電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)在蘇州大型商業(yè)樓宇的應(yīng)用
樂傳正1 朱祝豐2
1.中國建筑科學(xué)研究院 ，江蘇 蘇州 215011；
2.上海安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 201801；
摘要：介紹蘇州吳中商務(wù)中心電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)，采用智能電力儀表和微機(jī)保護(hù)裝置采集配電現(xiàn)場(chǎng)的各種電參量和開關(guān)信號(hào)。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)總線通訊并遠(yuǎn)傳至后臺(tái)，通過Acrel-2000型電力監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)變電所的實(shí)時(shí)電力監(jiān)控及Acrel-3000型電能管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)建筑電力能耗的自動(dòng)管理，為樓宇電能統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，為節(jié)能提供決策依據(jù)。
關(guān)鍵詞：商業(yè)樓宇;蘇州吳中商務(wù)中心;變電所;智能電力儀表;Acrel-2000/3000型;電力監(jiān)控系統(tǒng);電能管理系統(tǒng);建筑節(jié)能
The application of Power Monitoring and Energy Management System
in large commercial buildings in Suzhou
Le chuanzheng1 Zhu Zhufeng2
1. China building scientific research institute Jiangsu 215011
2.Shanghai Acrel ltd,Shanghai 201801;
Abstract: Introducing distribution system and power management systems of Suzhou Wuzhong Commerce Center, adopting the way of system network that collecting a variety of electrical parameters and switching signals of Intelligent Power Meter and the Computer Protection Acquisition distribution scene. The system using in situ networking mode and later conveying to the backstage through field bus communication, through Acrel-2000 power monitoring system of substation real-time power monitoring and Acrel-3000 energy management system to achieve automatic management of building electric energy consumption, to statistic building energy data , to offer the strategic decision basis of energy conservation.
Key words: Commercial buildings; Suzhou Wuzhong Commerce Center; Substation; Intelligent Power Meter; Acrel-2000/3000 ; Power Monitoring System ; Energy Management System; building energy efficiency
0 概述
目前我國大多數(shù)多功能辦公大樓、寫字樓、商場(chǎng)等商業(yè)建筑都設(shè)有集中空調(diào)系統(tǒng)為用戶提供健康和舒適的工作環(huán)境。這類建筑占大型公共建筑的比例越來越大，在我國建筑節(jié)能尤其是大型公共建筑節(jié)能中，多功能商業(yè)建筑的節(jié)能應(yīng)是重點(diǎn)。
蘇州吳中商務(wù)中心項(xiàng)目是蘇州吳中國裕資產(chǎn)經(jīng)營有限公司投資興建的一項(xiàng)商業(yè)樓宇工程，項(xiàng)目總投資約1.3億元，總建筑面積為124440平方米，分兩幢22層高辦公樓，兩層地下停車場(chǎng)。
本項(xiàng)目為蘇州吳中商務(wù)中心地下變電所電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)。根據(jù)配電系統(tǒng)管理的要求，需要對(duì)蘇州吳中商務(wù)中心兩個(gè)地下變電所內(nèi)的高壓柜、低壓配出線進(jìn)行電力監(jiān)控，以保證用電的**、可靠和。
Acrel-2000/3000型低壓智能配電系統(tǒng)，充分利用了現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的新發(fā)展，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)控和集中管理，管理人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)控建筑物各項(xiàng)能源的消耗，發(fā)現(xiàn)能源使用過程中的浪費(fèi)現(xiàn)象，以便采取可控的能源消費(fèi)方式，減少能源消耗量，實(shí)現(xiàn)建筑物的節(jié)能管理。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述
