和大潤發(fā)總計三個(gè)變電所進(jìn)行變配電管理。高壓電纜進(jìn)線(xiàn)由外邊開(kāi)閉所引來(lái)，并且監控值班室設置在國投運營(yíng)中心的消防監控室。因此，為實(shí)現對整個(gè)廣場(chǎng)電力系統的實(shí)時(shí)監測及對各區用電的電能管理，在值班室設立了監控中心，基于Acrel-3000的電能管理系統后臺，實(shí)現對整個(gè)配電系統的實(shí)時(shí)監測與電能管理。

1.1  系統結構

本電能管理系統主要實(shí)現廣場(chǎng)三個(gè)變電所的0.4kV配電系統的用電監測與電能管理；監測范圍為香港新世界變電所的T1、T2，國投運營(yíng)中心變電所的T3、T4、T5、T6，以及大潤發(fā)變電所的T7、T8、T9、T10變壓器的低壓進(jìn)線(xiàn)柜、聯(lián)絡(luò )柜、饋線(xiàn)柜中的智能電力儀表，從而實(shí)現遠程實(shí)時(shí)監測和電能管理。該系統總計有420只PZ80-E4/C儀表，分20條總線(xiàn)，由于三個(gè)變電所之間距離較遠，并且較為分散，采用每個(gè)變電所內自行組網(wǎng)，然后通過(guò)的視頻監控光纖傳至到國投運營(yíng)中心的消控中心，通過(guò)光電轉換器和交換機，連接至監控電腦，實(shí)該現場(chǎng)總線(xiàn)上儀表與監控主機的數據連通。

系統主要采用分層分布式計算機網(wǎng)絡(luò )結構，如圖1所示：站控管理層、網(wǎng)絡(luò )通訊層和現場(chǎng)設備層^[1]。

圖1 系統總體拓撲圖

1）站控管理層

站控管理層針對電能管理系統的管理人員，是人機交互的直接窗口，也是系統的zui上層部分。主要由系統軟件和必要的硬件設備，如工業(yè)級計算機、打印機、UPS電源等組成。電能管理系統軟件具有良好的人機交互界面，對采集的現場(chǎng)各類(lèi)數據信息計算、分析與處理，并以圖形、數顯、聲音等方式反映現場(chǎng)的運行狀況。

監控主機：用于數據采集、處理和數據轉發(fā)。為系統內或外部提供數據接口，進(jìn)行系統管理、維護和分析工作。

打印機：系統召喚打印或自動(dòng)打印圖形、報表等。

UPS：保證計算機監測系統的正常供電，在整個(gè)系統發(fā)生供電問(wèn)題時(shí)，保證站控管理層設備的正常運行，提供足夠的時(shí)間進(jìn)行數據存儲。

   2）網(wǎng)絡(luò )通訊層

通訊層設備為Nport5630-8串口服務(wù)器。該層是數據信息交換的橋梁，負責對現場(chǎng)設備回送的數據信息進(jìn)行采集、分類(lèi)和傳送等工作的同時(shí)，轉達上位機對現場(chǎng)設備的各種控制命令。

通訊介質(zhì)：系統主要采用屏蔽雙絞線(xiàn)，以RS485接口，Modbus通訊協(xié)議實(shí)現現場(chǎng)設備與上位機的實(shí)時(shí)通訊。

3）現場(chǎng)設備層

現場(chǎng)設備層是數據采集終端，主要由智能儀表組成，采用具有高可靠性、帶有現場(chǎng)總線(xiàn)連接的分布式I/O控制器構成數據采集終端，向數據中心上傳采集的數據。智能電力儀表?yè)撝?zhù)zui基層的數據采集任務(wù)，其監測的數據完整、準確并實(shí)時(shí)傳送至監控主機。

以上網(wǎng)絡(luò )儀表均采用RS485接口和Modbus-Rtu通訊協(xié)議，RS485采用屏蔽線(xiàn)傳輸，一般都采用二根連線(xiàn)，接線(xiàn)簡(jiǎn)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)送數據但是在同一時(shí)刻只能發(fā)送或接收數據，數據zui高傳輸速率為10Mbps。RS485接口是采用平衡驅動(dòng)器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾能力增強，總線(xiàn)上允許連接多達32個(gè)設備，zui大傳輸距離為1.2km。

1.2 現場(chǎng)儀表

本項目對于變壓器低壓主進(jìn)線(xiàn)回路的監測采用安科瑞的PZ80-E4/C多功能儀表，其是針對電力系統、工礦企業(yè)、公共設施、智能大廈的電力監控需求而設計的網(wǎng)絡(luò )電力儀表，它能測量所有常規電力參數，如：三相電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數、頻率、有功電度、無(wú)功電度等多種電參量。該系列網(wǎng)絡(luò )電力儀表主要應用于變電站自動(dòng)化、配電網(wǎng)自動(dòng)化、小區電力監控、工業(yè)自動(dòng)化、能源管理系統及智能建筑等領(lǐng)域。

