電能管理與電力監控系統在上海世博村VIP生活館的應用

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生活館配電系統及電能管理系統，采用智能電力儀表和微機保護采集配電現場的各種電參量和開關信號。系統組網的方式，組網后通過現場總線通訊并遠傳至后臺，通過Acrel-3000型電能管理系統實現建筑電力能耗的自動管理及Acrel-3000型電能系統所實現的功能，為樓宇電能統計數據，為節能提供決策依據。
關鍵詞：世博村;智能電力儀表;Acrel-3000型;電能管理系統 

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生活館配電系統分為高、低壓兩大部分，高壓部分為兩條10KV進線，有4臺變壓器。世博洲際酒店屬于重要電力負荷用戶，作為世博村項目中規格zui高的酒店，電力穩定供應的重要性可想而知。低壓部分分為低壓配電室、冷凍機房、水泵房、應急柴油發電機組，且在每一個樓層中都有低壓配電房，為每一層中的各設備回路供電。 
　　結合該配電系統的電能管理系統Acrel-3000，充分利用了現代電子技術、計算機技術、網絡技術和現場總線技術的發展，對變配電系統進行分散數據采集和集中監控管理。對配電系統的二次設備進行組網，通過計算機和通訊網絡，將分散的配電所的現場設備連接為一個有機的整體，實現電網設備運行的遠程監控和集中管理。

1　 電能管理需求分析及系統構成
　　由于該項目是五酒店，現場需要監測所有安裝智能儀表的回路，并且需對空調、照明、動力用電進行分類統計，并且該統計報表需每天自動生成，現場設備運行狀態包括回路合分閘狀態也需實時顯示。現場儀表眾多，采用了3個串口服務器加交換機的組網方式。
　　本系統采用分層分布式計算機網絡結構：
　　即間隔層、通訊層和站控層如下圖所示：

　　現場測控層主要的設備為：多功能網絡電力儀表、微機保護裝置等。這些裝置分別對應相應的一次設備安裝在電氣柜內，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過現場屏蔽雙絞線進行組網通訊，實現數據現場采集。
　　通訊控制層主要為：通訊服務器，其主要功能為把分散在現場采集裝置集中采集，同時遠傳至站控層，完成現場層和站控層之間的數據交互。
　　站控管理層：設有高性能工業計算機、顯示器、UPS電源、打印機等設備。監控系統安裝在計算機上，集中采集顯示現場設備運行狀況，以人機交互的形式顯示給用戶。
　　以上網絡儀表均在現場均采用RS485接口和MODBUS-RTU通訊協議，RS485采用屏蔽線傳輸，一般都采用二根連線，接線簡單方便。

2　 電能管理系統主要功能
2.1  數據采集與處理
　　數據采集是配電監控的基礎，數據采集主要由底層多功能網絡儀表采集完成，實現遠程數據的本地實時顯示。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COSφ、電度Ep、遠程設備運行狀態等數據。
　　數據處理主要是把按要求采集到的電參量實時準確的顯示給用戶，達到配電監控的自動化化和智能化要求，同時把采集到的數據存入數據庫供用戶查詢。
2.2  人機交互
　　系統提供簡單、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電氣一次主接線圖，顯示配電系統設備狀態及相應實時運行參數，畫面定時輪巡切換；畫面實時動態刷新；模擬量顯示；開關量顯示；連續記錄顯示等。
2.3  故障報警及事故追憶
　　在配電系統發生運行故障時，會及時發出聲光報警提示用戶及時響應故障回路，同時自動記錄事件發生的時間地點，以被用戶查詢，追憶故障原因。
2.4  數據庫建立與查詢
　　主要完成遙測量和遙信量定時采集，并且建立數據庫，定期生成報表，以供用戶查詢打印。
2.5  用戶權限管理
　　針對不同級別的用戶，設置不同的權限組，防止因人為誤操作給生產，生活帶來的損失，實現配電系統的安全，可靠運行。
2.6  運行負荷曲線
　　定時采集進線及重要回路電流負荷參量，自動生成運行負荷趨勢曲線的，方便用戶及時了解設備的運行負荷狀況。
2.7  電能成本管理
　　自動進行日、月、年的電能統計，可以進行尖、峰、平、谷時段設定，實現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主要有4臺10kV/0.4kV配電變壓器，本系統主要負責對低壓進線及相應配出回路的實時動態監控以及樓層所安裝電力儀表的回路進行監測。
　　進線回路采用ACR230ELH多功能諧波儀表，其是針對電力系統、工礦企業、公共設施、智能大廈的電力監控需求而設計的網絡電力儀表，它能測量所有常規電力參數，如：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、頻率、有功電度、無功電度、并可監測電壓、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斷路器的遙信、遙控操作。該系列網絡電力儀表主要應用于變電站自動化、配電網自動化、小區電力監控、工業自動化、能源管理系統及智能建筑等領域。
　　重要配出回路采用ACR220EFLK系列網絡電力儀表，該儀表主要完成三相電流、三相電壓、有功電度的測量、復費率電能的計量以及開關信號的檢測和繼電器遙控輸出。
　　高壓側實時畫面見圖1，為系統主監控畫面，主要實時監測高壓回路的運行狀態，紅色代表合閘，綠色代表分閘。

圖1　高壓系統一次圖

　　世博村VIP生活館低壓配電系統見圖2，功能有電量遙測主要監測運行設備的電參量，其中包括：進線三相電壓，電流，功率，功率因數，電能，頻率等電參量及配出回路的三相電流；遙信功能實現顯示現場設備的運行狀態，主要包括：開關的分、合閘運行狀態和通訊故障報警；遠程抄表功能，主要完成對各主要回路的遠程集抄功能，可選擇時間段進行查詢見圖3；

圖2　世博村VIP生活館低壓配電系統圖

　　圖3　遠程抄表

　　用電量報表功能，根據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

　　系統通訊結構圖，可實時查看系統各設備通訊運行情況，見圖6。

圖6　系統通訊

　　負荷曲線，可直觀的查看回路的負荷運行情況，見圖7。

圖7　負荷曲線

4　 結束語
　　隨著社會的發展及電力的廣泛應用，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電能管理系統在世博村A塊VIP生活館的應用，可以實現對電能的分項及分時復費率計量，不僅能顯示用電用能狀況，還具有網絡通訊功能，可以與計算機等組成電力監控與電能管理系統。系統實現對采集數據的分析、處理，并生成各種電能報表、分析曲線、圖形等，便于電能的遠程抄表以及分析、研究。該系列電力儀表及系統運行可靠，穩定，為樓宇電能統計數據，為節能提供決策依據取得了較好的社會效益。

　　文章來源于：《軟件產業與工程》2010年5期。

參考文獻
[1] 任致程 周中. 電力電測數字儀表原理與應用指南[M]. 北京. 中國電力出版社. 2007. 4

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