摘 要：本文介紹安科瑞電力監(jiān)控Acrel-3000系統(tǒng)在柳州麗笙酒店的應(yīng)用。安科瑞為智能配電提供解決方案案例之一。實(shí)現(xiàn)了分散式采集和集中控制管理的智能化計(jì)量管理。
項(xiàng)目簡(jiǎn)介：柳州麗笙酒店位于柳州新區(qū)，陽(yáng)光城市廣場(chǎng)位于文昌路與桂中路交叉口。地理位置優(yōu)越，交通方便，毗鄰新興的商業(yè)區(qū)。原麗笙酒店配電系統(tǒng)采用指針式電流電壓表。經(jīng)過(guò)節(jié)能改造后進(jìn)線(xiàn)采用多功能表，各支路采用電流表。
1 概述
智能電力監(jiān)控系統(tǒng)是數(shù)字化和信息化時(shí)代應(yīng)運(yùn)而生的產(chǎn)物，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)用戶(hù)側(cè)樓宇、體育場(chǎng)館、科研設(shè)施、機(jī)場(chǎng)、交通、醫(yī)院、電力和石化行業(yè)等諸多領(lǐng)域的高/低壓變配電系統(tǒng)中。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，智能建筑已成為城市現(xiàn)代化、信息化的重要標(biāo)志。智能建筑的組成通常有三個(gè)要素，即建筑物自動(dòng)化系統(tǒng)(BAS)、通訊自動(dòng)化系統(tǒng)(CAS)和辦公自動(dòng)化系統(tǒng)(OAS)。BAS是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行綜合控制管理的統(tǒng)一體，它以計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)為通信基礎(chǔ)，用于設(shè)備運(yùn)行管理、數(shù)據(jù)采集和過(guò)程控制。智能電力監(jiān)控系統(tǒng)便是BAS中的一個(gè)重要組成部分，通過(guò)智能電力監(jiān)控系統(tǒng)可大大提高整個(gè)變配電系統(tǒng)的管理水平,方便地與其它BAS聯(lián)網(wǎng),構(gòu)成完整的樓宇自動(dòng)化管理系統(tǒng)。因此，智能電力監(jiān)控系統(tǒng)是智能建筑必不可少的組成部分,可以說(shuō)沒(méi)有智能電力監(jiān)控的建筑稱(chēng)不上是智能建筑。
智能電力監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜、低壓開(kāi)關(guān)柜、應(yīng)急發(fā)電機(jī)組、電力變壓器EPS/UPS/ATS 等的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。通過(guò)實(shí)時(shí)記錄單相/三相電壓、單相/三相電流、功率、功率因數(shù)、電度、頻率和電流開(kāi)關(guān)狀態(tài)等各項(xiàng)參數(shù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)，當(dāng)參數(shù)值超出允許的范圍時(shí)便產(chǎn)生預(yù)警、報(bào)警，并對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行控制。它以較少的投資，極大地提高了供配電系統(tǒng)的可靠性、**性和自動(dòng)化水平。
2 、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)
智能電力監(jiān)控系統(tǒng)是由智能測(cè)控裝置、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及計(jì)算機(jī)設(shè)備等互聯(lián)布局而成。系統(tǒng)因項(xiàng)目規(guī)模不同、功能性能不同、重要程度不同、用戶(hù)投資水平不同，可采取不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。但是無(wú)論采取何種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都是采用了“站控管理層——網(wǎng)絡(luò)通訊層——現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層”的分層分布式設(shè)計(jì)思想。這種分層設(shè)計(jì)，符合當(dāng)前通訊體系設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)，在每層都能相對(duì)地完成監(jiān)視控制功能，即可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方的監(jiān)視控制，也能夠在上層故障時(shí)不影響本層和下一層的功能。Acrel-3000智能電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。
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各個(gè)結(jié)構(gòu)層的具體形式如下：
(1)主站層(站控管理層)
位于監(jiān)控室內(nèi)，具體包括：安裝有智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的后臺(tái)主機(jī)等相關(guān)外設(shè)。負(fù)責(zé)將通訊間隔層上傳的數(shù)據(jù)解包，進(jìn)行集中管理和分析，執(zhí)行相關(guān)操作，負(fù)責(zé)整個(gè)變配電系統(tǒng)的整體監(jiān)控。智能電力監(jiān)控系統(tǒng)提供專(zhuān)用的通訊功能模塊，通過(guò)專(zhuān)用的以太網(wǎng)硬件通訊接口，以O(shè)PC方式或其它通訊協(xié)議向上**系統(tǒng)(如：BAS 、DCS 或調(diào)度系統(tǒng))發(fā)送相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成。