本監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)吳中商務(wù)中心兩個(gè)地下變電所（東區(qū)變電所和西區(qū)變電所）的10/0.4kV配電系統(tǒng)進(jìn)行用電監(jiān)控與電能管理；監(jiān)控范圍為東區(qū)變電所的T1、T2、T3、T4變壓器的低壓進(jìn)線柜、聯(lián)絡(luò)柜、饋線柜及高壓側(cè)儀表和西區(qū)變電所的T5、T6、T7、T8變壓器的低壓進(jìn)線柜、聯(lián)絡(luò)柜、饋線柜儀表進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和電能管理。該系統(tǒng)總計(jì)有219只儀表（其中包括187只ACR網(wǎng)絡(luò)智能電力儀表，10只ABB綜合保護(hù)裝置，14只高壓開關(guān)狀態(tài)指示儀，8只溫控儀），分13條總線，其中東區(qū)變電所8條總線，西區(qū)變電所5條總線，兩變電所之間距離較遠(yuǎn)，采用光纖組網(wǎng)連接，后通過網(wǎng)線拉至電工值班室連接到監(jiān)控主機(jī)實(shí)現(xiàn)總線上儀表與監(jiān)控主機(jī)的數(shù)據(jù)連通。
本監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，即站控層，通訊層與間隔層；如圖（1）所示：
間隔設(shè)備層主要為：多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表、開關(guān)量、模擬量采集模塊和智能斷路器等。這些裝置分別對(duì)應(yīng)相應(yīng)的一次設(shè)備安裝在電氣柜內(nèi)，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過現(xiàn)場(chǎng)MODBUS總線組網(wǎng)通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集。
網(wǎng)絡(luò)通訊層主要為：通訊服務(wù)器，其主要功能為把分散在現(xiàn)場(chǎng)采集裝置集中采集，同時(shí)遠(yuǎn)傳至站控層，完成現(xiàn)場(chǎng)層和站控層之間的數(shù)據(jù)交互。
站控管理層：設(shè)有高性能工業(yè)計(jì)算機(jī)、顯示器、UPS電源、打印機(jī)、報(bào)警蜂鳴器等設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計(jì)算機(jī)上，集中采集顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況，以人機(jī)交互的形式顯示給用戶。
以上網(wǎng)絡(luò)儀表均采用RS485接口和MODBUS-
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)高傳輸速率為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，大傳輸距離為1.2km。
2 電力監(jiān)控系統(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，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**，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(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 案例分析
蘇州吳中商務(wù)中心電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)分兩個(gè)變電所（東區(qū)變電所和西區(qū)變電所），本項(xiàng)目針對(duì)這兩個(gè)變電所的10/0.4kV配電系統(tǒng)進(jìn)行用電監(jiān)控與電能管理；監(jiān)控范圍為東區(qū)變電所的T1、T2、T3、T4變壓器的低壓進(jìn)線柜、聯(lián)絡(luò)柜、饋線柜及高壓側(cè)儀表和西區(qū)變電所的T5、T6、T7、T8變壓器的低壓進(jìn)線柜、聯(lián)絡(luò)柜、饋線柜儀表進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和電能管理。
進(jìn)線回路采用ACR330ELH多功能諧波儀表，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、并可監(jiān)測(cè)電壓、電流的2-31次諧波分量等多種電參量。并且本儀表帶有4路光電隔離開關(guān)量輸入接點(diǎn)和2路繼電器控制輸出接點(diǎn)，這些接點(diǎn)可以配合智能斷路器實(shí)現(xiàn)斷路器的遙信、遙控操作。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。
重要配出回路采用ACR220EL系列網(wǎng)絡(luò)電力儀表，該儀表主要測(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。
高壓側(cè)實(shí)時(shí)畫面見圖（2），為系統(tǒng)主監(jiān)控畫面，主要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓回路的運(yùn)行狀態(tài)，紅色代表合閘，綠色代表分閘。在高壓系統(tǒng)圖中可以直觀的看到每路高壓進(jìn)線和出線的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)，可以看到變壓器出線側(cè)的所有常規(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、有功電度及變壓器溫度。
