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写字楼/办公楼能源管理系统的应用 安科瑞鲍静君
0 引言
随着社会的进步，我国经济的快速发展，企业的办公环境和方式发生了巨大的变化，的写字楼在各大城市遍布林立。写字楼的出现使得各地企业办公集中化、化，然而写字楼物业管理的同步发展对于企业服务来说更是一个很大的促进。在目前的市场上，在写字楼物业管理方面大多数还是处于半信息化状态，没有专门的信息化管理系统针对于写字楼的物业管理。因此，安科瑞*的Acrel-3000电能管理系统可及时发现纠正用电浪费，并为建筑节能考核提供数据。
电能的消耗大量集中在低压配电终端，为了加强终端电能的计量考核和管理，方便用户的现场使用、改造和升级，针对传统DDSD和DTSD系列壁挂式安装电能表在现场使用安装的不便而设计一种微型化导轨式安装电能表，具有测量精度高、过载能力强、性能稳定可靠、工作电压范围宽、自身功耗低等优点。并且其体积小，重量轻，结构模数化，可与微型断路器配合使用安装于配电箱内，实现终端配电电能计量。
1 设计原理
1.1单相DDSF1352电表设计原理
DDSF1352单相复费率电能表采用ADI公司较新技术ADE7169F16片上系统的单芯片设计完成。ADE7169集成了高精度计量单元模块和8052的MCU及其外围模块，计量模块计量精度高、能测量各相电流、电压有效值、各相及总的有功功率、无功功率、电网频率等运行参数，过载倍数大。片上8052的MCU带有16K FLASH和512B RAM和多种外设模块，支持低功耗温度补偿的片上RTC模块、LCD驱动模块、电源管理模块、SPI/I2C接口模块和UART通讯模块等，用一片ADE7169就能实现单相复费率多功能电能表设计。具体设计框图如图１。
图１ 单相DDSF1352电表原理框图
1.2 三相DTSF1352电表设计原理
DTSF1352 三相电子复费率电能表采用计量芯片ATT7030A和飞思卡尔公司的8位单片机M68HC908LJ12实现。其原理为：线路上实时电压、电流经高精度互感器耦合，采样电路分别采样后，送到电量计量**芯片ATT7030A（A/D转换器转化成数字信号，通过片内**DSP运算后输出电能脉冲），通过脉冲送到MCU中，并根据预先设定的时段完成分时有功、无功电量计量和较大需量计算，分别作出相应处理，并存贮到EEPROM中；同时实现显示和输出、RS485串行数据传输。具体设计框图如图2。
图2 三相DTSF1352电表原理框图
2 大型公建电能计量宜采用电力仪表
大型公共建筑电能计量宜采用电力仪表作为内部管理电表，不宜用收费电表。两者主要特点归纳如下（见表1）。
表1 收费电表与电力仪表之比较
供电部门一般给用户实施一户一表的收费制度，即收费电表由供电部门统一安装。因此，收费电表除了要有技监局发放的计量器具许可证外，还需要当地省、市电力部门的许可才可安装使用。在大型公共建筑电能管理中，供电部门一般会在总进线处安装收费电表。
电力仪表在用户安装收费电表的基础上，考虑内部电能计量与节能管理的需要安装，用于内部电能管理。因此用户可自主选择采购，但应注意制造商是否有电力仪表（电能部分）的计量许可证。电力仪表可以完成对各回路、各楼层或各功能区的分项电能数据的采集，通过后台电能管理系统完成对大型公共建筑的电能分项计量。
3 电力仪表在电能分项计量中的选型方案
电力仪表，是针对电力系统、工矿企业、公用设施、智能大型公共建筑的电力监控与电能管理需求而设计的。它能高精度的测量所有常用的电力参数，如三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、频率、功率因数、四象限电能等，采用可视度高的LCD来显示仪表测量参数和电网系统的运行信息。电力仪表功能、型号繁多，价格也各不相同，电能计量方案也多种多样，因此，应合理选配，达到较佳的性价比。
