电能管理系统是什么

电能管理系统在上海世博村VIP生活馆的应用  安科瑞鲍静君

　　摘 要：介绍上海世博村VIP生活馆配电系统及电能管理系统，采用智能电力仪表和微机保护采集配电现场的各种电参量和开关信号。系统组网的方式，组网后通过现场总线通讯并远传至后台，通过Acrel-3000型电能管理系统实现建筑电力能耗的自动管理及Acrel-3000型电能系统所实现的功能，为楼宇电能统计数据，为节能提供决策依据。

　　关键词：世博村;智能电力仪表;Acrel-3000型;电能管理系统

　　0　 概述

　　上海世博村VIP生活馆项目定位于五星级酒店，是 2010 年上海世博会配套世博村项目中规格最高的酒店。酒店占地面积约为25500平方米 ,总建筑面积66000 平米,建筑高度约95米 ,地上部分26层 ,地下为2 层,共有客房443间。

　　上海世博村VIP生活馆配电系统分为高、低压两大部分，高压部分为两条10KV进线，有4台变压器。世博洲际酒店属于重要电力负荷用户，作为世博村项目中规格最高的酒店，电力稳定供应的重要性可想而知。低压部分分为低压配电室、冷冻机房、水泵房、应急柴油发电机组，且在每一个楼层中都有低压配电房，为每一层中的各设备回路供电。

　　结合该配电系统的电能管理系统Acrel-3000，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，实现电网设备运行的远程监控和集中管理。

　　1　 电能管理需求分析及系统构成

　　由于该项目是五星级酒店，现场需要监测所有安装智能仪表的回路，并且需对空调、照明、动力用电进行分类统计，并且该统计报表需每天自动生成，现场设备运行状态包括回路合分闸状态也需实时显示。现场仪表众多，采用了3个串口服务器加交换机的组网方式。

　　本系统采用分层分布式计算机网络结构：

　　即间隔层、通讯层和站控层如下图所示：

　　现场测控层主要的设备为：多功能网络电力仪表、微机保护装置等。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，通过现场屏蔽双绞线进行组网通讯，实现数据现场采集。

　　通讯控制层主要为：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。

　　以上网络仪表均在现场均采用RS485接口和MODBUS-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;

　　2　 电能管理系统主要功能

　　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Ep、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 故障报警及事故追忆

　　在配电系统发生运行故障时，会及时发出声光报警提示用户及时响应故障回路，同时自动记录事件发生的时间地点，以被用户查询，追忆故障原因。

　　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。

　　2.6 运行负荷曲线

　　定时采集进线及重要回路电流负荷参量，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。

　　2.7 电能成本管理

　　自动进行日、月、年的电能统计，可以进行尖、峰、平、谷时段设定，实现具有电能分时计费功能，同时生成日、月、年报表。

　　3　 案例分析

　　上海世博村VIP生活馆低压配电系统主要有4台10kV/0.4kV配电变压器，本系统主要负责对低压进线及相应配出回路的实时动态监控以及楼层所安装电力仪表的回路进行监测。

　　进线回路采用ACR230ELH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ACR220EFLK系列网络电力仪表，该仪表主要完成三相电流、三相电压、有功电度的测量、复费率电能的计量以及开关信号的检测和继电器遥控输出。

　　高压侧实时画面见图1，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。

　　图1　高压系统一次图

　　世博村VIP生活馆低压配电系统见图2，功能有电量遥测主要监测运行设备的电参量，其中包括：进线三相电压，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;远程抄表功能，主要完成对各主要回路的远程集抄功能，可选择时间段进行查询见图3;

　　图2　世博村VIP生活馆低压配电系统图

　　图3　远程抄表

　　用电量报表功能，根据时间段可以查询各回路的用电量情况，见图4;

图4　电能报表

　　事件记录功能，事件记录报警可实时历史查看，见图5;

　　图5　事件记录

　　系统通讯结构图，可实时查看系统各设备通讯运行情况，见图6。

　　图6　系统通讯

　　负荷曲线，可直观的查看回路的负荷运行情况，见图7。

　　图7　负荷曲线

　　4　 结束语

　　随着社会的发展及电力的广泛应用，电能管理已成为大型公共建筑的必然选择，本文介绍的电力仪表及ACREL3000电能管理系统在世博村A块VIP生活馆的应用，可以实现对电能的分项及分时复费率计量，不仅能显示用电用能状况，还具有网络通讯功能，可以与计算机等组成电力监控与电能管理系统。系统实现对采集数据的分析、处理，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。该系列电力仪表及系统运行可靠，稳定，为楼宇电能统计数据，为节能提供决策依据取得了较好的社会效益。

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.