蘇州旭創(chuàng)科技有限公司電能管理系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用
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溫剛
安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 201801；
摘要：介紹蘇州旭創(chuàng)科技有限公司電能管理系統(tǒng)，采用智能電力儀表采集配電現(xiàn)場的各種電參量和開關(guān)信號。系統(tǒng)采用現(xiàn)場就地組網(wǎng)的方式，組網(wǎng)后通過現(xiàn)場總線通訊并遠傳至后臺，通過Acrel-3000型電能管理系統(tǒng)實現(xiàn)變電所配電回路用電的實時監(jiān)控。
工廠;蘇州旭創(chuàng)科技有限公司;樓層；智能電力儀表;Acrel-3000型;電能管理系統(tǒng)
0 概述
蘇州旭創(chuàng)科技有限公司位于蘇州工業(yè)園區(qū)霞盛路8號，蘇州旭創(chuàng)科技有限公司專注于產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)的高科技公司。公司研發(fā)設(shè)計高端的，跟前沿技術(shù)接軌下一代的10Gbit/s和40Gbit/s光模塊及其測試系統(tǒng)。 具體產(chǎn)品包括：10G SFP+和XFP 模塊，40G QSFP+模塊，100G CFP模塊以及設(shè)計的高10G 誤碼儀。
本項目為蘇州旭創(chuàng)科技有限公司的電能管理系統(tǒng)。根據(jù)配電系統(tǒng)管理的要求，需要對樓層配電箱出線分別進行電能管理，以保證用電的安全、可靠和。
Acrel-3000型低壓智能配電系統(tǒng)，充分利用了現(xiàn)代電子技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)的新發(fā)展，對變配電系統(tǒng)進行分散數(shù)據(jù)采集和集中監(jiān)控管理。對配電系統(tǒng)的二次設(shè)備進行組網(wǎng)，通過計算機和通訊網(wǎng)絡(luò)，將分散的配電所的現(xiàn)場設(shè)備連接為一個有機的整體，實現(xiàn)電網(wǎng)運行的遠程監(jiān)控和集中管理。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述
本監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)蘇州旭創(chuàng)科技有限公司樓層和變電所的0.4kV配電系統(tǒng)進行用電監(jiān)控與電能管理。監(jiān)控范圍為213臺安科瑞自制的多功能電力儀表進行遠程實時監(jiān)控和電能管理，其中213臺PZ80L-E4/C，120臺ARTM系列溫度巡檢儀。該系統(tǒng)333臺智能監(jiān)控設(shè)備，分19條總線，所有總線通過屏蔽雙絞線拉至串口服務(wù)器，經(jīng)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)連接至值班室監(jiān)控主機，實現(xiàn)總線上儀表與監(jiān)控主機的數(shù)據(jù)連通。
本監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，即站控層，通訊層與間隔層；如圖（1）、（2）、（3）所示：
圖（1）低壓網(wǎng)絡(luò)拓撲圖1
圖（2）低壓網(wǎng)絡(luò)拓撲圖2
圖（3）低壓網(wǎng)絡(luò)拓撲圖3
間隔設(shè)備層主要為：安科瑞多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表、開關(guān)量、模擬量采集模塊和智能斷路器等。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MODBUS總線組網(wǎng)通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場采集。
網(wǎng)絡(luò)通訊層主要為：串口服務(wù)器，其主要功能為把RS485信號轉(zhuǎn)換成RS232信號，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、顯示器、UPS電源、打印機等設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計算機上，集中采集顯示現(xiàn)場設(shè)備運行狀況，以人機交互的形式顯示給用戶。
以上網(wǎng)絡(luò)儀表均采用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；通訊接口是半雙工通信即通信的雙方都可以接收、發(fā)送數(shù)據(jù)但是在同一時刻只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)zui高傳輸速率為10Mbps。
RS485接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾能力增強，總線上允許連接多達32個設(shè)備，zui大傳輸距離為1.2km。
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Epi、遠程設(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確的顯示給用戶，達到配電監(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 歷史事件
歷史事件查看界面主要為用戶查看曾經(jīng)發(fā)生過的故障記錄、信號記錄、操作記錄、越限記錄提供方便友好的人機交互，通過歷史事件查看平臺，您可以根據(jù)自己的要求和查詢條件方便定位您所要查看的歷史事件，為您把握整個系統(tǒng)的運行情況提供了良好的軟件支持。
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。可以通過用戶管理進行用戶登錄、用戶注銷、修改密碼、添加刪除等操作，方便用戶對賬號和權(quán)限的修改。
