智能电表集抄系统

电力监控与电能管理系统在苏州大型商业楼宇的应用 安科瑞鲍静君

摘要：介绍苏州吴中商务中心电力监控与电能管理系统，采用智能电力仪表和微机保护装置采集配电现场的各种电参量和开关信号。系统采用现场就地组网的方式，组网后通过现场总线通讯并远传至后台，通过Acrel-2000型电力监控系统实现变电所的实时电力监控及Acrel-3000型电能管理系统实现建筑电力能耗的自动管理，为楼宇电能统计数据，为节能提供决策依据。

关键词：商业楼宇;苏州吴中商务中心;变电所;智能电力仪表;Acrel-2000/3000型;电力监控系统;电能管理系统;建筑节能

0  概述

      目前我国大多数多功能办公大楼、写字楼、商场等商业建筑都设有集中空调系统为用户提供健康和舒适的工作环境。这类建筑占大型公共建筑的比例越来越大，在我国建筑节能尤其是大型公共建筑节能中，多功能商业建筑的节能应是。

      苏州吴中商务中心项目是苏州吴中国裕资产经营有限公司投资兴建的一项商业楼宇工程，项目总投资约1.3亿元，总建筑面积为124440平方米，分两幢22层高办公楼，两层地下停车场。

      本项目为苏州吴中商务中心地下变电所电力监控与电能管理系统。根据配电系统管理的要求，需要对苏州吴中商务中心两个地下变电所内的高压柜、低压配出线进行电力监控，以保证用电的安全、可靠和。

      Acrel-2000/3000型低压智能配电系统，充分利用了现代电子技术、计算机技术、网络技术和现场总线技术的最新发展，对变配电系统进行分散数据采集和集中监控管理。对配电系统的二次设备进行组网，通过计算机和通讯网络，将分散的配电所的现场设备连接为一个有机的整体，实现电网运行的远程监控和集中管理，管理人员可以实时监控建筑物各项能源的消耗，发现能源使用过程中的浪费现象，以便采取可控的能源消费方式，减少能源消耗量，实现建筑物的节能管理。

1  系统结构描述

      本监控系统主要实现吴中商务中心两个地下变电所（东区变电所和西区变电所）的10/0.4kV配电系统进行用电监控与电能管理；监控范围为东区变电所的T1、T2、T3、T4变压器的低压进线柜、联络柜、馈线柜及高压侧仪表和西区变电所的T5、T6、T7、T8变压器的低压进线柜、联络柜、馈线柜仪表进行远程实时监控和电能管理。该系统总计有219只仪表（其中包括187只ACR网络智能电力仪表，10只ABB综合保护装置，14只高压开关状态指示仪，8只温控仪），分13条总线，其中东区变电所8条总线，西区变电所5条总线，两变电所之间距离较远，采用光纤组网连接，最后通过网线拉至电工值班室连接到监控主机实现总线上仪表与监控主机的数据连通。

      本监控系统采用分层分布式结构，即站控层，通讯层与间隔层；如图（1）所示：

       间隔设备层主要为：多功能网络电力仪表、开关量、模拟量采集模块和智能断路器等。这些装置分别对应相应的一次设备安装在电气柜内，这些装置均采用RS485通讯接口，通过现场MODBUS总线组网通讯，实现数据现场采集。

       网络通讯层主要为：通讯服务器，其主要功能为把分散在现场采集装置集中采集，同时远传至站控层，完成现场层和站控层之间的数据交互。

       站控管理层：设有高性能工业计算机、显示器、UPS电源、打印机、报警蜂鸣器等设备。监控系统安装在计算机上，集中采集显示现场设备运行状况，以人机交互的形式显示给用户。

以上网络仪表均采用RS485接口和MODBUS-

      通信的双方都可以接收、发送数据但是在同一时刻只能发送或接收数据，数据最高传输速率为10Mbps。

      RS485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰能力增强，总线上允许连接多达32个设备，最大传输距离为1.2km。

