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)場的各種電參量和開關(guān)信號。系統(tǒng)組網(wǎng)的方式，組網(wǎng)后通過現(xiàn)場總線通訊并遠(yuǎn)傳至后臺，通過Acrel-3000型電能管理系統(tǒng)實現(xiàn)建筑電力能耗的自動管理及Acrel-3000型電能系統(tǒng)所實現(xiàn)的功能，為樓宇電能統(tǒng)計數(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生活館項目定位于五酒店，是 2010 年上海世博會配套世博村項目中規(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)、計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，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)備連接為一個有機(jī)的整體，實現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備運行的遠(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
　　由于該項目是五酒店，現(xiàn)場需要監(jiān)測所有安裝智能儀表的回路，并且需對空調(diào)、照明、動力用電進(jìn)行分類統(tǒng)計，并且該統(tǒng)計報表需每天自動生成，現(xiàn)場設(shè)備運行狀態(tài)包括回路合分閘狀態(tài)也需實時顯示。現(xiàn)場儀表眾多，采用了3個串口服務(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)場測控層主要的設(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)場屏蔽雙絞線進(jìn)行組網(wǎng)通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場采集。
　　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)場采集裝置集中采集，同時遠(yuǎn)傳至站控層，完成現(xiàn)場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)安裝在計算機(jī)上，集中采集顯示現(xiàn)場設(shè)備運行狀況，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。

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，實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的本地實時顯示。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Ep、遠(yuǎn)程設(shè)備運行狀態(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時準(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)實時運行參數(shù)，畫面定時輪巡切換；畫面實時動態(tài)刷新；模擬量顯示；開關(guān)量顯示；連續(xù)記錄顯示等。
2.3  故障報警及事故追憶
　　在配電系統(tǒng)發(fā)生運行故障時，會及時發(fā)出聲光報警提示用戶及時響應(yīng)故障回路，同時自動記錄事件發(fā)生的時間地點，以被用戶查詢，追憶故障原因。
2.4  數(shù)據(jù)庫建立與查詢
　　主要完成遙測量和遙信量定時采集，并且建立數(shù)據(jù)庫，定期生成報表，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，實現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全，可靠運行。
2.6  運行負(fù)荷曲線
　　定時采集進(jìn)線及重要回路電流負(fù)荷參量，自動生成運行負(fù)荷趨勢曲線的，方便用戶及時了解設(shè)備的運行負(fù)荷狀況。
2.7  電能成本管理
　　自動進(jìn)行日、月、年的電能統(tǒng)計，可以進(jìn)行尖、峰、平、谷時段設(shè)定，實現(xiàn)具有電能分時計費功能，同時生成日、月、年報表。

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10kV/0.4kV配電變壓器，本系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對低壓進(jìn)線及相應(yīng)配出回路的實時動態(tài)監(jiān)控以及樓層所安裝電力儀表的回路進(jìn)行監(jiān)測。
　　進(jìn)線回路采用ACR230ELH多功能諧波儀表，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、并可監(jiān)測電壓、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)量輸入接點和2路繼電器控制輸出接點，這些接點可以配合智能斷路器實現(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。
　　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、有功電度的測量、復(fù)費率電能的計量以及開關(guān)信號的檢測和繼電器遙控輸出。
　　高壓側(cè)實時畫面見圖1，為系統(tǒng)主監(jiān)控畫面，主要實時監(jiān)測高壓回路的運行狀態(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，功能有電量遙測主要監(jiān)測運行設(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；遙信功能實現(xiàn)顯示現(xiàn)場設(shè)備的運行狀態(tài)，主要包括：開關(guān)的分、合閘運行狀態(tài)和通訊故障報警；遠(yuǎn)程抄表功能，主要完成對各主要回路的遠(yuǎn)程集抄功能，可選擇時間段進(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

　　用電量報表功能，根據(jù)時間段可以查詢各回路的用電量情況，見圖4；

圖4　電能報表

　　事件記錄功能，事件記錄報警可實時歷史查看，見圖5；

圖5　事件記錄

　　系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)圖，可實時查看系統(tǒng)各設(shè)備通訊運行情況，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)荷運行情況，見圖7。

圖7　負(fù)荷曲線

4　 結(jié)束語
　　隨著社會的發(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，可以實現(xiàn)對電能的分項及分時復(fù)費率計量，不僅能顯示用電用能狀況，還具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可以與計算機(jī)等組成電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)。系統(tǒng)實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的分析、處理，并生成各種電能報表、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)運行可靠，穩(wěn)定，為樓宇電能統(tǒng)計數(shù)據(jù)，為節(jié)能提供決策依據(jù)取得了較好的社會效益。

　　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. 電力電測數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南[M]. 北京. 中國電力出版社. 2007. 4

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