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电能管理系统在上海世博村VIP生活馆的应用 安科瑞鲍静君
摘 要：介绍上海世博村VIP生活馆配电系统及电能管理系统，采用智能电力仪表和微机保护采集配电现场的各种电参量和开关信号。系统组网的方式，组网后通过现场总线通讯并远传至后台，通过Acrel-3000型电能管理系统实现建筑电力能耗的自动管理及Acrel-3000型电能系统所实现的功能，为楼宇电能统计数据，为节能提供决策依据。
关键词：世博村;智能电力仪表;Acrel-3000型;电能管理系统
0 概述
上海世博村VIP生活馆项目定位于五星级酒店，是 2010 年上海世博会配套世博村项目中规格较高的酒店。酒店占地面积约为25500平方米 ,总建筑面积66000 平米,建筑高度约95米 ,地上部分26层 ,地下为2 层,共有客房443间。
上海世博村VIP生活馆配电系统分为高、低压两大部分，高压部分为两条10KV进线，有4台变压器。世博洲际酒店属于重要电力负荷用户，作为世博村项目中规格较高的酒店，电力稳定供应的重要性可想而知。低压部分分为低压配电室、冷冻机房、水泵房、应急柴油发电机组，且在每一个楼层中都有低压配电房，为每一层中的各设备回路供电。
结合该配电系统的电能管理系统Acrel-3000，充分利用了现代电子技术、计算机技术、网络技术和现场总线技术的较新发展，对变配电系统进行分散数据采集和集中监控管理。对配电系统的二次设备进行组网，通过计算机和通讯网络，将分散的配电所的现场设备连接为一个**的整体，实现电网设备运行的远程监控和集中管理。
1 电能管理需求分析及系统构成
由于该项目是五星级酒店，现场需要监测所有安装智能仪表的回路，并且需对空调、照明、动力用电进行分类统计，并且该统计报表需每天自动生成，现场设备运行状态包括回路合分闸状态也需实时显示。现场仪表众多，采用了3个串口服务器加交换机的组网方式。
本系统采用分层分布式计算机网络结构：
即间隔层、通讯层和站控层如下图所示：
现场测控层主要的设备为：多功能网络电力仪表、微机保护装置等。这些装置分别对应相应的一次设备安装在电气柜内，这些装置均采用RS485通讯接口，通过现场屏蔽双绞线进行组网通讯，实现数据现场采集。
通讯控制层主要为：通讯服务器，其主要功能为把分散在现场采集装置集中采集，同时远传至站控层，完成现场层和站控层之间的数据交互。
站控管理层：设有高性能工业计算机、显示器、UPS电源、打印机等设备。监控系统安装在计算机上，集中采集显示现场设备运行状况，以人机交互的形式显示给用户。
以上网络仪表均在现场均采用RS485接口和MODBUS-RTU通讯协议，RS485采用屏蔽线传输，一般都采用二根连线，接线简单方便;
2 电能管理系统主要功能
2.1 数据采集与处理
数据采集是配电监控的基础，数据采集主要由底层多功能网络仪表采集完成，实现远程数据的本地实时显示。需要完成采集的信号包括：三相电压U、三相电流I、频率Hz、功率P、功率因数COSφ、电度Ep、远程设备运行状态等数据。
数据处理主要是把按要求采集到的电参量实时准确的显示给用户，达到配电监控的自动化化和智能化要求，同时把采集到的数据存入数据库供用户查询。
2.2 人机交互
系统提供简单、易用、良好的用户使用界面。采用全中文界面，CAD图形显示低压配电系统电气一次主接线图，显示配电系统设备状态及相应实时运行参数，画面定时轮巡切换;画面实时动态刷新;模拟量显示;开关量显示;连续记录显示等
2.3 故障报警及事故追忆
在配电系统发生运行故障时，会及时发出声光报警提示用户及时响应故障回路，同时自动记录事件发生的时间地点，以被用户查询，追忆故障原因。
2.4 数据库建立与查询
主要完成遥测量和遥信量定时采集，并且建立数据库，定期生成报表，以供用户查询打印。
2.5 用户权限管理
针对不同级别的用户，设置不同的权限组，防止因人为误操作给生产，生活带来的损失，实现配电系统的安全，可靠运行。
2.6 运行负荷曲线
定时采集进线及重要回路电流负荷参量，自动生成运行负荷趋势曲线的，方便用户及时了解设备的运行负荷状况。
2.7 电能成本管理
自动进行日、月、年的电能统计，可以进行尖、峰、平、谷时段设定，实现具有电能分时计费功能，同时生成日、月、年报表。
3 案例分析
上海世博村VIP生活馆低压配电系统主要有4台10kV/0.4kV配电变压器，本系统主要负责对低压进线及相应配出回路的实时动态监控以及楼层所安装电力仪表的回路进行监测。