2  电力监控系统主要功能

2.1  数据采集与处理

       数据采集是配电监控的基础，数据采集主要由底层多功能网络仪表采集完成，实现远程数据的本地实时显示。需要完成采集的信号包括：三相电压U、三相电流I、频率Hz、功率P、功率因数COSφ、电度Epi、远程设备运行状态等数据。

       数据处理主要是把按要求采集到的电参量实时准确的显示给用户，达到配电监控的自动化化和智能化要求，同时把采集到的数据存入数据库供用户查询。

2.2  人机交互

      系统提供简单、易用、良好的用户使用界面。采用全中文界面，CAD图形显示低压配电系统电气一次主接线图，显示配电系统设备状态及相应实时运行参数，画面定时轮巡切换；画面实时动态刷新；模拟量显示；开关量显示；连续记录显示等。

2.3  历时事件

      历时事件查看界面主要为用户查看曾经发生过的故障记录、信号记录、操作记录、越限记录提供方便友好的人机交互，通过历史事件查看平台，您可以根据自己的要求和查询条件方便定位您所要查看的历史事件，为您把握整个系统的运行情况提供了良好的软件支持。

2.4  数据库建立与查询

       主要完成遥测量和遥信量定时采集，并且建立数据库，定期生成报表，以供用户查询打印。

2.5  用户权限管理

      针对不同级别的用户，设置不同的权限组，防止因人为误操作给生产，生活带来的损失，实现配电系统的安全，可靠运行。可以通过用户管理进行用户登录、用户注销、修改密码、添加删除等操作，方便用户对账号和权限的修改。

2.6  运行负荷曲线

      负荷趋势曲线功能主要负责定时采集进线及重要回路电流和功率负荷参量，自动生成运行负荷趋势曲线的，方便用户及时了解设备的运行负荷状况。点击画面相应按钮或菜单项可以完成相应功能的切换；可以查看实时趋势曲线或历史趋势线；对所选曲线可以进行平移、缩放、量程变换等操作，帮助用户进线趋势分析和故障追忆，为分析整个系统的运行状况提供了直观而方便的软件支持。

2.7  远程报表查询

      报表管理程序的主要功能是根据用户的需要设计报表样式，把系统中处理的数据经过筛选、组合和统计生成用户需要的报表数据。本程序还可以根据用户的需要对报表文件采用定时保存、打印或者召唤保存、打印模式。同时本程序还向用户提供了对生成的报表文件管理功能。

     报表具有自由设置查询时间实现日、月、年的电能统计，数据导出和报表打印等功能。

3  案例分析

      苏州吴中商务中心电力监控与电能管理系统分两个变电所（东区变电所和西区变电所），本项目针对这两个变电所的10/0.4kV配电系统进行用电监控与电能管理；监控范围为东区变电所的T1、T2、T3、T4变压器的低压进线柜、联络柜、馈线柜及高压侧仪表和西区变电所的T5、T6、T7、T8变压器的低压进线柜、联络柜、馈线柜仪表进行远程实时监控和电能管理。

      进线回路采用ACR330ELH多功能谐波仪表，其是针对电力系统、工矿企业、公共设施、智能大厦的电力监控需求而设计的网络电力仪表，它能测量所有常规电力参数，如：三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电度、无功电度、并可监测电压、电流的2-31次谐波分量等多种电参量。并且本仪表带有4路光电隔离开关量输入接点和2路继电器控制输出接点，这些接点可以配合智能断路器实现断路器的遥信、遥控操作。该系列网络电力仪表主要应用于变电站自动化、配电网自动化、小区电力监控、工业自动化、能源管理系统及智能建筑等领域。

       重要配出回路采用ACR220EL系列网络电力仪表，该仪表主要测量所有常规电力参数，如：三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电度、无功电度。

       高压侧实时画面见图（2），为系统主监控画面，主要实时监测高压回路的运行状态，红色代表合闸，绿色代表分闸。在高压系统图中可以直观的看到每路高压进线和出线的运行参数和状态，可以看到变压器出线侧的所有常规电力参数，如：三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电度及变压器温度。

