安科瑞 繆凱倫 陳聰 陳正
摘要：介紹鹽城先鋒國(guó)際中心電能管理系統(tǒng),，采用智能電力儀表采集配電現(xiàn)場(chǎng)的各種電參量。系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)就地組網(wǎng)的方式,，組網(wǎng)后通過現(xiàn)場(chǎng)總線通訊并且經(jīng)過鹽城先鋒國(guó)際內(nèi)部視頻監(jiān)控的光纖遠(yuǎn)傳至后臺(tái)，通過Acrel-3000型電能管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)變電所配電回路用電的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和電能管理。
關(guān)鍵詞：鹽城先鋒國(guó)際中心;變電所;智能電力儀表;Acrel-3000型;自行組網(wǎng);電能管理系統(tǒng)
0引言
鹽城先鋒國(guó)際中心（簡(jiǎn)稱“先鋒島"）地處鹽城市區(qū)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*,。過去,，這里商賈云集，形成了鹽城較早的商業(yè),。但后來的先鋒島,，沿街店鋪老舊，經(jīng)營(yíng)些日用百貨,；擁擠的舊城區(qū)破落不堪,，衛(wèi)生條件不好，各種基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)欠缺,；建軍西路狹窄,，車輛行人爭(zhēng)路，經(jīng)常堵塞,。市國(guó)投集團(tuán)立足先鋒島地理環(huán)境,、歷史文化以及城市發(fā)展等方面的優(yōu)勢(shì)，開發(fā)建設(shè)先鋒國(guó)際廣場(chǎng)項(xiàng)目,。先鋒島新建城市綜合體,，注定要從鹽城市區(qū)的“商業(yè)之源"走向“商業(yè)之巔"。
據(jù)鹽城市國(guó)投集團(tuán)陸道如董事長(zhǎng)介紹,，先鋒國(guó)際廣場(chǎng)項(xiàng)目?jī)?nèi)容共有四個(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(tǒng)文化商業(yè)街,、泰山寺,、新四軍軍部舊址等組成，其中有文殊閣,，供奉智慧化身的文殊菩薩,；酒店公寓,，主要有酒店、寫字樓,、公寓等,；廣場(chǎng)景觀，主要由環(huán)島棧道,、廣場(chǎng),、兒童樂園、景觀別墅等組成,。
由于先鋒國(guó)際廣場(chǎng)用電量比較大,，并且為響應(yīng)國(guó)務(wù)院制定的一系列促進(jìn)節(jié)能減排的政策措施，更好的對(duì)配電系統(tǒng)進(jìn)行電能管理,。因此建立了后臺(tái)電能管理系統(tǒng),，對(duì)配電進(jìn)行智能化管理。本項(xiàng)目為先鋒國(guó)際廣場(chǎng)三個(gè)變電所電能管理系統(tǒng),。根據(jù)配電系統(tǒng)管理的要求,，需要對(duì)先鋒國(guó)際廣場(chǎng)三個(gè)變電所內(nèi)的低壓配出線進(jìn)行電力監(jiān)測(cè)，以保證用電的安全,、可靠和有效,。
Acrel-3000型低壓電能管理系統(tǒng)，對(duì)變配電系統(tǒng)進(jìn)行分散數(shù)據(jù)采集和集中監(jiān)控管理,。對(duì)配電系統(tǒng)的二次設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng),，通過計(jì)算機(jī)和通訊網(wǎng)絡(luò)，將分散的配電所的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接為一個(gè)有機(jī)的整體,，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和集中電能管理,。
1系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本電能管理系統(tǒng)主要由香港新世界、國(guó)投運(yùn)營(yíng)中心和大潤(rùn)發(fā)總計(jì)三個(gè)變電所進(jìn)行變配電管理,。高壓電纜進(jìn)線由外邊開閉所引來,，并且監(jiān)控值班室設(shè)置在國(guó)投運(yùn)營(yíng)中心的消防監(jiān)控室。因此,，為實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)先鋒國(guó)際廣場(chǎng)電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及對(duì)各區(qū)用電的電能管理,，在值班室設(shè)立了監(jiān)控中心，基于Acrel-3000的電能管理系統(tǒng)后臺(tái),，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與電能管理,。
1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本電能管理系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)先鋒國(guó)際廣場(chǎng)三個(gè)變電所的0.4kV配電系統(tǒng)的用電監(jiān)測(cè)與電能管理；監(jiān)測(cè)范圍為香港新世界變電所的T1,、T2,，國(guó)投運(yùn)營(yíng)中心變電所的T3、T4,、T5,、T6,，以及大潤(rùn)發(fā)變電所的T7、T8,、T9,、T10變壓器的低壓進(jìn)線柜,、聯(lián)絡(luò)柜,、饋線柜中的智能電力儀表，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和電能管理,。該系統(tǒng)總計(jì)有420只PZ80-E4/C儀表,，分20條總線，由于三個(gè)變電所之間距離較遠(yuǎn),，并且較為分散,，采用每個(gè)變電所內(nèi)自行組網(wǎng)，然后通過先鋒國(guó)際的視頻監(jiān)控光纖傳至到國(guó)投運(yùn)營(yíng)中心的消控中心,，通過光電轉(zhuǎn)換器和交換機(jī),，連接至監(jiān)控電腦，實(shí)該現(xiàn)場(chǎng)總線上儀表與監(jiān)控主機(jī)的數(shù)據(jù)連通,。