进线回路采用ACR230ELH多功能谐波仪表，其是针对电力系统、工矿企业、公共设施、智能大厦的电力监控需求而设计的网络电力仪表，它能测量所有常规电力参数，如：三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电度、无功电度、并可监测电压、电流的2-31次谐波分量等多种电参量。并且本仪表带有4路光电隔离开关量输入接点和2路继电器控制输出接点，这些接点可以配合智能断路器实现断路器的遥信、遥控操作。该系列网络电力仪表主要应用于变电站自动化、配电网自动化、小区电力监控、工业自动化、能源管理系统及智能建筑等领域。
重要配出回路采用ACR220EFLK系列网络电力仪表，该仪表主要完成三相电流、三相电压、有功电度的测量、复费率电能的计量以及开关信号的检测和继电器遥控输出。
高压侧实时画面见图1，为系统主监控画面，主要实时监测高压回路的运行状态，红色代表合闸，绿色代表分闸。
图1 高压系统一次图
世博村VIP生活馆低压配电系统见图2，功能有电量遥测主要监测运行设备的电参量，其中包括：进线三相电压，电流，功率，功率因数，电能，频率等电参量及配出回路的三相电流;遥信功能实现显示现场设备的运行状态，主要包括：开关的分、合闸运行状态和通讯故障报警;远程抄表功能，主要完成对各主要回路的远程集抄功能，可选择时间段进行查询见图3;
图2 世博村VIP生活馆低压配电系统图
图3 远程抄表
用电量报表功能，根据时间段可以查询各回路的用电量情况，见图4;
图4 电能报表
事件记录功能，事件记录报警可实时历史查看，见图5;
图5 事件记录
系统通讯结构图，可实时查看系统各设备通讯运行情况，见图6。
图6 系统通讯
负荷曲线，可直观的查看回路的负荷运行情况，见图7。
图7 负荷曲线
4 结束语
随着社会的发展及电力的广泛应用，电能管理已成为大型公共建筑的必然选择，本文介绍的电力仪表及ACREL3000电能管理系统在世博村A块VIP生活馆的应用，可以实现对电能的分项及分时复费率计量，不仅能显示用电用能状况，还具有网络通讯功能，可以与计算机等组成电力监控与电能管理系统。系统实现对采集数据的分析、处理，并生成各种电能报表、分析曲线、图形等，便于电能的远程抄表以及分析、研究。该系列电力仪表及系统运行可靠，稳定，为楼宇电能统计数据，为节能提供决策依据取得了较好的社会效益。
电力监控软件的可扩展性设计 安科瑞鲍静君
摘要：本文根据安科瑞电力监控系统软件的设计过程，论述了电力监控系统高扩展性的设计思路和方法，对于电力监控组态软件与电力平台方案的研究有一定的参考价值。
关键字：安科瑞电力监控软件、组态、内存数据库、规约、自动报表、自定义报表
随着电力行业的不断发展，电力监控系统逐渐成为供电配电系统中的重要组成部分。所谓电力监控系统，是在计算机上对系统中各设备的实时运行情况、工作状态、运行历史数据信息、阶段运行后报表信息展示等各方面进行实时监控及信息处理的一套信息管理系统。
电力监控系统实现了设备数据的实时采集、处理和实时数据储存、历史数据汇总等，图形化展示各设备实时工作情况、设备数据，对设备数据异常提供实时告警等功能。通过在供电配电设计中使用电力监控系统，较大的提高了系统的工作效率与系统稳定性、设备异常反应的实时性等。
认真研究电力监控系统，有助于我们更加完善供电配电技术，将电力监控系统应用到各个行业中去，能有效地提高供电配电技术水平。安科瑞电力监控软件是为用户提供智能电力监控而研发出的一套完整的供电配电系统解决方案，在本文中，介绍电力监控系统的基本功能，主要从应用的角度介绍可扩展性电力监控系统的设计实现
1 电力监控系统
电力监控系统是基于采集与监视数据的软件控制系统（SCADA，其全称是：Supervisory Control And Data Acquisition）发展起来的，运用计算机技术，在电力系统运行过程中进行调度与控制，对设备进行数据采集与设备控制等行为的一种抽象描述，所以控制系统本身技术上可以应用于所有工业控制领域的各种场景。
2 电力监控软件要求
电力监控系统运行的典型场景模型如图1所示，这种监控系统可以根据实际情况的不同作相应改变。
图1 典型场景模型
2.1 系统可用性
a.系统能够可扩展支持新的设备类型接入与新的协议，设备数据接入是系统核心。
b.工程人员根据电力设计图纸与现场终端设备拓扑，进行电力监控项目开发，在此过程中，要求配置过程相对简单，方便工程调试和修改，以及设备的更换等。
c.界面组态开发人员能够快速对应电力监控系统图形界面的画面布局、图形层次与信息表达等内容。
d.用户共性的自动化报表以外的个性化支持与扩展，以报表模板的方式支持用户扩展生成多样化的报表，并且与电力监控系统对接，通过系统数据结合模板生成较终报表。
2.2 高实时性与可靠性
采用实时数据库技术，对数据进行处理与展示，保证系统的实时性要求。
3 电力监控软件主要功能
电力监控软件的核心是以应用为导向，较终以图形和报表的形式，展示当前各终端设备数据给用户，显示当前系统状态和为用户决策行为提供数据支持，图2为系统功能模块与框架说明。