(2)通訊間隔層(網(wǎng)絡(luò)通訊層)
采用通訊管理機(jī)，負(fù)責(zé)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的各類(lèi)裝置進(jìn)行通訊，采集各類(lèi)裝置的數(shù)據(jù)、參數(shù)，進(jìn)行處理后集中打包傳輸?shù)街髡緦?，同時(shí)作為中轉(zhuǎn)單元，接受主站層下發(fā)的指令，轉(zhuǎn)發(fā)給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層各類(lèi)裝置。
(3)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層
位于中低壓變配電現(xiàn)場(chǎng)，具體包括：ACR多功能電力儀、PZ電流表、負(fù)責(zé)采集電力現(xiàn)場(chǎng)的各類(lèi)數(shù)據(jù)和信息狀態(tài)，發(fā)送給通訊間隔層，同時(shí)也作為執(zhí)行單元，執(zhí)行通訊間隔層下發(fā)的各類(lèi)指令。
3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選型
在智能變配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要準(zhǔn)確判斷網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備正確選擇。系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性等方面的性能與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系。
3.1 整體要求
智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)雖然可以統(tǒng)一為三層結(jié)構(gòu)，但是對(duì)整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及分層細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)十分重要，設(shè)計(jì)選型過(guò)程會(huì)受到諸多因素的制約。因此，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)選型是設(shè)計(jì)院、用戶(hù)及系統(tǒng)集成商進(jìn)行決策的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，將對(duì)項(xiàng)目的整體報(bào)價(jià)與系統(tǒng)性能產(chǎn)生很大的影響。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)選型需要考慮系統(tǒng)功能、項(xiàng)目規(guī)模等因素。
3.1.2項(xiàng)目規(guī)模的要求
在不考慮其它因素的前提下，項(xiàng)目規(guī)模往往是確定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的首要因素。智能電力監(jiān)控系統(tǒng)首先要滿(mǎn)足系統(tǒng)的基本運(yùn)行要求，還需滿(mǎn)足系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，但是應(yīng)避免設(shè)計(jì)余量過(guò)大，造成項(xiàng)目投資過(guò)大，帶來(lái)不必要的浪費(fèi)。設(shè)計(jì)前對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行深入的了解，考察項(xiàng)目的一次設(shè)備分布、距離間隔與設(shè)備數(shù)量。一次設(shè)備分布及距離間隔是確定通訊間隔層通訊子站數(shù)量的依據(jù)，一個(gè)子區(qū)域的設(shè)備數(shù)量是確定通訊子站類(lèi)型及通訊接口的依據(jù)。項(xiàng)目整體設(shè)備數(shù)量與子站數(shù)量是確定主站層結(jié)構(gòu)的依據(jù)。典型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有集中監(jiān)控系統(tǒng)模式，區(qū)域供電集中監(jiān)控系統(tǒng)模式以及光纖自愈環(huán)網(wǎng)集中監(jiān)控模式。如圖2是區(qū)域供電集中監(jiān)控系統(tǒng)模式的示意圖。
3.2 主站層設(shè)計(jì)
智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的主站用于運(yùn)行專(zhuān)業(yè)化的電力監(jiān)控軟件，擁有強(qiáng)大且性能優(yōu)越的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的是滿(mǎn)足用戶(hù)運(yùn)行維護(hù)的需求，保證系統(tǒng)穩(wěn)定性高、可靠性好、實(shí)時(shí)性強(qiáng)。對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法主要有：冗余設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)設(shè)備數(shù)量的選擇、設(shè)備型號(hào)的選配。
電力監(jiān)控軟件多采用C/S 結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)功能可根據(jù)需要集中布局或分布布局，主站層網(wǎng)絡(luò)可采用雙以太網(wǎng)、雙主機(jī)、雙通訊機(jī)等冗余技術(shù)。這些技術(shù)對(duì)系統(tǒng)的性能影響較大，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的造價(jià)也產(chǎn)生很大的影響。