系統(tǒng)主要采用分層分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),，如圖1所示：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層[1],。
圖1 系統(tǒng)總體拓?fù)鋱D
1）站控管理層
站控管理層針對(duì)電能管理系統(tǒng)的管理人員,，是人機(jī)交互的直接窗口，也是系統(tǒng)的上層部分,。主要由系統(tǒng)軟件和必要的硬件設(shè)備,，如工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)、打印機(jī),、UPS電源等組成,。電能管理系統(tǒng)軟件具有良好的人機(jī)交互界面，對(duì)采集的現(xiàn)場(chǎng)各類數(shù)據(jù)信息計(jì)算,、分析與處理,，并以圖形、數(shù)顯,、聲音等方式反映現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況,。
監(jiān)控主機(jī)：用于數(shù)據(jù)采集、處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),。為系統(tǒng)內(nèi)或外部提供數(shù)據(jù)接口,，進(jìn)行系統(tǒng)管理、維護(hù)和分析工作,。
打印機(jī)：系統(tǒng)召喚打印或自動(dòng)打印圖形,、報(bào)表等,。
UPS：保證計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的正常供電，在整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生供電問題時(shí),，保證站控管理層設(shè)備的正常運(yùn)行,，提供足夠的時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
2）網(wǎng)絡(luò)通訊層
通訊層設(shè)備為Nport5630-8串口服務(wù)器,。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁,，負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備回送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、分類和傳送等工作的同時(shí),，轉(zhuǎn)達(dá)上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各種控制命令,。
通訊介質(zhì)：系統(tǒng)主要采用屏蔽雙絞線，以RS485接口,，Modbus通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與上位機(jī)的實(shí)時(shí)通訊,。
3）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層是數(shù)據(jù)采集終端，主要由智能儀表組成,，采用具有高可靠性,、帶有現(xiàn)場(chǎng)總線連接的分布式I/O控制器構(gòu)成數(shù)據(jù)采集終端，向數(shù)據(jù)中心上傳采集的數(shù)據(jù),。智能電力儀表?yè)?dān)負(fù)著基層的數(shù)據(jù)采集任務(wù),，其監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)完整、準(zhǔn)確并實(shí)時(shí)傳送至監(jiān)控主機(jī),。
以上網(wǎng)絡(luò)儀表均采用RS485接口和Modbus-Rtu通訊協(xié)議,，RS485采用屏蔽線傳輸，一般都采用二根連線,，接線簡(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(shù)據(jù)但是在同一時(shí)刻只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù),，數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mbps,。RS485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾能力增強(qiáng),，總線上允許連接多達(dá)32個(gè)設(shè)備,，傳輸距離為1.2km。
1.2 現(xiàn)場(chǎng)儀表
本項(xiàng)目對(duì)于變壓器低壓主進(jìn)線回路的監(jiān)測(cè)采用安科瑞的PZ80-E4/C多功能儀表,，其是針對(duì)電力系統(tǒng),、工礦企業(yè)、公共設(shè)施,、智能大廈的電力監(jiān)控需求而設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)電力儀表,，它能測(cè)量所有常規(guī)電力參數(shù)，如：三相電壓、電流,、有功功率,、無功功率、功率因數(shù),、頻率,、有功電度、無功電度等多種電參量,。該系列網(wǎng)絡(luò)電力儀表主要應(yīng)用于變電站自動(dòng)化,、配電網(wǎng)自動(dòng)化、小區(qū)電力監(jiān)控,、工業(yè)自動(dòng)化,、能源管理系統(tǒng)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)力箱或低壓出線柜門板上,，面板尺寸為80mm×80mm,，規(guī)格為220/380V、5A,，電流經(jīng)互感器接入,，精度0.5級(jí)，廣泛應(yīng)用于高,、低壓進(jìn)線柜,、聯(lián)絡(luò)柜、出線柜,、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(tǒng)主要功能
