北京外交學(xué)院項目電能管理系統的設計與應用

摘要：隨著(zhù)企業(yè)改革的不斷深入，對用電管理的現代化水平要求越來(lái)越高，能夠快速、準確地獲得各用電環(huán)節的電能數據，用電量分析、負荷管理、運行狀況監測、電費自動(dòng)結算，提高企業(yè)經(jīng)濟效益的有力手段。為了使監控系統斷得到完善，近年來(lái)技術(shù)人員對監控系統的研究工作逐步增加，并且開(kāi)始使用新的技術(shù)對現有的監控系統進(jìn)行改造，為當前各部門(mén)優(yōu)化監控系統的構建提供了極大幫助?，F就北京外交學(xué)院項目中使用的ACREL-3000電能管理系統對用戶(hù)側用能智能化做一簡(jiǎn)要介紹。

 0、概述

  本項目為北京外交學(xué)院項目北京外交學(xué)院電能管理系統。根據電能管理的要求，需要對北京外交學(xué)院電能進(jìn)項管理監測，達到安全用電、節約資源和保護環(huán)境、實(shí)現“安全用電、經(jīng)濟用電、有序用電、智能用電”的用電目標。

  Acrel-3000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)的新發(fā)展，對配電系統進(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 )將分散的配電柜的電力儀表連接為一個(gè)的整體，實(shí)現各用電回路的遠程監測和集中管理。

1、系統結構描述

  本監控系統主要實(shí)現北京外交學(xué)院項目配電系統進(jìn)行用電監測；監控范圍為2個(gè)校區包括教學(xué)樓、辦公樓、學(xué)生宿舍、圖書(shū)館、食堂等15棟建筑的低壓儀表。該系統總計有470只儀表，分15個(gè)采集區域，42條總線(xiàn)，分別匯集終通過(guò)校園局域網(wǎng)聯(lián)到通訊機房的監控主機，實(shí)現數據的采集與管理。

  本監控系統采用分層分布式結構，即站控層，通訊層與設備層；如圖（1）所示：

圖（1）網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

  設備層主要為：多功能網(wǎng)絡(luò )電力儀表。這些裝置分別對應相應的一次設備安裝在電氣柜內，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過(guò)現場(chǎng)MODBUS總線(xiàn)組網(wǎng)通訊，實(shí)現數據現場(chǎng)采集。

   網(wǎng)絡(luò )通訊層主要為：串口轉換隔離器，其主要功能為把分散在現場(chǎng)采集裝置集中采集，同時(shí)傳至站控層，完成現場(chǎng)層和站控層之間的數據交互。

  站控管理層：設有高性能工業(yè)計算機、顯示器、UPS電源、打印機等設備。監控系統安裝在計算機上，集中采集顯示現場(chǎng)設備運行狀況，以人機交互的形式顯示給用戶(hù)。

  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，一般都采用兩根連線(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。

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、通訊設備運行狀態(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  歷史事件

  歷史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。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、 案例分析

  北京外交學(xué)院項目包含15棟建筑，本項目針對這15棟樓的配電系統進(jìn)行電能監測管理。

  配電柜進(jìn)出線(xiàn)回路采用多功能儀表，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。

  低壓配電一次圖見(jiàn)圖（2），功能有電量遙測主要監測運行設備的電參量，其中包括：線(xiàn)三相電壓，電流，功率，功率因數，電能，頻率等電參量及配出回路的三相電流；遙信功能實(shí)現顯示現場(chǎng)設備的運行狀態(tài)，主要包括：開(kāi)關(guān)的分、合閘運行狀態(tài)和通訊故障報警；斷路器變位時(shí)會(huì )發(fā)出報警信號，提醒用戶(hù)及時(shí)處理故障。

 圖（2）低壓配電一次圖

  遙信和遙測報警功能，主要完成對低壓各出線(xiàn)回路的開(kāi)關(guān)運行狀態(tài)和負載進(jìn)線(xiàn)監控，對開(kāi)關(guān)變位和負載越限彈出報警界面，指示具體的報警位置并聲音報警，提醒值班人員及時(shí)處理。具備實(shí)時(shí)查詢(xún)功能，見(jiàn)圖（3）。

 圖（3） 遙信報警信息

  參數抄表功能，主要對低壓各出線(xiàn)回路的電參數進(jìn)線(xiàn)查詢(xún)。支持任意時(shí)刻電參數查詢(xún)，具備數據導出和報表打印等功能。該報表查詢(xún)低壓回路的電參數，主要包括：三相電壓、電流、功率因數、有功功率和有功電度。該報表各回路名稱(chēng)和數據庫關(guān)聯(lián)，方便用戶(hù)修改回路名稱(chēng)。見(jiàn)圖（4）。

 圖（4） 參數抄表

  用電量報表功能，可選擇時(shí)間段進(jìn)行查詢(xún)，支持任意時(shí)間段電度累計查詢(xún)，具備數據導出和報表打印等功能。為值班人員提供了可靠的電能報表。該報表各回路名稱(chēng)和數據庫關(guān)聯(lián)，方便用戶(hù)修改回路名稱(chēng)。如下圖所示，顯示某段時(shí)間內的各配電回路的用電量，用戶(hù)可以直接打印報表，可以以EXCEL格式另存到其他位置。 見(jiàn)圖（5）。

 圖（5） 電能報表

  負荷趨勢曲線(xiàn)界面中可直觀(guān)的查看回路的負荷運行情況。查看實(shí)時(shí)和歷史趨勢曲線(xiàn)，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；幫助用戶(hù)進(jìn)行趨勢分析和故障追憶，具備曲線(xiàn)打印功能。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。見(jiàn)圖（6）。

圖（6） 電流曲線(xiàn)

  系統通訊結構示意圖，主要顯示系統的組網(wǎng)結構，系統采用分層分布式結構，同時(shí)監測間隔層設備的通信狀態(tài)。紅色表示通訊正常，綠色表示通訊故障。見(jiàn)圖（7）。

 圖（7）系統通訊結構示意圖

4、結束語(yǔ)

  隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展及電力的廣泛應用，電能管理系統已成為全國各地工程項目、標志性建筑/大型公共設施等大面積多變電所用戶(hù)的必然選擇，本文介紹的Acrel-3000電能管理系統在北京外交學(xué)院項目的應用，可以實(shí)現對配電低壓配電回路用電的實(shí)時(shí)監測與電能管理，不僅能顯示回路用電狀況，還具有網(wǎng)絡(luò )通訊功能，可以與串口服務(wù)器、計算機等組成電能管理系統。系統實(shí)現對采集數據的分析、處理，實(shí)時(shí)顯示變電所內各配電回路的運行狀態(tài)，并生成各種電能報表、分析曲線(xiàn)、圖形等，便于電能的遠程抄表以及分析、研究。該系統運行安全、可靠、穩定，為變電所用戶(hù)解決用電問(wèn)題提供了真實(shí)可靠的依據，取得了較好的社會(huì )效益。［2］

參考文獻：

  [1].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

  [2].周中等編著(zhù). 智能電網(wǎng)用戶(hù)端電力監控與電能管理系統產(chǎn)品選型及解決方案[M]. 北京. 機械工業(yè)出版社. 2011.10