电能预付费管理系统

能耗监测系统在锦江之星假日酒店中的应用 安科瑞鲍静君

1　概述

随着社会经济的快速发展，能源问题已经成为制约经济和社会发展的重要因素。能源供应的紧张和能源价格的上涨，使得酒店运营过程中，能源方面的成本已经成为日常支出中占有很大比重的一部分，对能源使用方面的节约和控制成为酒店管理中节约开支、增加利润的重要环节。同时国家对节能减排的要求越来越高，绿色、节能、环保成为酒店业发展的新趋势。能耗监测系统的引入能为酒店提供能源使用情况的精确分析，为酒店寻找节能空间，寻求合理的节能方案，提供有力的支持。能源系统即：供电系统、供水系统、供气系统、供冷系统、供热系统等，能源管理的核心就是对酒店中用电量、耗水量等的运行及状态进行安全、合理地实时监测及科学化的管理。海康酒店能耗监测系统是基于安科瑞电气股份有限公司自主设计的Acrel-5000能耗监测系统，针对能量监测的能源管理整体解决方案。

2　设计标准

? 《建筑智能化系统工程设计管理暂行规定》建设部1997

? 《民用建筑电气设计规范》（JGJ／T16－92）建设部

? 《智能建筑设计标准》（DBJ08－4－95）上海市建委1996

? 《建筑和建筑群综合布线工程设计规范》中国工程建设标准协会1997

? 《中华人民共和国国家计量检验规程—热能表》（JJG225-2001）国家质量监督局2002

? 《大楼通信综合布线系统》（UD／T926）邮电部1997

? 《民用建筑电气设计规范》

? 所有计算机硬件系统均符合下述标准：

·电磁学规范：FCC Class B或CISPR22 ClassB

·安全规范：UL Listed(美国)或EN60950（）

3　系统设计

3.1 系统总体设计说明

本项目是经济型酒店办公管理的综合性项目。一套综合有效的能耗监测系统将在酒店管理中将起到不可或缺的作用，不仅能有准确有效地对酒店能耗情况进行实时在线统计，降低人工抄表造成的不准确性和滞后性，而且能够自动产生各种能耗报表，对能耗数据进行横、纵向的比较，帮助酒店管理进行能耗分析，达到节约能源、降低成本的目的。本设计从锦江之星假日酒店建筑结构和项目实际功能出发，对总共12个楼层，各个楼层的电量使用情况进行实时采集和在线监测。整套能耗监测系统，在电量采集的同时，可以辅助酒店管理实现自动管理，降低管理和人力成本，进行能源统计，根据系统自动生成的各种能耗情况报表，实现节能，避免能源浪费。通过实时计量数据的综合、分析，寻找酒店运营的节能空间，降低能源成本，并通过自动化实时检测本系统状态，保证本系统稳定、精确的使用。

3.2 设计原则

①性

本系统设计遵循系统工程的设计准则，通过科学合理地设计，系统整体满足酒店能耗监测的需要，大力采用物联网技术、3G移动通信技术等一系列成熟、可继承、具备广阔发展前景的技术，使系统能在未来数年内不落后，通过软件升级即可实现更多新功能，保护用户的投资。

②实用性

依照用户要求，坚持实用性为主的原则，避免使用不成熟、过分超前的技术和产品，在满足用户提出的详细技术要求的基础上，尽力充分考虑周全，给出科学合理的优化建议。

③可靠性

系统可靠性是系统长期稳定运行的基石，从系统设计理念到系统架构的设计，再到产品选型，都坚持系统可靠性原则；所采用的无线传感网方案，无线通信性能经过长期测试，工作稳定，保证数据准确。

④安全性

管理系统软件按不同的优先级别设有密码，可以防止无关人员乱操作、修改费用、破坏系统或资料；数据加密传输，可采用32/64/128位密钥加密技术，保证数据安全，和用户信息不外泄。

⑤开放性

本系统设计将采用标准化设计，严格遵循相关技术的、和行业标准，确保系统之间的透明性和互通互联，并充分考虑与其它系统的连接；在设计和设备选型时，系统以电量采集为中心，预留水、热、气等其他能源自动计量的管理接口，科学预测未来扩容需求，进行余量设计。