2.1 數(shù)據(jù)采集與處理
數(shù)據(jù)采集是配電監(jiān)控的基礎(chǔ),，數(shù)據(jù)采集主要由底層多功能網(wǎng)絡(luò)儀表采集完成，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的本地實(shí)時(shí)顯示,。需要完成采集的信號(hào)包括：三相電壓U,、三相電流I、頻率Hz,、功率P,、功率因數(shù)COSφ、電度Epi,、遠(yuǎn)程設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù),。
數(shù)據(jù)處理主要是把按要求采集到的電參量實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的顯示給用戶，達(dá)到配電監(jiān)控的自動(dòng)化化和智能化要求,，同時(shí)把采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)供用戶查詢,。
2.2 人機(jī)交互
系統(tǒng)提供簡(jiǎn)單,、易用、良好的用戶使用界面,。采用全中文界面,，CAD圖形顯示低壓配電系統(tǒng)電氣一次主接線圖，顯示配電系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)及相應(yīng)實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù),，畫面定時(shí)輪巡切換,；畫面實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)刷新；模擬量顯示,；開關(guān)量顯示,；連續(xù)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查看曾經(jīng)發(fā)生過的故障記錄,、信號(hào)記錄,、操作記錄、越限記錄提供方便友好的人機(jī)交互,，通過歷史事件查看平臺(tái),，您可以根據(jù)自己的要求和查詢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(tǒng)的運(yùn)行情況提供了良好的軟件支持,。
2.4 數(shù)據(jù)庫(kù)建立與查詢
主要完成遙測(cè)量和遙信量定時(shí)采集,，并且建立數(shù)據(jù)庫(kù)，定期生成報(bào)表,，以供用戶查詢打印,。
2.5 用戶權(quán)限管理
針對(duì)不同級(jí)別的用戶，設(shè)置不同的權(quán)限組,，防止因人為誤操作給生產(chǎn),，生活帶來的損失，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全,，可靠運(yùn)行,。可以通過用戶管理進(jìn)行用戶登錄,、用戶注銷,、修改密碼、添加刪除等操作,，方便用戶對(duì)賬號(hào)和權(quán)限的修改,。
2.6 運(yùn)行負(fù)荷曲線
負(fù)荷趨勢(shì)曲線功能主要負(fù)責(zé)定時(shí)采集進(jìn)線及重要回路電流和功率負(fù)荷參量，自動(dòng)生成運(yùn)行負(fù)荷趨勢(shì)曲線的,，方便用戶及時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷狀況,。點(diǎn)擊畫面相應(yīng)按鈕或菜單項(xiàng)可以完成相應(yīng)功能的切換；可以查看實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線或歷史趨勢(shì)線；對(duì)所選曲線可以進(jìn)行平移,、縮放,、量程變換等操作，幫助用戶進(jìn)線趨勢(shì)分析和故障追憶,，為分析整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況提供了直觀而方便的軟件支持,。
2.7 遠(yuǎn)程報(bào)表查詢
報(bào)表管理程序的主要功能是根據(jù)用戶的需要設(shè)計(jì)報(bào)表樣式，把系統(tǒng)中處理的數(shù)據(jù)經(jīng)過篩選,、組合和統(tǒng)計(jì)生成用戶需要的報(bào)表數(shù)據(jù),。本程序還可以根據(jù)用戶的需要對(duì)報(bào)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)本程序還向用戶提供了對(duì)生成的報(bào)表文件管理功能。報(bào)表具有自由設(shè)置查詢時(shí)間實(shí)現(xiàn)日,、月,、年的電能統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能,。
3系統(tǒng)案例分析
