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安科瑞 繆凱倫 陳聰 陳正
摘要:介紹鹽城先鋒國際中心電能管理系統(tǒng),采用智能電力儀表采集配電現(xiàn)場的各種電參量。系統(tǒng)采用現(xiàn)場就地組網(wǎng)的方式,組網(wǎng)后通過現(xiàn)場總線通訊并且經(jīng)過鹽城先鋒國際內(nèi)部視頻監(jiān)控的光纖遠(yuǎn)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)測和電能管理。
關(guān)鍵詞:鹽城先鋒國際中心;變電所;智能電力儀表;Acrel-3000型;自行組網(wǎng);電能管理系統(tǒng)
0引言
鹽城先鋒國際中心(簡稱“先鋒島")地處鹽城市區(qū)西端,全島面積268畝,這里東臨串場河、南臨蟒蛇河、西北臨越河,被三條河流圍成三角形狀,自然環(huán)境*。過去,這里商賈云集,形成了鹽城較早的商業(yè)。但后來的先鋒島,沿街店鋪老舊,經(jīng)營些日用百貨;擁擠的舊城區(qū)破落不堪,衛(wèi)生條件不好,各種基礎(chǔ)設(shè)施相對欠缺;建軍西路狹窄,車輛行人爭路,經(jīng)常堵塞。市國投集團(tuán)立足先鋒島地理環(huán)境、歷史文化以及城市發(fā)展等方面的優(yōu)勢,開發(fā)建設(shè)先鋒國際廣場項目。先鋒島新建城市綜合體,注定要從鹽城市區(qū)的“商業(yè)之源"走向“商業(yè)之巔"。
據(jù)鹽城市國投集團(tuán)陸道如董事長介紹,先鋒國際廣場項目內(nèi)容共有四個大塊:商業(yè)中心,主要由百貨、超市、影院、KTV、餐飲、精品街等組成;文化之所,由傳統(tǒng)文化商業(yè)街、泰山寺、新四軍軍部舊址等組成,其中有文殊閣,供奉智慧化身的文殊菩薩;酒店公寓,主要有酒店、寫字樓、公寓等;廣場景觀,主要由環(huán)島棧道、廣場、兒童樂園、景觀別墅等組成。
由于先鋒國際廣場用電量比較大,并且為響應(yīng)國務(wù)院制定的一系列促進(jìn)節(jié)能減排的政策措施,更好的對配電系統(tǒng)進(jìn)行電能管理。因此建立了后臺電能管理系統(tǒng),對配電進(jìn)行智能化管理。本項目為先鋒國際廣場三個變電所電能管理系統(tǒng)。根據(jù)配電系統(tǒng)管理的要求,需要對先鋒國際廣場三個變電所內(nèi)的低壓配出線進(jìn)行電力監(jiān)測,以保證用電的安全、可靠和有效。
Acrel-3000型低壓電能管理系統(tǒng),對變配電系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)行組網(wǎng),通過計算機(jī)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(jī)的整體,實現(xiàn)電網(wǎng)運行的遠(yuǎn)程監(jiān)測和集中電能管理。
1系統(tǒng)設(shè)計
本電能管理系統(tǒng)主要由香港新世界、國投運營中心和大潤發(fā)總計三個變電所進(jìn)行變配電管理。高壓電纜進(jìn)線由外邊開閉所引來,并且監(jiān)控值班室設(shè)置在國投運營中心的消防監(jiān)控室。因此,為實現(xiàn)對整個先鋒國際廣場電力系統(tǒng)的實時監(jiān)測及對各區(qū)用電的電能管理,在值班室設(shè)立了監(jiān)控中心,基于Acrel-3000的電能管理系統(tǒng)后臺,實現(xiàn)對整個配電系統(tǒng)的實時監(jiān)測與電能管理。
1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本電能管理系統(tǒng)主要實現(xiàn)先鋒國際廣場三個變電所的0.4kV配電系統(tǒng)的用電監(jiān)測與電能管理;監(jiān)測范圍為香港新世界變電所的T1、T2,國投運營中心變電所的T3、T4、T5、T6,以及大潤發(fā)變電所的T7、T8、T9、T10變壓器的低壓進(jìn)線柜、聯(lián)絡(luò)柜、饋線柜中的智能電力儀表,從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時監(jiān)測和電能管理。該系統(tǒng)總計有420只PZ80-E4/C儀表,分20條總線,由于三個變電所之間距離較遠(yuǎn),并且較為分散,采用每個變電所內(nèi)自行組網(wǎng),然后通過先鋒國際的視頻監(jiān)控光纖傳至到國投運營中心的消控中心,通過光電轉(zhuǎn)換器和交換機(jī),連接至監(jiān)控電腦,實該現(xiàn)場總線上儀表與監(jiān)控主機(jī)的數(shù)據(jù)連通。
系統(tǒng)主要采用分層分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),如圖1所示:站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場設(shè)備層[1]。
圖1 系統(tǒng)總體拓?fù)鋱D
1)站控管理層