       RTU通讯协议，RS485采用屏蔽线传输，一般都采用二根连线，接线简单方便；通讯接口是半双工通信即低压配电二次图见图（3），功能有电量遥测主要监测运行设备的电参量，其中包括：线三相电压，电流，功率，功率因数，电能，频率等电参量及配出回路的三相电流；遥信功能实现显示现场设备的运行状态，主要包括：开关的分、合闸运行状态和通讯故障报警；断路器变位时会发出报警信号，提醒用户及时处理故障。

       遥信和遥测报警功能，主要完成对低压各出线回路的开关运行状态和负载进线监控，对开关变位和负载越限弹出报警界面指示具体的报警位置并声音报警，提醒值班人员及时处理。遥测报警值设置界面可以看到每个监控点的实时值和报警设置值，方便值班人员比对进线设置，负载越限值在相应权限下可自由设置。具备历史查询功能。见图（4）至图（6）。

图（4） 实时遥信报警信息

图（5）历史遥测报警信息查询

图（6）遥测报警值设置界面

      参数抄表功能，主要对低压各出线回路的电参数进线查询。支持任意时刻电参数查询，具备数据导出和报表打印等功能。该报表查询供两个变电所8台变压器出线各低压回路的电参数，主要包括：三相电流、有功功率和有功电度及变压器温度。该报表各回路名称和数据库关联，方便用户修改回路名称。见图（7）

      用电量报表功能，可选择时间段进行查询，支持任意时间段电度累计查询，具备数据导出和报表打印等功能。为值班人员提供了精确可靠的电能报表。该报表各回路名称和数据库关联，方便用户修改回路名称。如下图所示，显示健身中心某段时间内的各配电回路的精确用电量，用户可以直接打印报表，可以以EXCEL格式另存到其他位置。 见图（8）。

      系统通讯结构示意图，主要显示系统的组网结构，系统采用分层分布式结构，同时监测间隔层设备的通信状态。红色表示通讯正常，绿色表示通讯故障。见图（9）。

      负荷趋势曲线界面中可直观的查看回路的负荷运行情况。查看实时和历史趋势曲线，点击画面相应按钮或菜单项可以完成相应功能的切换；帮助用户进线趋势分析和故障追忆，具备曲线打印功能。为分析整个系统的运行状况提供了直观而方便的软件支持。见图（10）。

4  结束语

       随着社会的发展及电力的广泛应用，电力监控系统已成为全国各地工程项目、标志性建筑/大型公共设施等大面积多变电所用户的必然选择，本文介绍的Acrel-2000/3000电力监控与电能管理系统在苏州吴中商务中心的应用，可以实现对变电所高低压配电回路用电的实时监控与电能管理，不仅能显示回路用电状况，还具有网络通讯功能，可以与串口服务器、计算机等组成电力监控系统。系统实现对采集数据的分析、处理，实时显示变电所内各配电回路的运行状态，对分合闸、负载越限具有弹出报警对话框及语音提示，并生成各种电能报表、分析曲线、图形等，便于电能的远程抄表以及分析、研究，不但减少抄表人员的工作量，而且降低了建筑的管理成本，是实现管理节电的重要措施和有效途径。

      该系统运行安全、可靠、稳定，为变电所用户解决用电问题提供了真实可靠的依据，取得了较好的社会效益。［2］

      该系统为城市能耗监测平台预留接口，可以无缝接入城市能耗监测平台，实现城市节能管理部门对建筑物的能耗进行监控。

文章来源于：《建筑节能》2012年9期。

参考文献：

[1].任致程 周中. 电力电测数字仪表原理与应用指南[M]. 北京. 中国电力出版社. 2007. 4

[2].周中等编着. 智能电网用户端电力监控与电能管理系统产品选型及解决方案[M]. 北京. 机械工业出版社. 2011.10

安科瑞能耗管理系统在某校园的应用  安科瑞鲍静君

0 引言

    虽然我国已经出现一批在创建节约型校园方面率先的高等学校，但是2015年版中国建筑节能年度发展报告显示，我国各类高等学校平均单位建筑耗电量达43kWh/m2，根据报告数据，80%以上高等学校没有装设校园能耗监测系统，学校建筑能耗情况缺乏有效的管理，能源消耗情况混乱。

