电能管理系统定制

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**、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*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

智能配电柜中电力监控系统的设计及应用 安科瑞鲍静君

摘要：本文介绍基于人机界面和智能电测仪表、电机保护器而设计实现的智能配电柜进线、馈线、出线各回路分散式采集和集中控制管理的电力监控系统，系统实现了人机界面在智能配电柜中无人管理的功能，省去了值班人员现场操作的繁复性，减少人工操作的误差性，提高了供电质量和管理水平，具有简明实用、投资少等优点，具有广泛的应用前景。

关键词：人机界面；智能仪表；电力监控；智能配电柜

0 引言

    智能配电柜是一种综合采集所有能源数据的配电柜，为终端能源监测系统提供高精度测量数据，通过显示单元，实时反映电力参数及电能质量数据，并通过数字通讯至后台控制系统，以达到对整个配电系统的实时监控和运行质量的有效管理，而电力监控系统作为当今配电产业智能化的发展趋势，是配电自动化控制非常重要的组成部分，主要功能包括：数据采集和显示、数据记录、导出、现场设备运行状况实时显示、记录等。

    本文以某电器公司智能配电柜电力监控管理系统为例，提出利用触摸屏和智能仪表、电动机保护器及断路器模块等设计一套智能智能电力监控管理系统[1]应用于配电柜进线、馈线、出线回路中，对配电柜各个回路用电设备运行参数及运行状况实现实时监测、管理。

1 项目介绍

    电力监控系统能够通过使用电力仪表来监测各回路设备的用电情况，通过集中采集显示终端来实时显示、存储，并能够导出一个工作周期的数据，便于进行系统和电力数据分析，能够为配电柜提供分析设备运行状况及用电情况的依据，本智能配电柜电力监控系统项目基于用户对现场配电柜进线、馈线、出线回路设备及用电情况监控的需求，采用昆仑通态触摸屏TPC1062K与安科瑞智能仪表PZ72L-E4/KC、PZ80L-E4/KC及电动机保护器ARD2F-100A/CKQ，实现对智能配电柜的进线、馈线、出线回路用电设备运行过程中三相电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、电能数据的实时监测显示、数据存盘、导出功能，实时显示回路的通断状态，并对电机设备的过载、不平衡、欠载、接地等故障进行故障报警与记录，既能保证智能配电柜的正常运行，又能对配电柜的进线、馈线、出线回路实时监控管理。

2 用户需求

    通过对配电柜进行监测管理，了解设备的运行状况及用电情况，对所设计的电力监控系统提出以下需求：

实时显示:

进线柜：通过触摸屏实时采集进线柜回路智能仪表PZ80L-E4/KC电压、电流、功率及电能等数据，直观的显示出总电源进线柜的负荷用电情况；

馈线柜：主要采集馈线柜回路电压、电流、功率及电能参数，便于用户实时了解外部所需电源的用电状况；

出线柜：通过PZ72L-E4/KC交流仪表采集出线柜单个回路的交流电流、电压、功率等参数，并利用电动机保护器ARD2F对出线回路电机进行数据监测和保护；

曲线分析:实时显示各个电气柜的电流（或功率）实时曲线趋势图；

事件报警:实现进线柜、馈线柜、出线柜电压、电流、功率、频率、功率因数等参数的越限报警；

电能管理:完成对回路各仪表的电力参数集抄功能，可查询历史时刻各回路的有功功率值、无功功率值、用电量（KWH）、功率因素、每相电流及电压值，报表存储时间*短为1S，并自动生成符合客户管理需求的用电报表，报表能够在触摸屏上实现电能实时查询；

数据导出:实现各仪表电力参数按照客户要求的时间进行自动、手动导出，导成Excel形式到U盘，供客户对电能统计、打印。

3 设计方案

3.1参考标准

GB/T3797-2008        《电气控制设备》

GB/T11022-1999      《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》

20077566-Q-604       《工业自动化产品安全要求1部分:总则》

20077556-Q-604       《工业自动化产品安全要求10部分:记录仪表的安全要求》

GB/T 16656.46-2010    《工业自动化系统与集成及产品数据表达与交换》

DL/T 814-2002        《配电自动化系统功能规范》

DL/T634-2002        《远动设备和系统传输规约基本远动任务配套标准》

DL/T 814-2002        《配电自动化系统功能规范》

DL/T645-1997        《多功能电能表通信规约》

3.2系统介绍

    整个系统设备主要包括人机界面、智能仪表PZ72L-E4/KC、PZ80L-E4/KC、电动机保护器ARD2F-100A/CKQ及开关电源，通过屏蔽双绞线将配电柜进线回路、馈线回路、出线回路各个仪表连接至集中采集显示终端，对现场数据的采集、实时显示、参数存盘、故障记录，实现智能型配电柜系统的电力监测管理，系统总体架构如下图1所示。