⑥易管理性、易维护性

本能耗监测系统只在原有能耗计量设备上加装采集设备，对水、电、热等线管结构不做任何改动，安装方便；采用无线自组网方式传输数据，无需进行铺线等改造工作，真正即插即用；采用全中文、图形化软件实现整个监控系统管理与维护，自动检测系统中每一台设备的运行状态，并示出详细参数，以辅佐管理人员及时准确地判断和解决问题；采用稳定、易用的硬件和软件，完全不需借助任何专用维护工具，既降低了对管理人员进行知识的培训费用，又节省了日常频繁维护所产生的费用。

3.3 系统设计方案

Acrel-5000能耗监测系统主要针对酒店的主要用能设备进行智能管理以及针对酒店总能源、能耗、能费、能效、能管进行统计分析与规划管理，为酒店从思想、形为、管理、技术、创新等方面提供科学的自动化管理平台，从而直正实现酒店的整体节能降耗的目标；对酒店耗能进行横向和纵向对比，发现能耗发生的效率，可以为酒店定价等提供一定的理论依据，分析酒店运营过程中能源利用效率和节能潜力；提供从运行数据到管理数据的平台，酒店管理者也实时了解酒店运营的能耗情况，而不用等待汇报数据；可以自定义各种生产上的能耗报表，可以提供酒店的能耗汇总情况，符合实国家发改委、统计局和环保总局制订的《单位GDP能耗统计指标体系》。

3.4 系统结构

Acrel-5000能耗监测系统通讯采用无线通信方式，设计采用4层结构：

信息存储与处理层：能耗监测数据的存储与处理平台，主要由酒店服务器、电脑，能耗监测管理平台组成。

? 广域通信网：主要由各运营商的有线、无线网络，及企业内部局域网组成。

? 无线传感网络：主要由cetcStack无线传感网协议开发的WSN网络设备组成，包括WSN采集器、路由器和协调器。

? 信息采集层：主要有各种能耗计量设备组成，包括电子式电表、水表、热量表等。

本系统所采用的无线传感器网络具有自组网、自维护、自适应、可扩展性等功能，网络运行无需人工干预，并可定制在433～464MHz、470～510MHz等不同通信频段。网络由协调器、路由器和终端设备组成，支持星型、树型和网格型网络，网络最大级数为15级，最多可容纳65536个节点，节点的逻辑地址采用6字节的ID。网络是对等网络，安装简单，真正即插即用。网络与上位机之间的通信协议接口丰富，用户可随时查看网络的各种信息，可随时对网络作各种形式的管理和控制，方便快捷，稳定可靠。