    为了推动全社会节约能源，提高能源利用效率，保护和改善环境，加快建设节约型社会，促进经济社会协调可持续发展，国家发改委、住建部、工信部以及各地方政府相关部门相继制定了针对行业能源消耗统计和节能工作的指导性文件，如《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗检测系统技术导则》、《关于做好工业电力需求侧管理工作的指导意见》等。安科瑞以自身产品为依托，结合行业标准和规范，提供了企业内部Acrel3000电能集抄管理系统、Acrel3100预付费售电管理系统、Acrel5000能耗监测管理系统等一系列针对智能电网电力需求侧完善的电能管理系统解决方案，为用户梳理用能走向，构建能源计量体系。

1 校园能耗管理系统介绍

1.1电能能耗管理的概念

    校园建筑的主要能耗是电力，但是目前供电部门只在校园各建筑高压10kV 侧安装了两块用于收费的电能数据表，师生只了解每栋建筑分月电耗情况，对于各建筑电耗浪费在哪里、哪里有节能潜力却无从知晓。这种情况下，安装校园电能分项计量系统是十分有必要的。

    电能分项计量是指将建筑内各终端电耗设备按用电属性进行分类，并进行数据采集和分析整理的技术。从用能特点和性质上分，校园建筑的分项能耗通常包括空调系统能耗、照明能耗、插座或办公设备能耗、电梯能耗、信息中心或厨房等特殊功能区域能耗(图1) 。分项计量技术不仅可以实时采集建筑能耗数据，还可通过详细的分项计量，分析诊断各终端电耗设备运行状况挖掘建筑节能潜力。本文以某校园为例，浅析Acrel5000能耗管理系统在校园中的应用。

图 1  校园建筑电能分项计量结构图

1. 2 现场装表方案

    根据原建筑的配电系统图纸分析和现场调研结果，了解了该校园各配电支路末端实际负载情况，结合电表安装规则，综合确定电能分项计量的装表方案。数据采集网关安装在低压配电室内，并配置标准导轨挂装在配电房中，方便线路汇总接入校园网[1] 。实验楼电能分项计量系统现场施工主要设备含：三相电表( 安科瑞 DTSD1352)，单相电表(安科瑞 DDSD1352)，电流型互感器(安科瑞 AKH-0.66) , 网关箱(1000*800*80), 四端口网络模块。

    分项计量电表通过RS485 串行通讯端口接入到数据采集网关。每个数据采集网关提供多个半双工RS485 端口，每个端口与一个分项计量电表连接，采用主-从方式进行通讯。

1. 3 Acrel5000能耗系统方案设计

    Acrel5000能耗统由现场数据采集系统、远程传输网络、电能监测中心 3 部分组成。其中，现场数据采集系统由末端电能计量装置和数据采集网关组成，构成建筑内部的监测传输网络；远程传输网络是指实现建筑现场计量装置与远程电能监测中心的数据通信网络；电能监测中心由数据库服务器、web 服务器等组成，完成能耗数据的动态监测及分析处理工作。

图2 能耗管理系统图

2 能耗管理系统具体环节介绍

2.1 电能数据计量设备

    针对集中安装的应用场合，客户不便于靠近仪表插卡充值，设计开发了终端充值预付费售电管理系统。系统由主站软件、读卡器、充值终端及DDSY1352-NK、DTSY1352-NK内控型预付费电能表组成。充值终端接收卡内信息并将其通过485通信下发给仪表完成对仪表的充值。相当于将插卡式预付费电能表的读卡部分转移到集中安装的电井外面方便客户查询充值。本系统适用于电能表集中安装对业主不开放、需要自助查询；电能数据计量设备一般由带有数字输出接口的远程传输型单相DDSD1352或三相电能表DTSD1352组成。该电表必须满足DL/645 规约和RS485串行通信接口。为满足对数据采集实时性的要求，每个计量电表都单独使用一个串行端口， 即计量电表接入现场数据采集网关。

