電能管理與電力監(jiān)控系統(tǒng)在上海世博村VIP生活館的應(yīng)用

王曉明¹陸明¹
1. 上海安科瑞電氣股份有限公司，上海 201801

摘    要：介紹上海世博村VIP生活館配電系統(tǒng)及電能管理系統(tǒng)，采用智能電力儀表和微機(jī)保護(hù)采集配電現(xiàn)場(chǎng)的各種電參量和開關(guān)信號(hào)。系統(tǒng)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-3000型電能管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)建筑電力能耗的自動(dòng)管理及Acrel-3000型電能系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的功能，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：世博村;智能電力儀表;Acrel-3000型;電能管理系統(tǒng) 

The application of Energy Management System in VIP Living Museum in Shanghai World Expo Village

LU Ming
1.Shanghai Acrel ltd,Shanghai 201801

Abstract: Introducing distribution system and power management systems of VIP Living Museum in Shanghai World Expo Village,adopting the way of systmen network that collecting a variety of electrical parameters and switching signals of Inligent Power Meter and the Computer Protection Acquisition distribution scene,and later conveying to the backstage  through field bus communication, through Acrel-3000 energy management system to achieve automated construction power consumption management and the functions, to statistic building energy data ,to offer the strategic decision  basis of energy conservation.
Key words: Expo Village; Inligent Power Meter; Acrel-3000 ; Energy Management System

0　 概述
　　上海世博村VIP生活館項(xiàng)目定位于五酒店，是 2010 年上海世博會(huì)配套世博村項(xiàng)目中規(guī)格zui高的酒店。酒店占地面積約為25500平方米 ,總建筑面積66000 平米,建筑高度約95米 ,地上部分26層 ,地下為2 層,共有客房443間。
　　上海世博村VIP生活館配電系統(tǒng)分為高、低壓兩大部分，高壓部分為兩條10KV進(jìn)線，有4臺(tái)變壓器。世博洲際酒店屬于重要電力負(fù)荷用戶，作為世博村項(xiàng)目中規(guī)格zui高的酒店，電力穩(wěn)定供應(yīng)的重要性可想而知。低壓部分分為低壓配電室、冷凍機(jī)房、水泵房、應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組，且在每一個(gè)樓層中都有低壓配電房，為每一層中的各設(shè)備回路供電。 
　　結(jié)合該配電系統(tǒng)的電能管理系統(tǒng)Acrel-3000，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)設(shè)備運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控和集中管理。

1　 電能管理需求分析及系統(tǒng)構(gòu)成
　　由于該項(xiàng)目是五酒店，現(xiàn)場(chǎng)需要監(jiān)測(cè)所有安裝智能儀表的回路，并且需對(duì)空調(diào)、照明、動(dòng)力用電進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，并且該統(tǒng)計(jì)報(bào)表需每天自動(dòng)生成，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)包括回路合分閘狀態(tài)也需實(shí)時(shí)顯示。現(xiàn)場(chǎng)儀表眾多，采用了3個(gè)串口服務(wù)器加交換機(jī)的組網(wǎng)方式。
　　本系統(tǒng)采用分層分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：
　　即間隔層、通訊層和站控層如下圖所示：

　　現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控層主要的設(shè)備為：多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表、微機(jī)保護(hù)裝置等。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)屏蔽雙絞線進(jìn)行組網(wǎng)通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集。
　　通訊控制層主要為：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)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)儀表均在現(xiàn)場(chǎng)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。

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Ep、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  故障報(bào)警及事故追憶
　　在配電系統(tǒng)發(fā)生運(yùn)行故障時(shí)，會(huì)及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警提示用戶及時(shí)響應(yīng)故障回路，同時(shí)自動(dòng)記錄事件發(fā)生的時(shí)間地點(diǎn)，以被用戶查詢，追憶故障原因。
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)的安全，可靠運(yùn)行。
2.6  運(yùn)行負(fù)荷曲線
　　定時(shí)采集進(jìn)線及重要回路電流負(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。
2.7  電能成本管理
　　自動(dòng)進(jìn)行日、月、年的電能統(tǒng)計(jì)，可以進(jìn)行尖、峰、平、谷時(shí)段設(shè)定，實(shí)現(xiàn)具有電能分時(shí)計(jì)費(fèi)功能，同時(shí)生成日、月、年報(bào)表。

3  案例分析
　　上海世博村VIP生活館低壓配電系統(tǒng)主要有4臺(tái)10kV/0.4kV配電變壓器，本系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)低壓進(jìn)線及相應(yīng)配出回路的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控以及樓層所安裝電力儀表的回路進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
　　進(jìn)線回路采用ACR230ELH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ACR220EFLK系列網(wǎng)絡(luò)電力儀表，該儀表主要完成三相電流、三相電壓、有功電度的測(cè)量、復(fù)費(fèi)率電能的計(jì)量以及開關(guān)信號(hào)的檢測(cè)和繼電器遙控輸出。
　　高壓側(cè)實(shí)時(shí)畫面見圖1，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。

圖1　高壓系統(tǒng)一次圖

　　世博村VIP生活館低壓配電系統(tǒng)見圖2，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：進(jìn)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；遠(yuǎn)程抄表功能，主要完成對(duì)各主要回路的遠(yuǎn)程集抄功能，可選擇時(shí)間段進(jìn)行查詢見圖3；

圖2　世博村VIP生活館低壓配電系統(tǒng)圖

　　圖3　遠(yuǎn)程抄表

　　用電量報(bào)表功能，根據(jù)時(shí)間段可以查詢各回路的用電量情況，見圖4；

圖4　電能報(bào)表

　　事件記錄功能，事件記錄報(bào)警可實(shí)時(shí)歷史查看，見圖5；

圖5　事件記錄

　　系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)圖，可實(shí)時(shí)查看系統(tǒng)各設(shè)備通訊運(yùn)行情況，見圖6。

圖6　系統(tǒng)通訊

　　負(fù)荷曲線，可直觀的查看回路的負(fù)荷運(yùn)行情況，見圖7。

圖7　負(fù)荷曲線

4　 結(jié)束語
　　隨著社會(huì)的發(fā)展及電力的廣泛應(yīng)用，電能管理已成為大型公共建筑的必然選擇，本文介紹的電力儀表及ACREL3000電能管理系統(tǒng)在世博村A塊VIP生活館的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的分項(xiàng)及分時(shí)復(fù)費(fèi)率計(jì)量，不僅能顯示用電用能狀況，還具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可以與計(jì)算機(jī)等組成電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析、處理，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。該系列電力儀表及系統(tǒng)運(yùn)行可靠，穩(wěn)定，為樓宇電能統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，為節(jié)能提供決策依據(jù)取得了較好的社會(huì)效益。

　　文章來源于：《軟件產(chǎn)業(yè)與工程》2010年5期。

參考文獻(xiàn)
[1] 任致程 周中. 電力電測(cè)數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南[M]. 北京. 中國(guó)電力出版社. 2007. 4

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