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低壓配電二次圖見圖（3），功能有電量遙測(cè)主要監(jiān)測(cè)運(yùn)行設(shè)備的電參量，其中包括：線三相電壓，電流，功率，功率因數(shù)，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(xiàn)顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，主要包括：開關(guān)的分、合閘運(yùn)行狀態(tài)和通訊故障報(bào)警；斷路器變位時(shí)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒用戶及時(shí)處理故障。
遙信和遙測(cè)報(bào)警功能，主要完成對(duì)低壓各出線回路的開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)和負(fù)載進(jìn)線監(jiān)控，對(duì)開關(guān)變位和負(fù)載越限彈出報(bào)警界面指示具體的報(bào)警位置并聲音報(bào)警，提醒值班人員及時(shí)處理。遙測(cè)報(bào)警值設(shè)置界面可以看到每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時(shí)值和報(bào)警設(shè)置值，方便值班人員比對(duì)進(jìn)線設(shè)置，負(fù)載越限值在相應(yīng)權(quán)限下可自由設(shè)置。具備歷史查詢功能。見圖（4）至圖（6）。
圖（4） 實(shí)時(shí)遙信報(bào)警信息
圖（5）歷史遙測(cè)報(bào)警信息查詢
圖（6）遙測(cè)報(bào)警值設(shè)置界面
參數(shù)抄表功能，主要對(duì)低壓各出線回路的電參數(shù)進(jìn)線查詢。支持任意時(shí)刻電參數(shù)查詢，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。該報(bào)表查詢供兩個(gè)變電所8臺(tái)變壓器出線各低壓回路的電參數(shù)，主要包括：三相電流、有功功率和有功電度及變壓器溫度。該報(bào)表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)，方便用戶修改回路名稱。見圖（7）
用電量報(bào)表功能，可選擇時(shí)間段進(jìn)行查詢，支持任意時(shí)間段電度累計(jì)查詢，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。為值班人員提供了可靠的電能報(bào)表。該報(bào)表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)，方便用戶修改回路名稱。如下圖所示，顯示健身中心某段時(shí)間內(nèi)的各配電回路的用電量，用戶可以直接打印報(bào)表，可以以EXCEL格式另存到其他位置。 見圖（8）。
系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)示意圖，主要顯示系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，同時(shí)監(jiān)測(cè)間隔層設(shè)備的通信狀態(tài)。紅色表示通訊正常，綠色表示通訊故障。見圖（9）。
負(fù)荷趨勢(shì)曲線界面中可直觀的查看回路的負(fù)荷運(yùn)行情況。查看實(shí)時(shí)和歷史趨勢(shì)曲線，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；幫助用戶進(jìn)線趨勢(shì)分析和故障追憶，具備曲線打印功能。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。見圖（10）。
4 結(jié)束語
隨著社會(huì)的發(fā)展及電力的廣泛應(yīng)用，電力監(jiān)控系統(tǒng)已成為國內(nèi)各地重點(diǎn)工程項(xiàng)目、標(biāo)志性建筑/大型公共設(shè)施等大面積多變電所用戶的必然選擇，本文介紹的Acrel-2000/3000電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)在蘇州吳中商務(wù)中心的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變電所高低壓配電回路用電的實(shí)時(shí)監(jiān)控與電能管理，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(jì)算機(jī)等組成電力監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析、處理，實(shí)時(shí)顯示變電所內(nèi)各配電回路的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)分合閘、負(fù)載越限具有彈出報(bào)警對(duì)話框及語音提示，并生成各種電能報(bào)表、分析曲線、圖形等，便于電能的遠(yuǎn)程抄表以及分析、研究，不但減少抄表人員的工作量，而且降低了建筑的管理成本，是實(shí)現(xiàn)管理節(jié)電的重要措施和途徑。
該系統(tǒng)運(yùn)行**、可靠、穩(wěn)定，為變電所用戶解決用電問題提供了真實(shí)可靠的依據(jù)，取得了較好的社會(huì)效益。［2］
該系統(tǒng)為城市能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)預(yù)留接口，可以無縫接入城市能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)城市節(jié)能管理部門對(duì)建筑物的能耗進(jìn)行監(jiān)控。
文章來源于：《建筑節(jié)能》2012年第9期。
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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)
QQ：2880157874 T：0510-86189390 M:18860995120 F:0510-86179930 E-MAIL:2880157874@qq.com
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