冗余技術(shù)包括網(wǎng)絡(luò)冗余、數(shù)據(jù)庫(kù)冗余、通訊冗余等。冗余設(shè)計(jì)的目的在于提高系統(tǒng)的可靠性，從而提高系統(tǒng)的性能。冗余設(shè)計(jì)首先需要監(jiān)控軟件支持冗余運(yùn)行及動(dòng)態(tài)快速切換，還需要計(jì)算機(jī)設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的支持。主站層的配置方式有：?jiǎn)沃鳈C(jī)、單通訊機(jī)、雙主機(jī)、雙通訊機(jī)及功能的組合。對(duì)于上述冗余方式，對(duì)配置兩臺(tái)及以上計(jì)算機(jī)的項(xiàng)目可以引入網(wǎng)絡(luò)冗余，以提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，每臺(tái)計(jì)算機(jī)需要配置雙網(wǎng)卡，需配置兩臺(tái)以太網(wǎng)交換機(jī)。
3.3 通訊間隔層設(shè)計(jì)
通訊間隔層處于通訊樞紐的地位，向上連接主站層，向下貫通現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層，是影響整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是智能配電系統(tǒng)運(yùn)行的紐帶。智能監(jiān)控設(shè)備的信息通過(guò)通訊總線(xiàn)送到通訊間隔層通訊子站，然后將采集的所有運(yùn)行/故障狀態(tài)信號(hào)和運(yùn)行參數(shù)等信息通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)上傳至主站，各通訊子站接收來(lái)自主站的遠(yuǎn)程控制命令對(duì)該變配電站相應(yīng)的配電設(shè)備進(jìn)行控制。
目前通訊間隔層的上行網(wǎng)絡(luò)極大多數(shù)采用以太網(wǎng)方式，極特殊情況下受通訊條件的限制采用串行通訊方式，在有特殊設(shè)備要求的情況下采用PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)(如采用SIEMENS 的PLC 作為通訊子站)。
通訊間隔層的下行網(wǎng)絡(luò)目前極大多數(shù)采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)方式，智能配電系統(tǒng)常用的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)有RS232 、RS422 、RS485 、CANBUS 、MODBUS 、PROFIBUS 等，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)方式由選擇的現(xiàn)場(chǎng)智能儀表或第三方智能設(shè)備確定。以太網(wǎng)方式是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，但是支持的現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備太少，目前只應(yīng)用于110kV 及以上電壓等級(jí)的高壓變電站內(nèi)。
通訊間隔層通訊子站的數(shù)量與監(jiān)控的一次設(shè)備地理分布密切相關(guān)，一般采取就近監(jiān)控的原則，還需考慮子站的通訊容量、用戶(hù)投資成本來(lái)綜合確定。通訊間隔層的通訊子站是該層的關(guān)鍵設(shè)備，根據(jù)項(xiàng)目的不同要求可采取不同的設(shè)備類(lèi)型，目前，比較流行的方式：工控機(jī)、HMI 、PLC 、串口服務(wù)器等。
3.4 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層設(shè)計(jì)
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層位于中低壓變配電現(xiàn)場(chǎng)，具體包括：中壓繼電保護(hù)裝置、現(xiàn)場(chǎng)I/O 、智能電力儀表、PLC 、溫控儀、UPS 、EPS 、ATS 、直流屏、發(fā)電機(jī)等智能監(jiān)控設(shè)備。負(fù)責(zé)采集電力現(xiàn)場(chǎng)的各類(lèi)數(shù)據(jù)和信息狀態(tài)，發(fā)送給通訊間隔層，同時(shí)也作為執(zhí)行單元，執(zhí)行通訊間隔層下發(fā)的各類(lèi)指令。
4 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)功能
智能電力監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有完善的網(wǎng)絡(luò)管理功能，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)自上而下呈金字塔結(jié)構(gòu)，越向下網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，設(shè)備種類(lèi)越多，設(shè)備數(shù)量越大，越難于管理與維護(hù)。安科瑞(Acrel)公司開(kāi)發(fā)的Acrel-3000電力監(jiān)控系統(tǒng)具有強(qiáng)大、的網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)，把供配電系統(tǒng)的運(yùn)行設(shè)備和運(yùn)行狀態(tài)置于毫秒級(jí)、周波級(jí)的連續(xù)的監(jiān)視控制中。
a、友好的人機(jī)交互界面(HMI)
標(biāo)準(zhǔn)的變配電系統(tǒng)具有CAD一次單線(xiàn)圖顯示中、低壓配電網(wǎng)絡(luò)的接線(xiàn)情況;龐大的系統(tǒng)具有多畫(huà)面切換及畫(huà)面導(dǎo)航的功能;分散的配電系統(tǒng)具有空間地理平面的系統(tǒng)主畫(huà)面。主畫(huà)面可直觀(guān)顯示各回路的運(yùn)行狀態(tài)，并具有回路帶電、非帶電及故障著色的功能。主要電參量直接顯示于人機(jī)交互界面并實(shí)時(shí)刷新。