站控管理層針對電能管理系統(tǒng)的管理人員,是人機(jī)交互的直接窗口,也是系統(tǒng)的上層部分。主要由系統(tǒng)軟件和必要的硬件設(shè)備,如工業(yè)級計算機(jī)、打印機(jī)、UPS電源等組成。電能管理系統(tǒng)軟件具有良好的人機(jī)交互界面,對采集的現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)信息計算、分析與處理,并以圖形、數(shù)顯、聲音等方式反映現(xiàn)場的運行狀況。
監(jiān)控主機(jī):用于數(shù)據(jù)采集、處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。為系統(tǒng)內(nèi)或外部提供數(shù)據(jù)接口,進(jìn)行系統(tǒng)管理、維護(hù)和分析工作。
打印機(jī):系統(tǒng)召喚打印或自動打印圖形、報表等。
UPS:保證計算機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)的正常供電,在整個系統(tǒng)發(fā)生供電問題時,保證站控管理層設(shè)備的正常運行,提供足夠的時間進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。
2)網(wǎng)絡(luò)通訊層
通訊層設(shè)備為Nport5630-8串口服務(wù)器。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁,負(fù)責(zé)對現(xiàn)場設(shè)備回送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、分類和傳送等工作的同時,轉(zhuǎn)達(dá)上位機(jī)對現(xiàn)場設(shè)備的各種控制命令。
通訊介質(zhì):系統(tǒng)主要采用屏蔽雙絞線,以RS485接口,Modbus通訊協(xié)議實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備與上位機(jī)的實時通訊。
3)現(xiàn)場設(shè)備層
現(xiàn)場設(shè)備層是數(shù)據(jù)采集終端,主要由智能儀表組成,采用具有高可靠性、帶有現(xiàn)場總線連接的分布式I/O控制器構(gòu)成數(shù)據(jù)采集終端,向數(shù)據(jù)中心上傳采集的數(shù)據(jù)。智能電力儀表擔(dān)負(fù)著基層的數(shù)據(jù)采集任務(wù),其監(jiān)測的數(shù)據(jù)完整、準(zhǔn)確并實時傳送至監(jiān)控主機(jī)。
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)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(qiáng),總線上允許連接多達(dá)32個設(shè)備,傳輸距離為1.2km。
1.2 現(xiàn)場儀表
本項目對于變壓器低壓主進(jìn)線回路的監(jiān)測采用安科瑞的PZ80-E4/C多功能儀表,其是針對電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公共設(shè)施、智能大廈的電力監(jiān)控需求而設(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。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)電力監(jiān)控、工業(yè)自動化、能源管理系統(tǒng)及智能建筑等領(lǐng)域。
PZ80-E4/C智能電力儀表,為嵌入式安裝,可安裝在動力箱或低壓出線柜門板上,面板尺寸為80mm×80mm,規(guī)格為220/380V、5A,電流經(jīng)互感器接入,精度0.5級,廣泛應(yīng)用于高、低壓進(jìn)線柜、聯(lián)絡(luò)柜、出線柜、動力柜等場合,帶RS485接口,Modbus通訊協(xié)議[2]。
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(yuǎn)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(yuǎn)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(zhǔn)確的顯示給用戶,達(dá)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(jī)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 歷時事件
歷時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(jī)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??梢酝ㄟ^用戶管理進(jìn)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 運行負(fù)荷曲線
負(fù)荷趨勢曲線功能主要負(fù)責(zé)定時采集進(jìn)線及重要回路電流和功率負(fù)荷參量,自動生成運行負(fù)荷趨勢曲線的,方便用戶及時了解設(shè)備的運行負(fù)荷狀況。點擊畫面相應(yīng)按鈕或菜單項可以完成相應(yīng)功能的切換;可以查看實時趨勢曲線或歷史趨勢線;對所選曲線可以進(jìn)行平移、縮放、量程變換等操作,幫助用戶進(jìn)線趨勢分析和故障追憶,為分析整個系統(tǒng)的運行狀況提供了直觀而方便的軟件支持。
