智能计量系统

能耗在线监测系统在江阴港口集团办公楼中的应用  安科瑞 鲍静君

摘要：介绍了江阴港港口集团有限公司新建办公楼能耗在线监测系统的系统结构、数据采集及系统软件的功能实现。通过对各办公室空调、照明与插座用电进行分析处理，把分析处理结果通过表格、图片等方式进行公布。企业管理人员可通过该系统平台，建立健全企业节能管理制度，约束各用能单位的能源消耗，提高企业办公的运行能效。

关键字：办公节能；用能管理；能耗监测；港口； 数据采集

0 引言

    能源消耗是企业生产成本中重要的可控部分，降低能源消耗是企业降低生产成本的重要途径。随着社会的不断进步和科学技术的不断发展，节能技术和装备如锅炉窑炉、电机及拖动设备、余热余压利用装备、节能仪器设备等已广泛应用于企业生产工序的各个环节。生产型企业的办公管理能源消耗量（主要为耗电量）也是其能源消耗的重要组成部分，但因其占能源消耗总量的比重不大，在企业节能改造实施过程中往往被忽略。如果在企业办公建筑中建立能源监管体系，通过计算机等辅助手段将能耗分类计量，就可发现高能耗点和不必要的能耗消耗量，在此基础上加强用能考核管理，往往可以起到事半功倍的效果。

    本文结合江阴港港口集团股份有限公司5号码头新建办公楼能耗（电能）在线监测系统，对生产型企业如何建立有效的办公管理用能监测进行了详细介绍。

1 配电情况及建设目标

    江阴港港口集团股份有限公司5号码头新建办公楼为三层办公楼，该楼电源总进线由码头5#变电所0.4kV配出回路引入至总配电箱。总配电箱位于一楼网络机房外间，设总开关、各楼层总开关，再采用放射式与干状式混合的配电模式将电源引至各办公室。各办公室均设单独的PZ30配电箱，为便于电能的消耗分类，电源引入各办公室后分配为空调用电和照明插座用电。如下图所示为该办公楼三楼各办公室的分布示意：

图1 办公楼三楼各办公室分布示意

    系统建设方和承建方经充分讨论，认为该能耗在线监测系统应实现如下目标：

    1.各办公室的用电按空调用电、照明插座用电分别计量，实现能耗波动幅度跟踪，实现能耗的准确预测；

    2.将各办公室用电按部门进行汇*计，并以帮图、曲线等多种形式展示，实现能耗监测，避免不合理能耗；

    3.可建立用电成员值，对**额用电或非正常用电等起到提示作用，实现能耗标准化管理，形成具有推广性的标准规范；

    4.系统建成后能于局域网内电脑查看该系统的展示数据；实现能耗量化分析、能耗管理流程化和精细化管理，节能效果评估，实现对节能改造措施的管理；

2 系统组网结构设计实现

    依据新建办公楼的配电情况和办公室分布情况，能耗在线监测系统建设采用分层分布式结构，系统包括：站控管理层、网络通讯层、现场设备层。系统网络结构如图2所示：

图2 系统网络结构图

    管理测控层是针对系统的使用和维护人员的人机交互窗口，也是系统的较上层部分。在该能耗在线监测系统的建设中，配置了数据服务器用以采集、存储与处理各回路耗电信息、Web服务器将友好的人机界面通过互联网展示给使用者，并设置了用于系统日常维护的工程师工作站；

    通讯控制层主要是由通讯服务器、接口转换器件及总线网络等组成，是数据信息交换的桥梁。在该项目方案中通讯控制层配置1台8端口数据采集器，考虑到通讯可靠性及防雷等因素，配置串口隔离设备。1～3楼层按东西侧分别引一根RS485总线，连接位于各办公室的单相计量表计至串口服务器，通讯总线采用屏蔽双绞线（RVSP2×0.75），穿Φ25管沿墙壁铺设至各房间；

    现场设备层主要是连接于网络中用于电参量采集测量的各类型的仪表等，也是构建该配电系统必要的基本组成元素。为建立用电分项计量体系，在本项目方案设计时即为每个办公室的PZ30箱内安装两只单相一次接入导轨式电能计量表，分别计量该办公室的空调用电和照明插座用电。基于该设计方案，办公楼1楼层16个办公室配置32只单相计量表计、2楼层17个办公室（含会议室）配置34只单相计量表计、3楼层17个办公室（含会议室）配置34只单相计量表计、总配电箱配置4只三箱计量表计。

3系统功能设计实现

    能耗在线监测系统围绕系统建设目标，设计了以下软件功能：

    1.用电回路清晰的计量体系结构

    江阴港港口集团办公楼共有三层，能耗系统在办公楼总进线、各楼层、各办公室分别安装了两个电能表，分别用来计量空调用电和照明插座用电，结合 4只用电总表，整个系统共设置了104个计量点，建立了覆盖整个办公楼的用电计量体系。系统软件中建立了计量体系展示功能，如图3所示，系统使用人员通过该功能界面可一目了然的了解该办公楼的配电层次分级情况；