b、用戶(hù)管理
本軟件可對(duì)不同級(jí)別的用戶(hù)賦予不同權(quán)限，從而保證系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的**性和可靠性。如對(duì)某重要回路的合/分閘操作，需操作員級(jí)用戶(hù)輸入操作口令外，還需工程師級(jí)用戶(hù)輸入確認(rèn)口令后方可完成該操作。
c、數(shù)據(jù)采集處理
Acrel-3000型電力監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)時(shí)和定時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各電參量及開(kāi)關(guān)量狀態(tài)(包括三相電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率、電能、溫度、開(kāi)關(guān)位置、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等)，將采集到的數(shù)據(jù)或直接顯示、或通過(guò)統(tǒng)計(jì)計(jì)算生成新的直觀(guān)的數(shù)據(jù)信息再顯示(總系統(tǒng)功率、負(fù)荷大值、功率因數(shù)上下限等)，并對(duì)重要的信息量進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)。
d、趨勢(shì)曲線(xiàn)分析
系統(tǒng)提供了實(shí)時(shí)曲線(xiàn)和歷史趨勢(shì)兩種曲線(xiàn)分析界面，通過(guò)調(diào)用相關(guān)回路實(shí)時(shí)曲線(xiàn)界面分析該回路當(dāng)前的負(fù)荷運(yùn)行狀況。如通過(guò)調(diào)用某配出回路的實(shí)時(shí)曲線(xiàn)可分析該回路的電氣設(shè)備所引起的信號(hào)波動(dòng)情況。系統(tǒng)的歷史趨勢(shì)即系統(tǒng)對(duì)所有已存儲(chǔ)數(shù)據(jù)均可查看其歷史趨勢(shì)，方便工程人員對(duì)監(jiān)測(cè)的配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行質(zhì)量分析。
e、報(bào)表管理
系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)的電能報(bào)表格式并可根據(jù)用戶(hù)需求設(shè)計(jì)符合其需要的報(bào)表格式，系統(tǒng)可自動(dòng)統(tǒng)計(jì)?？勺詣?dòng)生成各種類(lèi)型的實(shí)時(shí)運(yùn)行報(bào)表、歷史報(bào)表、事件故障及告警記錄報(bào)表、操作記錄報(bào)表等，可以查詢(xún)和打印系統(tǒng)記錄的所有數(shù)據(jù)值，自動(dòng)生成電能的日、月、季、年度報(bào)表，根據(jù)復(fù)費(fèi)率的時(shí)段及費(fèi)率的設(shè)定值生成電能的費(fèi)率報(bào)表，查詢(xún)打印的起點(diǎn)、間隔等參數(shù)可自行設(shè)置;系統(tǒng)設(shè)計(jì)還可根據(jù)用戶(hù)需求量身定制滿(mǎn)足不同要求的報(bào)表輸出功能。
f、事件記錄和故障報(bào)警
系統(tǒng)對(duì)所有用戶(hù)操作、開(kāi)關(guān)變位、參量越限及其它用戶(hù)實(shí)際需求的事件均具有詳細(xì)的記錄功能，包括事件發(fā)生的時(shí)間位置，當(dāng)前值班人員事件是否確認(rèn)等信息，對(duì)開(kāi)關(guān)變位、參量越限等信息還具有聲音報(bào)警功能，同時(shí)自動(dòng)對(duì)運(yùn)行設(shè)備發(fā)送控制指令或提示值班人員迅速排除故障。
6 結(jié)束語(yǔ)
本文以Acrel-3000智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的三層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為核心，分析了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選型，以及Acrel-3000電力監(jiān)控系統(tǒng)的功能和性能指標(biāo)。在電力監(jiān)控系統(tǒng)中，配置網(wǎng)絡(luò)電力儀表具有實(shí)施簡(jiǎn)明、投資少等顯著優(yōu)點(diǎn)，可以方便和實(shí)時(shí)地監(jiān)控配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的用電設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，免去工作人員到現(xiàn)場(chǎng)記錄的繁瑣工作，系統(tǒng)對(duì)各種用電設(shè)備的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)進(jìn)行管理分析，便于維護(hù)人員明確設(shè)備狀況，制定詳細(xì)的設(shè)備維護(hù)計(jì)劃，減少工作人員，提率。同時(shí)，根據(jù)建立的電能計(jì)量體系，可以了解、分析建筑總體能耗，提出降耗計(jì)劃，采取節(jié)能降耗措施，逐步提高用電效率。
參考文獻(xiàn)：
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作者簡(jiǎn)介：
師晴晴（1985－），女，漢族，本科，工程師，主要研究方向?yàn)橹悄芙ㄖ┡潆姳O(jiān)控系統(tǒng)
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