2.7 遠(yuǎn)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(dǎo)出和報表打印等功能。
3系統(tǒng)案例分析
上位機(jī)軟件為Acrel-3000電能管理系統(tǒng)組態(tài)軟件,該軟件是對現(xiàn)場電參量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與監(jiān)測的專用軟件,特點是能以靈活多樣的“組態(tài)形式"而不是編程方式來進(jìn)行系統(tǒng)集成,它提供了良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的工程實現(xiàn)方法,只要將其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進(jìn)行簡單的“組態(tài)",便可以非常容易地實現(xiàn)和完成對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測功能。Acrel-3000電能管理系統(tǒng)具有友好的人機(jī)交互界面,可實時和定時采集現(xiàn)場設(shè)備各電參量及開關(guān)量狀態(tài),并將采集到的數(shù)據(jù)上傳給監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行實時顯示與存儲。系統(tǒng)還提供了實時曲線和歷史趨勢曲線分析,符合用戶設(shè)計需要的報表、事件記錄和故障報警等功能[3]。整個系統(tǒng)可以實現(xiàn)所有回路用電量的采集和統(tǒng)計,實現(xiàn)了遠(yuǎn)程自動抄表、電力監(jiān)測與電能管理功能。
3.1 數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)圖顯示
現(xiàn)場儀表測量并采集回路數(shù)據(jù)信息,上位機(jī)軟件再對現(xiàn)場儀表的數(shù)據(jù)進(jìn)行定時或周期采集并存儲,可以自由設(shè)置采集的時間周期,系統(tǒng)支持的采集周期??梢噪S時查看任一表計的瞬時表值、累計量等信息,記錄時間間隔內(nèi)電力儀表的電壓、電流、功率因數(shù)和有功電度等。這些參數(shù)信息可以自動保存到數(shù)據(jù)庫中,便于查詢。
系統(tǒng)具有友好的人機(jī)界面,便于普通的現(xiàn)場值班人員查看并記錄相關(guān)信息,系統(tǒng)一次圖(如圖2)不僅顯示了線路的開關(guān)狀態(tài),還實時顯示電壓、電力、有功電度等重要的電力參數(shù)。所有數(shù)據(jù)信息都定期的保存到數(shù)據(jù)庫中。
圖2 0.4KV低壓一次系統(tǒng)圖
3.2 遠(yuǎn)程抄表
系統(tǒng)對所有采集到的數(shù)據(jù)都能實時的顯示,并保存到數(shù)據(jù)庫中,因此可以手動查詢每個回路的所有實時及歷史電參量數(shù)據(jù),并以表格的形式展現(xiàn)給用戶,便于打印、保存。如圖3所示。
圖3 回路遠(yuǎn)程抄表
3.3 電能報表
系統(tǒng)采集的有功電度數(shù)據(jù),按照回路名稱的不同,自動生成日報表、月報表和年報表并有報表打印功能,并可對某一回路的某一時間段內(nèi)的用電量進(jìn)行查詢與打印,同時這些報表也能以Excel的格式導(dǎo)出。如圖4所示。
圖4 電能管理報表
3.4 電流趨勢曲線
本系統(tǒng)對于重要回路,不僅可以對電流進(jìn)行實時顯示與監(jiān)測,并可以根據(jù)保存的歷史數(shù)據(jù)做成趨勢曲線,可以查看實時和歷史變化趨勢,預(yù)測電力負(fù)荷容量,并可對電力故障進(jìn)行查詢,保證電力負(fù)荷的安全運行。如圖5所示。
圖5 電流趨勢曲線
3.5 事件記錄與報警
主要用于查看歷史報警信息;幫助用戶進(jìn)行事故查詢與追憶;支持歷史查詢,打印等功能。實時報警信息會即時彈出,提醒用戶所進(jìn)行的操作。并對所有操作具有自動事件記錄功能。如圖6所示。
圖6回路跳閘報警
4結(jié)束語
隨著智能建筑的發(fā)展及電力的廣泛應(yīng)用,對智能建筑的配電系統(tǒng)的智能化集成管理已成為國家機(jī)關(guān)辦公建筑及大型公共建筑智能化建設(shè)的必然趨勢,本文介紹的基于Acrel-3000的電力監(jiān)測與電能管理系統(tǒng),不僅可以實時顯示電力運行狀態(tài)及用電狀況,還能對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,以用戶適用的方式展現(xiàn)出來,滿足用戶的需求,實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的分析、處理,其生成各種電能報表、分析曲線、圖形等,大大的方便了用戶的使用,便于配電系統(tǒng)的實時監(jiān)控與電能的遠(yuǎn)程抄表與分析研究,為智能建筑的節(jié)能技術(shù)提供參考。