上位機(jī)軟件為Acrel-3000電能管理系統(tǒng)組態(tài)軟件,，該軟件是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電參量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與監(jiān)測(cè)的專用軟件，特點(diǎn)是能以靈活多樣的“組態(tài)形式"而不是編程方式來進(jìn)行系統(tǒng)集成,，它提供了良好的用戶開發(fā)界面和簡(jiǎn)捷的工程實(shí)現(xiàn)方法，只要將其預(yù)設(shè)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(xiàn)和完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測(cè)功能,。Acrel-3000電能管理系統(tǒng)具有友好的人機(jī)交互界面，可實(shí)時(shí)和定時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備各電參量及開關(guān)量狀態(tài),，并將采集到的數(shù)據(jù)上傳給監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示與存儲(chǔ),。系統(tǒng)還提供了實(shí)時(shí)曲線和歷史趨勢(shì)曲線分析，符合用戶設(shè)計(jì)需要的報(bào)表,、事件記錄和故障報(bào)警等功能[3],。整個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)所有回路用電量的采集和統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表,、電力監(jiān)測(cè)與電能管理功能,。
3.1 數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)圖顯示
現(xiàn)場(chǎng)儀表測(cè)量并采集回路數(shù)據(jù)信息，上位機(jī)軟件再對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表的數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)或周期采集并存儲(chǔ),，可以自由設(shè)置采集的時(shí)間周期,，系統(tǒng)支持的采集周期?？梢噪S時(shí)查看任一表計(jì)的瞬時(shí)表值,、累計(jì)量等信息，記錄時(shí)間間隔內(nèi)電力儀表的電壓、電流,、功率因數(shù)和有功電度等。這些參數(shù)信息可以自動(dòng)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中,，便于查詢,。
系統(tǒng)具有友好的人機(jī)界面，便于普通的現(xiàn)場(chǎng)值班人員查看并記錄相關(guān)信息,，系統(tǒng)一次圖（如圖2）不僅顯示了線路的開關(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(shù),。所有數(shù)據(jù)信息都定期的保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。
圖2 0.4KV低壓一次系統(tǒng)圖
3.2 遠(yuǎn)程抄表
系統(tǒng)對(duì)所有采集到的數(shù)據(jù)都能實(shí)時(shí)的顯示,，并保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中,，因此可以手動(dòng)查詢每個(gè)回路的所有實(shí)時(shí)及歷史電參量數(shù)據(jù)，并以表格的形式展現(xiàn)給用戶,，便于打印,、保存。如圖3所示,。
圖3 回路遠(yuǎn)程抄表
3.3 電能報(bào)表
系統(tǒng)采集的有功電度數(shù)據(jù),，按照回路名稱的不同，自動(dòng)生成日?qǐng)?bào)表,、月報(bào)表和年報(bào)表并有報(bào)表打印功能,，并可對(duì)某一回路的某一時(shí)間段內(nèi)的用電量進(jìn)行查詢與打印，同時(shí)這些報(bào)表也能以Excel的格式導(dǎo)出,。如圖4所示,。
圖4 電能管理報(bào)表
3.4 電流趨勢(shì)曲線
本系統(tǒng)對(duì)于重要回路，不僅可以對(duì)電流進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示與監(jiān)測(cè),，并可以根據(jù)保存的歷史數(shù)據(jù)做成趨勢(shì)曲線,，可以查看實(shí)時(shí)和歷史變化趨勢(shì)，預(yù)測(cè)電力負(fù)荷容量,，并可對(duì)電力故障進(jìn)行查詢,，保證電力負(fù)荷的安全運(yùn)行。如圖5所示,。
圖5 電流趨勢(shì)曲線
3.5 事件記錄與報(bào)警
主要用于查看歷史報(bào)警信息,；幫助用戶進(jìn)行事故查詢與追憶；支持歷史查詢,，打印等功能,。實(shí)時(shí)報(bào)警信息會(huì)即時(shí)彈出,，提醒用戶所進(jìn)行的操作。并對(duì)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(bào)警
4結(jié)束語(yǔ)
隨著智能建筑的發(fā)展及電力的廣泛應(yīng)用，對(duì)智能建筑的配電系統(tǒng)的智能化集成管理已成為國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑及大型公共建筑智能化建設(shè)的必然趨勢(shì),，本文介紹的基于Acrel-3000的電力監(jiān)測(cè)與電能管理系統(tǒng),，不僅可以實(shí)時(shí)顯示電力運(yùn)行狀態(tài)及用電狀況，還能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,，以用戶適用的方式展現(xiàn)出來,，滿足用戶的需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析,、處理,，其生成各種電能報(bào)表、分析曲線,、圖形等,，大大的方便了用戶的使用，便于配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與電能的遠(yuǎn)程抄表與分析研究,，為智能建筑的節(jié)能技術(shù)提供參考,。