3.5 系统功能特点

（1）远程查询

用户可以随时随地通过Internet网登录系统，查看酒店能耗数据，系统实时地对能耗数据进行分析，设置及动态改变网络ID、工作频率等关键网络参数；

（2）拓扑管理

系统能够实时管理无线传感网设备以及可变的无线传感网络拓扑结构，以便更好地帮助设备安装人员进行设备安装和调试；

（3）数据查询

应具备对建筑、楼层、用户编号、用户姓名、数据时间、计费类型的任意时间的历史数据的查询功能；

（4）报表打印

具有默认标准报表打印格式，并附带报表格式设计软件，用户可根据需要，自定义修改报表打印格式；

（5）权限设定

应具有多级操作员密码设定权限。防止无关人员随意改动及查看；

（6）数据交换

用户需查询的数据可以以标准、通用的格式直接导出，可满足智能系统集成要求；

? （7）实时数据显示

在图形界面上应可实时显示能耗数据和数据来源等属性，以图形状态显示酒店水、点等耗能曲线和各楼层的用量曲线，便于协助酒店管理者制定使用用量的计划；

（8）报警管理

可实时检测系统的工作状态，包括：WSN采集器、WSN路由器等。对于设备的故障信号和类型，可通过弹出窗口和声音等方式报警；

（9）集中抄表

能够通过Web界面采集层能耗设备进行远程抄表；

（10）系统监控

对用户的使用情况进行实时的状态监控信息及完善的日志查询，对人为的恶性破坏及时进行报警。

3.6 运行界面

Acrel-5000能耗监测系统监控中心管理软件共分为如下几个模块：

① 抄表信息： 包含所有的日常的硬件通讯相关的操作，包括远程抄表，状态检查，远程控制等功能。

② 拓扑图：网络拓扑图表示WSN协调器、路由器和采集器的网络链路关系。

③资料管理：包含对系统运行数据进行备份、基本维护等功能。

④ 统计报表：包含对系统运行的历史数据进行查询、分析、统计等功能。

⑤系统管理：设置系统运行的基本参数，包括硬件参数，仪表资料，用户资料，计划任务、操作员资料等。

海康酒店能耗监测系统登录界面

海康酒店能耗监测系统主界面

电量统计及图形显示界面

4　主要监控及计量表计

5　结束语

随着智能建筑的发展及电力的广泛应用，对智能建筑的配电系统的智能化集成管理已成为国家机关办公建筑及大型公共建筑智能化建设的必然趋势，本文介绍的基于Acrel-5000的能耗监测系统，不仅可以实时显示电力运行状态及用电状况，还能对数据进行分析处理，以用户适用的方式展现出来，满足用户的需求，实现对采集数据的分析、处理，其生成各种电能报表、分析曲线、图形等，极大的方便了用户的使用，便于配电系统的实时监控与电能的远程抄表与分析研究，为智能建筑的节能技术提供参考。

参考文献：

[1]安科瑞电气股份有限公司系统解决方案.2013.1版.

电力需求侧管理及智能电力监控技术在烟草制造行业错峰限电中的应用 安科瑞鲍静君

一、 行业用户用电特性分析

    烟草制造业以卷烟生产企业为主，包括烟叶复烤企业及生产过滤嘴的企业。该行业是国家税收行业，年税收为国家总税收的10%以上，因此，该行业的生产任务为国家统一调配，按计划生产。

负荷特性：连续、平稳，三班运转，功率因数90%在以上。生产线设备负荷与用于生产的空调负荷比例为1:1；5～10月份开启空调，用于生产，以保证恒温、恒湿的生产环境，用电负荷增加一倍。

生产方式：每月根据上月下达的生产计划安排生产，1～8月份生产计划较少，9～12月份由于节日较多生产计划相应增多。比例为5:7。

烟草制造行业用户设备分类表

二、 行业用户参与错峰限电能力分析

 1. 该行业用电负荷大且为连续性负荷不受时段、季节、气候影响。

 2. 该行业一般为政府力保的利税大户，每月生产任务必须完成，因此不能停生产线。因此紧急错峰能力弱，不适宜参与快速错避峰。

 3. 办公空调、厂区道路照明和厂区景观照明可以参与紧急错峰限电，但负荷比重较小。

 4. 在保证生产车间温度保持在26℃~30℃，湿度保持在60%~70%。夏季10%~30%生产用空调负荷可以分批、短时参与错峰限电，停电时间一般不超过两小时。

 5. 根据该行业生产性质分析，次行业可以采用集中生产，集中检修的方式，提前完成本月生产任务，月末剩余天数避峰。

三、 行业用户参与错峰限电技术方案

（一）缺口等级IV级参与方案

 1. 阶段性错峰：

    该行业的非生产负荷性负荷可以参与阶段性错峰，如：办公空调、照明、食堂(非进餐时间)、厂区道路照明、厂区景观照明。通过减少此类负荷来参与错峰工作。

 2. 紧急错峰：

    该行业不适宜参与紧急错峰。

（二）缺口等级III级参与方案

 1. 阶段性错峰：

    该行业的非生产负荷性负荷可以参与阶段性错峰，如：办公空调、照明、食堂(非进餐时间)、厂区道路照明、厂区景观照明。通过减少此类负荷来参与错峰工作。

 2. 紧急错峰：

    该行业不适宜参与紧急错峰。

（三）缺口等级II级参与方案

 1. 阶段性错峰：

    缺口等级为II级时，在以上减少非生产负荷的基础上，可以适当将20%的生产用空调负荷，采用间歇式停用的方式参与错峰，如：制冷机组（离心式）间歇性停用。（温度高于30℃开；低于26℃关停）