图3 计量体系展示

    2.电能管理ERP

    系统管理或维护人员还可以通过用电回路信息维护功能配置用电支路的名称、用电类型（空调用电、照明插座用电）、所属部门、电能表类型等信息，该功能使得系统可以对各用电回路的用电量自动按部门进行统计，可对管理用电按部门划分，建立类似于财务ERP的电能管理ERP分配功能。该功能便于办公室所属部门的变更等信息变化时系统的维护工作。配置界面如图4所示；

图4用电回路信息维护

    3.用电展示与能耗排序

    系统主界面可直观的以数据和棒图形式显示该办公楼当月用电、上月用电、当年用电、上年同期用电电能消耗总量、当月每日空调耗电量结合气温变化的趋势、当月照明插座耗电量的平均值与变化对比趋势、各部门当月耗电量的排名情况，企业节能办或企业管理人员通过该界面可直观了解企业用电消耗概况。如图5所示；

图5 系统展示画面

    4.节能潜力挖掘——非工作时段用电分析

    该电能管理系统软件具备逐日显示各回路的用电情况的功能，并且将非工作日用电以蓝色柱体区别显示，并标定日耗电平均值线，如某日用电明显**平时正常用电，则可通过系统的用电回路逐时分析查找耗电点，进行必要整改，防止非正常耗电情况的发生。如图6回路逐日用电棒图趋势和图7某回路逐时用电分析趋势；

图6回路逐日用电棒图趋势

图7 某回路逐时用电分析趋势

    5.分时段电能管理

    电能管理系统可根据供电局电费标准于软件中设置峰、平、谷的时段和费率，也可根据客户的实际情况设置工作和非工作时间段，通过能耗系统可以找到各回路非工作时间的不合理用电，通过奖惩措施使员工养成下班后及时关闭用电设备的习惯，如图8 峰、平、谷时段耗电展示；

图8峰、平、谷时段耗电展示

    6.建立绩效考核措施

    办公楼主要用于行政办公，系统根据客户要求将各个办公室划分到每个部门，系统自动完成部门用能的统计与分析，并可于系统信息维护中录入部门人员数量、各部门建筑面积等信息，并按综合耗电量、人均耗电量、单位面积耗电量进行综合排名分析，并可对各部门、办公室进行耗电**信息录入，当耗电量接近或**限值时，自动弹出提示信息，如图9为部门综合耗电量排行；

图9 部门综合耗电量排行

    7.用电量统计报表

    系统软件自动采集并按部门生成用电量月报表，该报表可提交财务或自动转入财务ERP系统，便于各部门的独立核算，如图10用电量月报表；

图10 用电量月报表

    用能管理考核单位通过以上软件功能的实现，合理的制定了各部门的用电成员值，并将用电量以财务数据反馈至各部门，建立了有效的用能管理考核制度。通过系统的建设和制度的建立，使企业管理办公人员节能意识大大提高，有效的节约了企业管理办公能源消耗。

4结束语

    企业管理办公能耗在线监测系统的设计主要是结合信息技术建立一套符合用户实际需求的计算机辅助管理软件，系统软件通过数据实时采集与自动存储，得到用电过程的原始数据；通过功能设计与实现，对数据的优化与整合，并以友好直观的人机界面展示给企业管理人员，对其用电管理模式的改进提供数据支撑，建立用电考核机制，从而实现办公用电的科学化管理。

 参考文献：

[ 1 ]任致程 周中. 电力电测数字仪表原理与应用指南[M]. 北京. 中国电力出版社. 2007. 4

[ 2 ]姜海涛，赵月.需求侧负荷管理系统建设分析[J].华北电力技术,2006(10):20-22

[ 3 ]岳明.用户侧电能管理系统及其应用[E].电力需求侧管理 15卷 5期 2013.9

文章来源：《自动化博览》 2014年1月 期

苏州创业园二期电力监控与电能管理系统设计方案 安科瑞鲍静君

　　【摘要】：本文介绍基于网络电力仪表的Acrel-3000电力监控系统在苏州创业园二期的应用，实现了分散式采集和集中控制管理的智能化电能计量管理和监控。省去了值班人员现场抄表的烦琐，具有投资少、简明实用、便于智能管理等优点。

　　关键词：大型公建;网络电力仪表;电力监控软件

　　0引言

　　当前，根据住房与建设部〔2008〕114号文件，**和大型公建应当实行能源消费计量制度，区分用能种类，用能系统实行能源消费分户、分类、分项计量，及时发现、纠正用能浪费现象。同时地方**也积极响应*号召，也出台了相关规定，如苏建科〔2007〕217号规定自2007年9月1日起，新建、改建和扩建单体2万m2以上的公共建筑项目，在设计、施工图审查时均应执行国家、省有关标准。在电气部分明确规定：变电所各出线回路均应配置电能计量装置，计量装置应采用数字式电能表计，并根据建筑的类别和档次，尽量配置通讯接口，以便于构成网络，并设管理后台。

