安科瑞 繆凱倫 陳聰 陳正

摘要：介紹鹽城先鋒國際中心電能管理系統(tǒng)，采用智能電力儀表采集配電現(xiàn)場的各種電參量。系統(tǒng)采用現(xiàn)場就地組網(wǎng)的方式，組網(wǎng)后通過現(xiàn)場總線通訊并且經(jīng)過鹽城先鋒國際內(nèi)部視頻監(jiān)控的光纖遠(yuǎn)傳至后臺，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)測和電能管理。

關(guān)鍵詞：鹽城先鋒國際中心;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

鹽城先鋒國際中心（簡稱“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)施相對欠缺；建軍西路狹窄，車輛行人爭路，經(jīng)常堵塞。市國投集團(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，開發(fā)建設(shè)先鋒國際廣場項(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)鹽城市國投集團(tuán)陸道如董事長介紹，先鋒國際廣場項(xiàng)目內(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；廣場景觀，主要由環(huán)島棧道、廣場、兒童樂園、景觀別墅等組成。

由于先鋒國際廣場用電量比較大，并且為響應(yīng)國務(wù)院制定的一系列促進(jìn)節(jié)能減排的政策措施，更好的對配電系統(tǒng)進(jìn)行電能管理。因此建立了后臺電能管理系統(tǒng)，對配電進(jìn)行智能化管理。本項(xiàng)目為先鋒國際廣場三個(gè)變電所電能管理系統(tǒng)。根據(jù)配電系統(tǒng)管理的要求，需要對先鋒國際廣場三個(gè)變電所內(nèi)的低壓配出線進(jìn)行電力監(jiān)測，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、國投運(yùn)營中心和大潤發(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)置在國投運(yùn)營中心的消防監(jiān)控室。因此，為實(shí)現(xiàn)對整個(gè)先鋒國際廣場電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測及對各區(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，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測與電能管理。

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本電能管理系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)先鋒國際廣場三個(gè)變電所的0.4kV配電系統(tǒng)的用電監(jiān)測與電能管理；監(jiān)測范圍為香港新世界變電所的T1、T2，國投運(yùn)營中心變電所的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)，然后通過先鋒國際的視頻監(jiān)控光纖傳至到國投運(yùn)營中心的消控中心，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，對采集的現(xiàn)場各類數(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)召喚打印或自動打印圖形、報(bào)表等。

UPS：保證計(jì)算機(jī)監(jiān)測系統(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。

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)對現(xiàn)場設(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)對現(xiàn)場設(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)場設(shè)備與上位機(jī)的實(shí)時(shí)通訊。

3）現(xiàn)場設(shè)備層

現(xiàn)場設(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)。智能電力儀表擔(dān)負(fù)著基層的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，其監(jiān)測的數(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)場儀表

本項(xiàng)目對于變壓器低壓主進(jìn)線回路的監(jiān)測采用安科瑞的PZ80-E4/C多功能儀表，其是針對電力系統(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)用于變電站自動化、配電網(wǎng)自動化、小區(qū)電力監(jiān)控、工業(yè)自動化、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，廣泛應(yīng)用于高、低壓進(jìn)線柜、聯(lián)絡(luò)柜、出線柜、動力柜等場合，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)庫供用戶查詢。

2.2  人機(jī)交互

系統(tǒng)提供簡單、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，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)庫建立與查詢

主要完成遙測量和遙信量定時(shí)采集，并且建立數(shù)據(jù)庫，定期生成報(bào)表，以供用戶查詢打印。

2.5  用戶權(quán)限管理

針對不同級別的用戶，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?？梢酝ㄟ^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，方便用戶對賬號和權(quán)限的修改。

2.6  運(yùn)行負(fù)荷曲線

負(fù)荷趨勢曲線功能主要負(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，自動生成運(yùn)行負(fù)荷趨勢曲線的，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)趨勢曲線或歷史趨勢線；對所選曲線可以進(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，該軟件是對現(xiàn)場電參量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與監(jiān)測的專用軟件，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)行簡單的“組態(tài)"，便可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測功能。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。系統(tǒng)還提供了實(shí)時(shí)曲線和歷史趨勢曲線分析，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)程自動抄表、電力監(jiān)測與電能管理功能。

3.1  數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)圖顯示

現(xiàn)場儀表測量并采集回路數(shù)據(jù)信息，上位機(jī)軟件再對現(xiàn)場儀表的數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)或周期采集并存儲，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)信息可以自動保存到數(shù)據(jù)庫中，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)庫中。

圖2 0.4KV低壓一次系統(tǒng)圖

3.2  遠(yuǎn)程抄表

系統(tǒng)對所有采集到的數(shù)據(jù)都能實(shí)時(shí)的顯示，并保存到數(shù)據(jù)庫中，因此可以手動查詢每個(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，自動生成日報(bào)表、月報(bào)表和年報(bào)表并有報(bào)表打印功能，并可對某一回路的某一時(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  電流趨勢曲線

本系統(tǒng)對于重要回路，不僅可以對電流進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示與監(jiān)測，并可以根據(jù)保存的歷史數(shù)據(jù)做成趨勢曲線，可以查看實(shí)時(shí)和歷史變化趨勢，預(yù)測電力負(fù)荷容量，并可對電力故障進(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)警信息會即時(shí)彈出，提醒用戶所進(jìn)行的操作。并對所有操作具有自動事件記錄功能。如圖6所示。

圖6回路跳閘報(bào)警

4結(jié)束語

隨著智能建筑的發(fā)展及電力的廣泛應(yīng)用，對智能建筑的配電系統(tǒng)的智能化集成管理已成為國家機(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，本文介紹的基于Acrel-3000的電力監(jiān)測與電能管理系統(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。