图2 系统功能模块与框架说明
3.1 对电力设备进行数据采集与处理
电力监控软件实时采集各终端设备的遥信、遥测、遥脉等数据，提供实时数据库高实时性的数据访问与处理，确保系统中各设备数据实时更新，图形化动态展示及监控系统实时提醒非正常运行的供电设备。
3.2 对电力设备进行控制
系统调度或监控发出命令以实现远程操作。利用电力监控软件主动发出信号给远程终端设备实施控制操作，远程终端设备接受并执行相应命令实现远程控制。电力监控系统对操作进行流程化与规范化，对整个电力监控系统的运行过程进行控制规范化，减少人工控制带来的误操作风险。
3.3 设备阶段数据监视
电力监控系统实时动态图形化展示设备阶段时间内运行的设备数据情况，系统管理者可根据设备阶段运行动态情况决策分析出当前设备运行情况与系统内可能出现的问题，并做趋势判断以确保系统的正常运行。
3.4 报表处理
在电力监控系统中提供电子报表系统，可对接电力监控系统中的历史数据、实时数据，根据报表模板、运算公式生成结果并载入，形成自定义与自动生成的具有图文并貌特征的数据信息报表，直观清晰反映出阶段内系统中终端数据统计情况。
4.可扩展电力监控软件的接入方式与场景需求变化应对
当前数据终端设备通讯方式、协议多样，应用场景多变，因此需要设计出高可扩展性电力监控软件，以快速对应各项目应用，提高软件的适用性与项目开发的效率，提高软件的生命力，实现软件设计过程中的数据接入与转发、系统图形、内存库动态调配大小、报表等方面的动态扩展性。
4.1数据处理
数据接入和转发：提供系统本地数据转发给三方平台或者系统作为对称的结点存在于大系统中。
通讯方式： 目前电力系统主要为有线通讯，其中包括串口，网口，光口。分布式光伏有时还会用到无线通讯。
通讯协议： Modbus/RTU、IEC 103、IEC 101、DL/T645、CDT、DISA（CDT规约升级版）规约等。
各协议的驱动由单独模块实现，规约驱动管理模块通过规范化模块接口，系统根据规约驱动模块名称，执行*规范接口，加载规约驱动。图3对系统驱动可扩展设计交互流程说明。
图3 对系统驱动可扩展设计交互流程说明
4.2系统图形组态
电力管理系统中的各智能终端设备的状态与数据，需要图形化直观的以拓扑图、电力一次图、二次图等方式展示给系统的使用者，显示当前系统各设备状态，其中涉及较多图元、图形、图表等绘图元素，且组态时各部分支持用户图形自行扩展，以适应不断增加的电力设备类型与用户需求展现形式多样性。
图元：系统默认提供常用设备图元，用户也可自定义绘制
图形：图形高度组态，系统拓扑图、一次图、二次图用户可自由绘制、绑定数据，直观反映
图表：曲线图形提供实时与历史曲线结合，展示多点的所有历史和当前运行情况，为决策提供直观数据
4.3报表系统
报表系统作为电力管理系统中重要的组成部分，将整个系统阶段运营情况作汇总。报表的用途多样，可作为能耗分析、电能管理等方面决策的数据支撑。根据电力管理的特点，系统支持自动化报表、自定义报表，满足用户多样化需求及电力管理系统的报表可扩展性需求。
自动报表：电参量报表、电能报表能够自动生成，直接反映系统中各终端设备真实数据。
用户自定义报表：用户提供报表模板与计算公式，采用脚本方式获取系统数据进行填充，报表数据是进行分析的结果，提供更具体直观的报表，符合系统使用方多样化需求。
4.4内存数据库管理系统
电力监控系统软件采用内存数据库与数据库相结合，主要是因为电力监控管理软件对数据实时性要求高，需要时间反映设备运行状态，且系统与终端设备进行数据交互频繁，数据不断变化且大多是中间临时数据，所以采用高速内存存储实时数据信息，通过计算引擎把有意义的数据或者用户关心的信息数据进行转储到数据库，即保证了系统的实时性与数据保存的持久。
使用内存库保存数据时，数据量大，多个系统需要共享数据，从多个角度展示给不同的系统用户，实现形式上采用文件内存映射的方式，组织形式上在设计内存数据库时与数据库管理相似，便于各程序对设备数据进行查找与读写操作，索引过程可根据数据量大小建立直接索引与HASH索引，管理形式上由实际数据量决定文件全量映射或者分页式管理文件映射（LRU换页），各表在内存数据库大小可调配，由接入设备与数据点数量决定，从而支持系统可扩展，减少大开小用的浪费情形。
5 总结
电力监控系统作为电力系统的一个重要组成部分，在电力系统的不断发展过程中，要求电力监控系统能够适应不断发展的电力终端设备与电力技术。以上从数据接入转发、系统图形组态、报表系统和数据库系统等四个系统的核心方面，在技术实现角度对可扩展性电力监控软件的设计进行说明，可扩展设计保证了软件的对于行业不断发展适用性。
文章来源：《自动化博览》2017年2期。