PZ80-E4/C智能電力儀表，為嵌入式安裝，可安裝在動(dòng)力箱或低壓出線(xiàn)柜門(mén)板上，面板尺寸為80mm×80mm，規格為220/380V、，電流經(jīng)互感器接入，精度0.5級，廣泛應用于高、低壓進(jìn)線(xiàn)柜、聯(lián)絡(luò )柜、出線(xiàn)柜、動(dòng)力柜等場(chǎng)合，帶RS485接口，Modbus通訊協(xié)議^[2]。

2電能管理系統主要功能

2.1  數據采集與處理

數據采集是配電監控的基礎，數據采集主要由底層多功能網(wǎng)絡(luò )儀表采集完成，實(shí)現遠程數據的本地實(shí)時(shí)顯示。需要完成采集的信號包括：三相電壓U、三相電流I、頻率Hz、功率P、功率因數COSφ、電度Epi、遠程設備運行狀態(tài)等數據。

數據處理主要是把按要求采集到的電參量實(shí)時(shí)準確的顯示給用戶(hù)，達到配電監控的自動(dòng)化化和智能化要求，同時(shí)把采集到的數據存入數據庫供用戶(hù)查詢(xún)。

2.2  人機交互

系統提供簡(jiǎn)單、易用、良好的用戶(hù)使用界面。采用全中文界面，CAD圖形顯示低壓配電系統電氣一次主接線(xiàn)圖，顯示配電系統設備狀態(tài)及相應實(shí)時(shí)運行參數，畫(huà)面定時(shí)輪巡切換；畫(huà)面實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)刷新；模擬量顯示；開(kāi)關(guān)量顯示；連續記錄顯示等。

2.3  歷時(shí)事件

歷時(shí)事件查看界面主要為用戶(hù)查看曾經(jīng)發(fā)生過(guò)的故障記錄、信號記錄、操作記錄、越限記錄提供方便友好的人機交互，通過(guò)歷史事件查看平臺，您可以根據自己的要求和查詢(xún)條件方便定位您所要查看的歷史事件，為您把握整個(gè)系統的運行情況提供了良好的軟件支持。

2.4  數據庫建立與查詢(xún)

主要完成遙測量和遙信量定時(shí)采集，并且建立數據庫，定期生成報表，以供用戶(hù)查詢(xún)打印。

2.5  用戶(hù)權限管理

針對不同級別的用戶(hù)，設置不同的權限組，防止因人為誤操作給生產(chǎn)，生活帶來(lái)的損失，實(shí)現配電系統的安全，可靠運行?？梢酝ㄟ^(guò)用戶(hù)管理進(jìn)行用戶(hù)登錄、用戶(hù)注銷(xiāo)、修改密碼、添加刪除等操作，方便用戶(hù)對賬號和權限的修改。

2.6  運行負荷曲線(xiàn)

負荷趨勢曲線(xiàn)功能主要負責定時(shí)采集進(jìn)線(xiàn)及重要回路電流和功率負荷參量，自動(dòng)生成運行負荷趨勢曲線(xiàn)的，方便用戶(hù)及時(shí)了解設備的運行負荷狀況。點(diǎn)擊畫(huà)面相應按鈕或菜單項可以完成相應功能的切換；可以查看實(shí)時(shí)趨勢曲線(xiàn)或歷史趨勢線(xiàn)；對所選曲線(xiàn)可以進(jìn)行平移、縮放、量程變換等操作，幫助用戶(hù)進(jìn)線(xiàn)趨勢分析和故障追憶，為分析整個(gè)系統的運行狀況提供了直觀(guān)而方便的軟件支持。

2.7  遠程報表查詢(xún)

報表管理程序的主要功能是根據用戶(hù)的需要設計報表樣式，把系統中處理的數據經(jīng)過(guò)篩選、組合和統計生成用戶(hù)需要的報表數據。本程序還可以根據用戶(hù)的需要對報表文件采用定時(shí)保存、打印或者召喚保存、打印模式。同時(shí)本程序還向用戶(hù)提供了對生成的報表文件管理功能。報表具有自由設置查詢(xún)時(shí)間實(shí)現日、月、年的電能統計，數據導出和報表打印等功能。