图1 系统总体结构图

3.3 设备选型

4 系统功能

    上位机采用触摸屏TPC1062K，通过触摸屏[2]与现场设备连接，并在触摸屏中进行数据库变量配置、界面设计等，完成在上位机中监控现场智能仪表PZ72L-E4/KC、PZ80L-E4/KC、ARD2F电动机保护器、断路器等配电设备用电情况及运行状况的功能。

4.1 系统图显示

在触摸屏实时显示智能配电柜各个回路用电设备运行状况，便于用于实时了解现场设备状况，对于出现的故障及时处理，并在触摸屏上实现设备的分合闸控制，实现远程遥控操作，系统图显示界面如下图2所示。

图2  系统图显示界面

4.2 数据采集显示

    触摸屏采集智能配电柜进线回路PZ80L-E4/KC智能电测表、馈线回路的PZ72L-E4/KC智能仪表、出线回路的电动机保护器ARD2F-100A/CKQ及PZ72L-E4/KC交流电测仪表、三相电压、三相电流、频率、功率因数、有功功率、无功功率、视在功率、电能等参数，并在人机界面实时准确显示，方便用户及时了解系统各个设备运行参数以及进行能耗监测管理，具体数据如图3至图5所示。

图3  进线回路数据显示界面

图4  馈线回路数据显示界面

图5  出线回路数据显示界面

4.3 曲线显示

    电力监控系统将智能配电柜进线回路PZ80L-E4/KC智能仪表、馈线回路PZ72L-E4/KC电测表、出线回路低压电机保护器ARD2F及PZ72L-E4/KC智能电测表[3]的三相电流传给人机界面用曲线的形式表现，为用户提供实时曲线，帮助用户了解设备的用电状况，便于用户实时了解用电设备，具体曲线界面如图6至图8所示。

图6  进线柜曲线显示界面

      图7  馈线柜曲线显示界面

   图8  出线柜曲线显示界面

4.4 数据存盘

    系统采集配电柜进线回路、馈线回路及出线回路各个仪表数据并按照时间段进行历史数据查询，选择时间间隔对系统采集的历史数据精确查询，同时对出线回路电动机运行过程中出现的故障进行实时存盘，查询结果在触摸屏存盘数据浏览构建中显示，便于用户对设备运行参数及运行状况实时了解，同时能实现对数据的导出，便于用于了解各个设备历史运行状况，存盘数据界面如下图9、图10所示。

 图9  电参数存盘界面

 图10  电能存盘界面

4.5 故障记录

    通过触摸屏的遥测对智能配电柜进线回路、馈线回路、出线回路各个设备的电压、电流、功率、频率、功率因数等参数越限及通讯故障实现报警功能，并进行实时记录，便于用户了解现场设备运行参数超过设定值的状况及设备运行状况，事件报警记录界面如下图11所示。

 图11  事件报警记录界面

5 系统特点

    完善的数据采集功能，实现对智能配电柜的全部用电设备数据采集、显示和设备的运行状况分析，配电柜的数据采集由通讯模块实现，数据由通讯采集传送至后台监控。

    安全运行监视，操作人员借助触摸屏系统人机界面，监视智能配电柜的进线、馈线、出线回路的设备运行状态，并实时显示，便于设备在运行状态发生变更时及时进行分析和处理。

    系统运行可靠，提供智能配电柜进线、馈线、出线回路主要设备的运行状态报警记录显示，便于操作人员对于故障报警和事故状态进行应急处理。

    实现远程遥控，在触摸屏上进线分合闸控制，减轻现场运行人员的劳动强度，提高安全运行水平[4]。

6 结束语

    智能配电柜作为精密配电柜，除了配电管理外，还具有运行管理与安全管理的功能，能够的监测系统的各项运行参数，有效的提高了整个配电系统的可靠性，智能配电柜中电力监控系统的设计应用，在智能配电柜配置网络电力仪表，可以方便和实时地监控配电柜各个回路设备的用电状况及运行状态，对现场的用电设备进行统一管理，免去工作人员到现场记录、操作的繁琐工作，减少人员工作量，同时，智能配电柜中电力监控系统对各种用电设备的历史运行数据进行管理分析，整个系统既保证了现场设备的安全运行，具有较高的系统可靠性，又提高了配电柜配电质量和管理水平，因此，电力监控系统在智能配电柜的应用，充分体现了智能化配电的优势，具有广泛的应用前景。

参考文献：

[1].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

[2].昆仑通态触摸屏MCGS初级、中级教程. 2013.4

[3].刘美集. 配电柜的智能化电能监控系统[J]. 电气自动化技术, 2007(3):102~105.

[4].彭良超, 刘洁芳等. 配电柜智能化监控系统[J]. 电子产品技术, 2010(8):183~185.