2.6 遠程報表查詢
報表管理程序的主要功能是根據(jù)用戶的需要設(shè)計報表樣式，把系統(tǒng)中處理的數(shù)據(jù)經(jīng)過篩選、組合和統(tǒng)計生成用戶需要的報表數(shù)據(jù)。本程序還可以根據(jù)用戶的需要對報表文件采用定時保存、打印或者召喚保存、打印模式，同時本程序還向用戶提供了對生成的報表文件管理功能。
報表具有自由設(shè)置查詢時間實現(xiàn)日、月、年的電能統(tǒng)計，數(shù)據(jù)導出和報表打印等功能。
3 案例分析
蘇州旭創(chuàng)科技有限公司電能管理系統(tǒng)監(jiān)控區(qū)域為樓層配電箱，本項目針對樓層和變電所配電系統(tǒng)進行用電監(jiān)控與電能管理。
現(xiàn)場所有回路采用PZ80L-E4/KC多功能儀表，其是針對電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公共設(shè)施、智能大廈的電能管理需求而設(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、無功電度等多種電參量。并且本儀表帶有2路光電隔離開關(guān)量輸入接點，這些接點可以配合智能斷路器實現(xiàn)斷路器的遙信操作。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)電能管理、工業(yè)自動化、能源管理系統(tǒng)及智能建筑等領(lǐng)域。
測溫回路采用ARTM-8/16溫度巡檢儀，其是針對電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公共設(shè)施、智能大廈而設(shè)計的測溫型智能模塊。
低壓配電二次圖見圖（4），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：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；斷路器變位時會發(fā)出報警信號，提醒用戶及時處理故障。
圖（4）低壓配電二次圖
遙信和遙測報警功能，主要完成對低壓各出線回路的開關(guān)運行狀態(tài)和負載進線監(jiān)控，對開關(guān)變位和負載越限彈出報警界面指示具體的報警位置并聲音報警，提醒值班人員及時處理。負載越限值在相應(yīng)權(quán)限下可自由設(shè)置。具備歷史查詢功能。見圖（5）和（6）。
圖（5） 實時遙信遙測報警信息查詢
圖（6） 歷史遙信遙測報警信息查詢
參數(shù)抄表功能，主要對低壓各出線回路的電參數(shù)進線查詢。支持任意時刻電參數(shù)查詢，具備數(shù)據(jù)導出和報表打印等功能。該報表查詢樓層各低壓回路的電參數(shù)，主要包括：三相電流、有功功率和有功電度及變壓器溫度。該報表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)，方便用戶修改回路名稱。見圖（7）。
圖（7） 參數(shù)抄表
用電量報表功能，可選擇時間段進行查詢，支持任意時間段電度累計查詢，具備數(shù)據(jù)導出和報表打印等功能。為值班人員提供了可靠的電能報表。該報表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)，方便用戶修改回路名稱。如下圖所示，某段時間內(nèi)的各配電回路的用電量，用戶可以直接打印報表，可以以EXCEL格式另存到其他位置。 見圖（8）。
圖（8） 電能報表
系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)示意圖，主要顯示系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，同時監(jiān)測間隔層設(shè)備的通信狀態(tài)。紅色表示通訊故障，綠色表示通訊正常。見圖（9）和圖（10）。
圖（9）系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)示意圖
圖（10）系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)示意圖
平面實時示意圖，主要顯示車間內(nèi)各配電柜的配電運行狀態(tài)。紅色圓圈表示故障，綠色圓圈表示正常。見圖（11）。
圖（11）平面狀態(tài)示意圖
4 結(jié)束語
隨著社會的發(fā)展及電力的廣泛應(yīng)用，電能管理系統(tǒng)已成為各地重點工程項目、標志性建筑/大型公共設(shè)施等大面積多變電所用戶的必然選擇，本文介紹的Acrel-3000電能管理系統(tǒng)在蘇州旭創(chuàng)科技有限公司的應(yīng)用，可以實現(xiàn)對樓層和變電所配電回路用電的實時監(jiān)控與電能管理，不僅能顯示回路用電狀況，還具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可以與智能網(wǎng)關(guān)、計算機等組成電能管理系統(tǒng)，方便值班人員的遠程管理，利于節(jié)省電能抄表的時間，將信息化帶入配電監(jiān)控。系統(tǒng)實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的分析、處理，實時顯示變電所內(nèi)各配電回路的運行狀態(tài)，對分合閘、負載越限具有彈出報警對話框及語音提示，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。該系統(tǒng)運行安全、可靠、穩(wěn)定，為變電所用戶解決用電問題提供了真實可靠的依據(jù)，取得了較好的社會效益。［2］
參考文獻：
[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. 電力出版社. 2007. 4
[2].周中等編著. 智能電網(wǎng)用戶端電能管理與電能管理系統(tǒng)產(chǎn)品選型及解決方案[M]. 北京. 機械工業(yè)出版社. 2011.10
作者簡介：
溫剛，男，本科 安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網(wǎng)供配電
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