2.2 数据采集网关硬件设计

    数据采集网关可以将采集数据处理转化为能够在以太网上传递的数据帧，再通过有线或者无线蜂窝移动网，将采集的电量经校园网或移动网的分组数据域( GPRS)传递到远端的数据采集服务器。

 3 系统软件设计

    远程预付费管理系统

    1.Acrel3100预付费售电管理系统由系统软件-通信管理机-预付费电能表组成，通过通信网络完成系统到表的充值、查询、监控及遥控等功能，切可选配短信提醒服务。远程充值可在售电方直接实现从后台到仪表的充值，用户无需重返仪表前插卡才能完成充值，充值方便快捷。

    该功能主要是按操作员来查询售电记录，如下图所示。选择起止日期、填写需要查询的仪表编号、用户号、用户名字和户号，点击查询按钮即可查询到相应的记录。且该功能也支持导出打印操作。

    报表中心提供了多个时间单位的各种统计数据，并能查询、导出打印统计出的报表。数据中心主要分为实时报警记录报表、日销售报表、月销售报表以及年销售报表。

4系统功能

4.1Acrel 5000能耗管理平台各子系统模块

    Acrel 5000能耗管理平台将企业用能按电力供应，设备用电的供配电线路进行梳理，进行电能集抄，并结合配电领域的性对用电过程中诸如电能质量、故障管理、用电安全、负荷管理进行可视化设计，形成符合企业用能特点的定制化辅助工具。

4. 2区域用能管理

    高校用能按区域划分，灵活配置计量表具，系统可统计出日、周、月、年报表，并分析用能趋势，Acrel 500能耗管理系统便于校方实时直观掌握各区域电能消耗情况。

4.3部门用能管理

    高校可建立部门用能定额，将部门实际用能与计划值进行比较，系统可反映出建筑物当日与昨日同期、当月与上月同期、当年与上年同期等各类同环比分析对比情况。

4.4支路用能管理

    能耗管理系统可以对建筑物各支路用能进行远程集抄，并可查询仪表的各类参数（电压、电流等），并以图形方式显示；系统使用者可通过相关界面调取各节点的电能统计报表，减少用能的“跑、冒、滴、漏”和计量误差。

5实验楼节能效果评估

    由图5知该实验楼夏日最大电耗设备为楼内各分散空调。且由用电能耗曲线图可知，晚 6 时下班后，部分分散空调由于人员疏忽继续运行。负载较大的电梯白天空载较多。由于人员用能习惯不当和部分设备运行方式欠佳造成该实验楼存在较大节能空间。由此，提醒该楼人员转变不良用电习惯可达到一定节能效果。

    按照设计方案，在该实验楼低压配电室安装电能分项计量系统，完善上位机界面后，能实现用能实时监测、历史查询、统计分析、综合管理等功能，从监测数据中纠正用能习惯缺陷，寻找能耗漏洞，掌握实时能耗分配情况，提高师生节能意识并促进行为节能。

6结束语

    本文提出并设计了校园某实验楼用电分项计量系统的方案, 该方案能实现对实验楼用电量分项定时采集和监测. 通过实验楼用电能耗数据采集与实施监测的模拟实验, 系统性能符合基本需求. 为进一步搭建校园电能分项计量系统的标准化通用型平台奠定了基础.

参 考 文 献

【1】陈思嘉, 李果, 张广明. 某高校图书馆能耗分项计量设计[ J] . 现代电力电子技术, 2010( 3) : 314.

【2】 王鑫. 大型公共建筑用电分项计量系统研究与进展( 2)[ J] . 暖通空调, 2010( 8) : 40.

【3】金星, 果勇, 王盛慧. L abSO L 数据库访问工具包的设计与实现[ J ] . 长春工业大学学报( 自然科学报) . 2010( 6) : 31