 2. 紧急错峰：

    该行业不适宜参与紧急错峰。

（四）缺口等级I级参与方案

 1. 阶段性错峰：

    缺口等级为I级时，停用非生产负荷，并且在II级的基础上再增加10%的生产用空调负荷，采用间歇式停用的方式参与错峰，如：制冷机组（离心式）、空调器（送风）间歇性停用。（温度高于30℃开；低于26℃关停）

 2. 紧急错峰：

    该行业不适宜参与紧急错峰。

四、 行业用户参与错峰限电风险及注意事项

 1. 为了保证完成统调生产任务，生产线在生产过程中不能停电。

 2. 生产用中央空调主机全部停或停用时间超过2小时会造成生产环境的温度湿度超出标准，影响产品质量。

 3. 生产环境温湿度标准为：温度在26℃至30℃之间；湿度在60%至70%之间。

    因此，该行业参与错峰时，企业应根据自身的实际情况，科学、合理地编制内部应急预案，主动配合错峰实施，杜绝恶性事故发生，将损失降到最低。

五、智能电力监控的功能与应用

    陕西某卷烟厂的供电由供电局引两路110kV供电线路至总降变电所，通过25000MVA的1#主变和31500MVA的2#主变降压至10kV并配出到厂区各个生产线配电室。如今生产线投产，供电线路正常运作，1#主变未投，靠2#主变为整条线的生产供电。

5.1网络结构拓扑图

    整个系统采设计了一套Acrel-3000电能管理系统，采用分层分布式结构，即现场设备层、网络管理层、监控管理层，如下图所示：

    本项目中，通过在总降10kV开关柜上安装上海安科瑞电气股份有限公司ACR320E系列多功能电力仪表来实现变电所各回路电度计量。另使用与开关柜同型号仪表组电度表屏用以计量新线110kV进线、1#2#主变高压侧及低压侧的正向有功、无功电度。此外，在各生产线配电室10kV开关柜上也装有ACR320E系列仪表。电能管理系统先期只将总降配电室和中控室的多功能仪表进行后台组网，即现场设备层由总降配电室和中控室内所有ACR320E系列仪表组成。现场仪表采用屏蔽双绞线RVVSP2*1.0作为RS485总线的传输介质，每一根485总线上挂接的仪表设备数量不超过20台，线路总长不超过100米，以此保证数据链路的稳定性。本项目中，24块仪表分成2路，即配电室的19台仪表和中控室的5台仪表分别通过一根485总线与后台系统通讯。

5.2系统功能

    根据现场对系统需求，安科瑞电气股份有限公司针对性的对该项目系统界面及功能进行了设计，具体显示界面如下：

   ① 系统主界面

    生产线10kV配电系统接线方式为三相四线，两路进线之间设有母联。以一次图形式直观动态显示电压、电流、功率、功率因数及频率等监测信息，满足了现场需求。总降配电系统一次图如下：

    ②报表统计

    系统采集的有功电度数据，按照回路名称的不同自动生成报表并有报表打印功能，可对某一回路某一时间段内的用电量进行查询与打印，同时这些报表也能以Excel的格式导出。

  ③趋势曲线

    负荷趋势曲线提供了某一段时间内该回路的负荷趋势，方便管理员掌握用电设备的运行状况，通过对历史数据的分析，可为今后新增部门和设备提供科学的用电量估算；通过分析大楼内每个设备的用电量和设备的品牌、型号、使用年限等设备详细信息来评估设备用电是否合理；通过大楼内各部门用电同比、环比的报表分析，得出各设备用电是否合理； 对某一节能设备或技术在使用一定时间后，评测的节能效率是否与当初的预计一致。