3系統案例分析

上位機軟件為Acrel-3000電能管理系統組態(tài)軟件，該軟件是對現場(chǎng)電參量數據進(jìn)行采集與監測的軟件，zui大的特點(diǎn)是能以靈活多樣的“組態(tài)形式”而不是編程方式來(lái)進(jìn)行系統集成，它提供了良好的用戶(hù)開(kāi)發(fā)界面和簡(jiǎn)捷的工程實(shí)現方法，只要將其預設置的各種軟件模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的“組態(tài)”，便可以非常容易地實(shí)現和完成對現場(chǎng)數據的采集與監測功能。Acrel-3000電能管理系統具有友好的人機交互界面，可實(shí)時(shí)和定時(shí)采集現場(chǎng)設備各電參量及開(kāi)關(guān)量狀態(tài)，并將采集到的數據上傳給監控主機進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示與存儲。系統還提供了實(shí)時(shí)曲線(xiàn)和歷史趨勢曲線(xiàn)分析，符合用戶(hù)設計需要的報表、事件記錄和故障報警等功能^[3]。整個(gè)系統可以實(shí)現所有回路用電量的采集和統計，實(shí)現了遠程自動(dòng)抄表、電力監測與電能管理功能。

3.1  數據采集和系統圖顯示

現場(chǎng)儀表測量并采集回路數據信息，上位機軟件再對現場(chǎng)儀表的數據進(jìn)行定時(shí)或周期采集并存儲，可以自由設置采集的時(shí)間周期，zui小的系統支持的采集周期?？梢噪S時(shí)查看任一表計的瞬時(shí)表值、累計量等信息，記錄時(shí)間間隔內電力儀表的電壓、電流、功率因數和有功電度等。這些參數信息可以自動(dòng)保存到數據庫中，便于查詢(xún)。

系統具有友好的人機界面，便于普通的現場(chǎng)值班人員查看并記錄相關(guān)信息，系統一次圖（如圖2）不僅顯示了線(xiàn)路的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，還實(shí)時(shí)顯示電壓、電力、有功電度等重要的電力參數。所有數據信息都定期的保存到數據庫中。

圖2 0.4KV低壓一次系統圖

3.2  遠程抄表

系統對所有采集到的數據都能實(shí)時(shí)的顯示，并保存到數據庫中，因此可以手動(dòng)查詢(xún)每個(gè)回路的所有實(shí)時(shí)及歷史電參量數據，并以表格的形式展現給用戶(hù)，便于打印、保存。如圖3所示。

圖3 回路遠程抄表

3.3  電能報表

系統采集的有功電度數據，按照回路名稱(chēng)的不同，自動(dòng)生成日報表、月報表和年報表并有報表打印功能，并可對某一回路的某一時(shí)間段內的用電量進(jìn)行查詢(xún)與打印，同時(shí)這些報表也能以Excel的格式導出。如圖4所示。

圖4 電能管理報表

3.4  電流趨勢曲線(xiàn)

本系統對于重要回路，不僅可以對電流進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示與監測，并可以根據保存的歷史數據做成趨勢曲線(xiàn)，可以查看實(shí)時(shí)和歷史變化趨勢，預測電力負荷容量，并可對電力故障進(jìn)行查詢(xún)，保證電力負荷的安全運行。如圖5所示。

圖5 電流趨勢曲線(xiàn)

3.5  事件記錄與報警

主要用于查看歷史報警信息；幫助用戶(hù)進(jìn)行事故查詢(xún)與追憶；支持歷史查詢(xún)，打印等功能。實(shí)時(shí)報警信息會(huì )即時(shí)彈出，提醒用戶(hù)所進(jìn)行的操作。并對所有操作具有自動(dòng)事件記錄功能。如圖6所示。

圖6回路跳閘報警

4結束語(yǔ)

隨著(zhù)智能建筑的發(fā)展及電力的廣泛應用，對智能建筑的配電系統的智能化集成管理已成為國家機關(guān)辦公建筑及大型公共建筑智能化建設的必然趨勢，本文介紹的基于Acrel-3000的電力監測與電能管理系統，不僅可以實(shí)時(shí)顯示電力運行狀態(tài)及用電狀況，還能對數據進(jìn)行分析處理，以用戶(hù)適用的方式展現出來(lái)，滿(mǎn)足用戶(hù)的需求，實(shí)現對采集數據的分析、處理，其生成各種電能報表、分析曲線(xiàn)、圖形等，大的方便了用戶(hù)的使用，便于配電系統的實(shí)時(shí)監控與電能的遠程抄表與分析研究，為智能建筑的節能技術(shù)提供參考。

參考文獻

[1].王斌 杜運東等.基于Acrel-5000的大型公共建筑能耗監測系統設計與應用[J].智能建筑電氣技

術(shù).2009.3（5）

[2].任致程 周中. 電力電測數字儀表原理與應用指南[M]. 北京. 中國電力出版社. 2007. 4

[3].周中.杜運東.電力儀表在大型公共建筑電能分項計量中的應用[J].現代建筑電氣 2010. 6

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