蘇州橫涇中心小學電能管理系統的設計和應用
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溫剛
安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 201801；
摘要：介紹蘇州橫涇中心小學電能管理系統，采用智能電力儀表采集配電現場的各種電參量和開關信號。系統采用現場就地組網的方式，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配電回路用電的實時監控和電能管理。
橫涇中心小學；智能電力儀表;Acrel-3000型；電能管理系統
0 概述
本項目為蘇州橫涇中心小學電能管理系統。根據配電系統管理的要求，需要對蘇州橫涇中心小學的樓層的低壓配進出線回路進行電能管理，以保證用電的安全、可靠和。
Acrel-3000型智能配電系統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新發展，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，實現電網運行的遠程監控和集中管理。
1 系統結構描述
本監控系統主要實現蘇州橫涇中心小學的0.4kV配電系統進行用電監控與電能管理；監控范圍為低壓柜進行遠程實時監控和電能管理。該系統總計有191只PZ72L-E4/KC儀表，分10條總線，實現儀表與監控主機的數據連通。
本監控系統采用分層分布式結構，即站控層，通訊層與間隔層；
如圖（1）所示：
圖（1）網絡拓撲圖
間隔設備層主要為：多功能網絡電力儀表。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MODBUS總線組網通訊，實現數據現場采集。
網絡通訊層主要為：串口服務器及光纖收發器，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；通訊接口是半雙工通信即通信的雙方都可以接收、發送數據但是在同一時刻只能發送或接收數據，數據zui高傳輸速率為10Mbps。
RS485接口是采用平衡驅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30個設備，zui大傳輸距離為1km。
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Epi、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 歷史事件
歷史事件查看界面主要為用戶查看曾經發生過的故障記錄、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，為您把握整個系統的運行情況提供了良好的軟件支持。
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。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用戶的需要設計報表樣式，把系統中處理的數據經過篩選、組合和統計生成用戶需要的報表數據。本程序還可以根據用戶的需要對報表文件采用定時保存、打印。同時本程序還向用戶提供了對生成的報表文件管理功能。
報表具有自由設置查詢時間實現日、月、年的電能統計，數據導出和報表打印等功能。
3 案例分析
蘇州橫涇中心小學電能管理系統包含樓層電表，對樓層的低壓配電回路進行遠程實時監控和電能管理。
樓層配電箱采用PZ72L-E4/KC多功能儀表，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、無功電度等多種電參量。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。
低壓配電二次圖見圖（2），功能有電量遙測主要監測運行設備的電參量，其中包括：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。
圖（2）低壓配電一次圖
遙信和遙測報警功能，主要完成對低壓各出線回路的開關運行狀態和負載進線監控，對開關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。具備歷史查詢功能。見圖（3）。
圖（3） 實時遙信報警信息
參數抄表功能，主要對低壓各出線回路的電參數進線查詢。支持任意時刻電參數查詢，具備數據導出和報表打印等功能。該報表查詢配電箱出線回路的電參數，主要包括：三相電壓、電流、功率因數、有功功率和有功電度。該報表各回路名稱和數據庫關聯，方便用戶修改回路名稱。見圖（4）。
圖（4） 參數抄表
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，具備數據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據庫關聯，方便用戶修改回路名稱。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（5）。
圖（5） 電能報表
系統通訊結構示意圖，主要顯示系統的組網結構，系統采用分層分布式結構，同時監測間隔層設備的通信狀態。紅色表示通訊正常，綠色表示通訊故障。見圖（6）。
圖（6）系統通訊結構示意圖
4 結束語
隨著社會的發展及電力的廣泛應用，電能管理系統已成為各地重點工程項目、標志性建筑/大型公共設施等大面積多變電所用戶的必然選擇，本文介紹的Acrel-3000電能管理系統在蘇州橫涇中心小學的應用，可以實現對樓層低壓配電回路用電的實時監控與電能管理，不僅能顯示回路用電狀況，還具有網絡通訊功能，可以與串口服務器、計算機等組成電能管理系統。系統實現對采集數據的分析、處理，實時顯示樓層內各配電回路的運行狀態，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。該系統運行安全、可靠、穩定，為用戶解決用電問題提供了真實可靠的依據，取得了較好的社會效益。［2］
參考文獻：
[1].任致程 周中. 電力電測數字儀表原理與應用指南[M]. 北京. 電力出版社. 2007. 4
[2].周中等編著. 智能電網用戶端電力監控與電能管理系統產品選型及解決方案[M]. 北京. 機械工業出版社. 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供配電
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