　　苏州创业园二期位于苏州高新区竹园路与珠江路交叉口附近，总建筑面积13.58万平方米，由3幢26层独立塔楼组成。每个楼层都有一个配电室，室内的配电柜中安装了安科瑞600多块网络多功能仪表。为了能够实现电力参数实时遥测、电能计量分项管理、电能报表等功能，系统采用Acrel-3000电力监控、电能管理软件把现场的仪表联在一起，做到集中管理、集中控制。

　　1. 系统结构

　　Acrel-3000电力监控组态软件是对现场生产数据进行采集与过程控制的**软件，较大的特点是能以灵活多样的“组态方式”而不是编程方式来进行系统集成，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”，便可以非常*地实现和完成监控层的各项功能，比如在分布式网络应用中，所有应用(例如趋势曲线、报警等)对远程数据的引用方法与引用本地数据完全相同，通过“组态”的方式可以大大缩短了自动化工程师的系统集成的时间，提高了集成效率。

　　苏州创业园二期电力监控系统的拓扑结构如图1。

　　图1 系统拓扑结构图

　　系统采用分布式结构，按功能或区域进行划分，模块化设计。整个系统分为三层，即现场层、中间层、主控层。

　　1.1现场层

　　现场层主要任务是将现场的各种配电系统的运行参数进行采集和测量，并将采集和测量的各种数据传输给监控系统。其主要设备是：ACR320EL、ACR210EL网络电力仪表，装设在每层的动力柜内。上述设备均相互独立完成各自的功能，不依赖主控计算机运行，具备RS-485 通信接口，通过现场的RS-485总线将检测到的各项电参数和状态信号实时传输到中间层的数据处理单元—通讯服务器。

　　ACR网络测控电力仪表，是针对电力系统、工矿企业、公共设施、智能大厦的电力监控需求而设计的智能化电力仪表。它能测量所有的常用电力参数，如三相电流、电压，有功、无功功率，电度以及开关量输入/输出状态等。该系列仪表具备完善的通信联网功能，能实现远程遥测、遥控功能，非常适合于实时电力监控系统。

　　1.2中间层

　　中间层位于现场层与主控层之间，采用高性能、嵌入式通讯服务器。通讯服务器负责把现场层仪表采集的数据经过网络通信联接、数据交换上传到主控层，是主控层与现场层的桥梁。

　　1.3主控层

　　主控层位于监控室或值班室，配置高性能、高可靠性工业级计算机、UPS不间断电源、打印机、报警装置等。Acrel-3000电力监控软件安装在主控计算机上，通过软件的人机界面和各种管理功能实现对整个箱系统的实时监控和报表管理。

　　创业园二期的监控室位于B幢三楼，通过六个通讯服务器把分布于每个楼层动力柜内的共计600多块ACR仪表**的联系在一起，再通过楼层的局域网把数据传输到后台系统。

　　2. 系统框图及主要实现的功能

　　系统采用C/S架构，数据处理以数据库为中心，分采集、显示、算法等模块，各主要逻辑关系如下系统框图。

　　图2 系统框图

　　系统依据客户实际需求进行设计，并实现了一次主接线图界面显示;电参量遥测及电参量越限报警;事件记录;系统运行异常监测;故障报警及操作记录;报表查询与打印;系统负荷实时、历史曲线，用户权限管理等主要功能。

　　如A幢4-7层空调总回路8月份各天的用电趋势图如图3所示。

　　图3 电能棒图

　　3. 设备与投资

　　根据现场实际情况所配置的系统硬件含采集装置、电源、工作站主机、打印设备、系统软件、弱电安装施工等总计费用为35万元左右，平均每幢楼的投入费用不**过15万元。配电各环节的数据均可通过监控主机集中显示，方便配电管理人员及时发现配电故障环节，按月统计用电数据，又可以通过OPC转发上传至楼宇自控系统BAS或安防系统FAS，便于整体调度。相对于传统的电工抄表、统计虽增加了一次投入，但智能化程度得到较大提高，节省了人力资本的投入。

　　4. 结束语

　　ACREL-3000电力监控系统具有通用性好、可靠性高、组态灵活等优点。目前系统已投入运行半年以上，较大的方便了用户的使用。随着计算机信息技术的普及，低压配电智能化的要求也越来越高，变配电监控及低压配电管理使得实现配电室的无人职守真正成为现实，系统对各种用电设备的历史运行数据和状态进行管理分析，便于维护人员明确设备状况，制定详细的设备维护计划，减少人力投入，提高工作效率，从而降低整个系统的运营成本。

　　参考文献：

　　1)《电力电测数字仪表原理与应用指南》 任致程，周中，中国电力出版社