   ④遥控功能

   控制回路通断：登录最高权限用户，可以实现对现场断路器实现分合闸控制，查看综保定值，在线修改定值等功能。

   ⑤事件报警

    事件报警：越限报警内容，报警数值，值班人员以及动作类型和时间，同时对各监测点的通讯状态或异常用电进行报警，便于管理人员实时掌握并分析配电运行情况。如下图所示，可以自动记录事件发生的时间和回路名称，以便用户查询，追忆故障原因。

    ⑥遥信功能

    显示高压各回路遥信状态，通过画面颜色的变化（红色表示合闸状态、绿色表示分闸状态、灰色表示手车分离状态）可以看到现场断路器运行状态、手车位置、接地刀闸状态、弹簧储能状态等。

   ⑦通讯状态

   系统监控现场所有点的通讯状态，红色绿色分别代表仪表通讯正常和异常，便于用户查看各监测点通讯状态。

5.3运行效果

   1.实时性：项目实施前现场数据主要靠人工抄录，1天2次，各回路时间不统一，可对性差；项目实施后后台实时采集，50mS一次，可比性强。

   2.存储管理：项目实施前纸质记录，查询时翻箱倒柜，年久易失，数据日期管理复杂；项目实施后计算机存储，数据可存储10年以上，查询速度快，只需鼠标一点，迅速准确。

   3.整体分析：项目实施前各个时段用电量以及各个回路用电横向和竖向无法对比；项目实施后通过曲线分析，峰平谷时段对比明显，便于削峰填谷，而且三相用电的调配相对均衡。

   4.数据安全：项目实施前分散管理，手工定时备份，对连续数据备份不准确；项目实施后同步集中管理，系统自动即时备份。

   5.设备管理：项目实施前各个抽屉柜回路通断电要现场去查看，断电时无报警；项目实施后通过后台一次系统图清晰展示，回路跳闸时，后台自动记录，并伴随自动报警。

   6.负荷调整：项目实施前调整三相回路负荷平衡比较困难；项目实施后实时管理分配各个回路电流任务，使三相电流平衡，日志记录。

六、主要监控产品

  （1）高压回路或低压进线回路选ACR330ELH仪表

    该表为电能质量分析仪表，主要功能有：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限电能计量、复费率电能统计；THDu，THDi、2-31次各次谐波分量；电压波峰系数、电话波形因子、电流K系数、电压与电流不平衡度计算；电网电压电流正、负、零序分量（含负序电流）测量；4DI+3DO（DO3做过压、欠压、过流、不平衡报警）；RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T645规约。外形尺寸：120×120mm，开孔尺寸：108×108mm。适用于高压重要回路或低压进线柜。

  （2）低压联络或出线回路选ACR320EL电力仪表

    该表主要功能有：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限电能计量、复费率电能统计、最大需量统计；4DI+2DO；RS485通讯接口、Modbus协议。外形尺寸：96×96mm，开孔尺寸：88×88mm。适用于低压联络柜、出线柜。

  （3）低压出线柜选ARD系列

    该表测量三相电流、定值查询、定值整定、过载、断相（不平衡）、堵转、欠载、外部故障、阻塞、欠压等保护功能、8DI+4DO、电能管理、漏电保护、SOE记录、多种起动模式、RS485通讯接口、MODbus协议/Profibus-DP协议可选。

  （4）节能产品可选导轨表或APF有源滤波装置

    照明箱DDSF1352电表主要功能：电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：76×89×74mm，4模数。适用于照明箱的电流、电压测量；单相电能计量。

    DTSF1352导轨式电表主要功能：电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：126×89×74mm，7模数。适用于照明箱的三相电能计量。

    DTSD1352导轨式电表主要功能：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限电能计量、复费率电能统计、最大需量统计；电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：126×89×74mm，7模数。适用于动力柜。

    ANAPF系列有源电力滤波装置，以并联方式接入电网，通过实时检测负载的谐波和无功分量，采用PWM变流技术，从变流器中产生一个和当前谐波分量和无功分量对应的反向分量并实时注入电力系统，从而实现谐波治理和无功补偿。

七、设备清单

参考文献：

[1]安科瑞电气股份有限公司系统解决方案.2013.1版.

[2]烟草制造行业错峰限电技术指导.