根据住房和城乡建设部114号文件，对大型公共建筑能耗数据实行分类、分项计量，对电能按动力用电、照明与插座用电、空调用电和特殊用电进行分项计量管理。因此，针对宿舍、写字楼、商铺、病房等应计量到经济核算单元的地方，可采用DDS1352或DDSF1352电表；DDS1352单相电表，用于单相电能计量，DIN35mm导轨安装，宽度为1个模数（即宽为18mm），一次较大接入单相电流30A，精度1.0级。优点是尺寸小，价格低，缺点是没有通讯功能，不能组网。
DDSF1352单相电表，同样为DIN35mm导轨安装，宽度为4个模数，一次较大接入单相电流为80A，精度1.0级，具有峰、平、谷电能分时复费率计量功能，带RS485接口，Modbus协议或DL/T645规约，可组网。主要应用于对单相电能的计量，常用在配电箱内。DDS1352及DDSF1352单相电表外形及应用如图3所示：
图3 DDS1352电表外形，DDSF1352电表外形及其应用
针对用电设施按照明与插座用电、动力用电、空调用电、特殊用电进行分项计量，对学校教室、医疗病房、宾馆客房按楼层或功能分区计量时，可选用DTSF1352或ACR120EL电表。
采用DTSF1352三相四线电表（见图4），用于三相电能计量，具有尖、峰、平、谷电能分时复费率计量功能，DIN35mm导轨安装，宽度为7个模数，可安装在照明箱或动力箱中，一次较大接入三相电流80A，80A以上可经电流互感器采集，精度0.5级，带RS485接口，Modbus协议或DL/T645规约，可组网。
图4 DTSF1352电表外形及其在动力箱中的应用
采用ACR120EL多功能电表，该表为嵌入式安装，可安装在动力箱或低压出线柜门板上，面板尺寸为80mm×80mm，规格为220/380V、5A，电流经互感器接入，精度0.5级，可测量电流、电压、功率、频率、功率因数、四象限电能等电参量，带Modbus通讯协议。
一些重要场合需检测谐波的，可采用ACR230ELH多功能电表，针对进线回路或重要出线回路，采用ACR230ELH多功能电表，嵌入式安装在配电柜门板上，面框尺寸为96mm×96mm，除测量所有电参量外，还具有较大需量，2-31次电流、电压谐波分量、电压波峰系数、电流K系数、电话波形因子、电流电压不平衡度、正负零序分量分析等功能。ACR120EL，ACR230ELH多功能电表外形及其在低压配电柜中的实际应用如图5所示。
图5 ACR120EL、ACR230ELH多功能电表外形及其在配电抽屉柜中的应用
4 系统软件介绍
4.1系统结构
Acrel-3000电能管理系统可对低压设备消耗的电能进行分项计量，该系统由站控管理层、网络通讯层、现场设备层三部分组成。
现场设备层采用安科瑞低压智能计量箱AZX J，内部安装预付费电能表以及卡轨式电能表。通过低压智能计量箱配合电能管理监控系统，利用计算机、后台监控管理软件和网络通讯技术，将采集到的用电设备的能耗数据上传到统一的监测管理平台，实现对用电系统的监控管理，对高能耗用电设备的合理控制，较终使整套用电系统达到节能效果。电能管理系统网拓扑图见下图。
4.2系统功能
安科瑞终端用电管理系统是指通过在商业建筑、写字楼、农贸市场、宿舍等建筑物内安装导轨式及预付费电能计量装置，采用远程传输等手段及时采集各监测点电能数据并对用电量进行预付费管理，采用先买电后用电的模式，可以用来转移经营风险，并能提前收回电费，减少了后期运营的人员的工作量；实现了网络化实时操作，实时计量监控，即时售退电、即时通断电的控制效果。彻底解决了以往由载波通信电表等电能采集设备组成的电能管理系统用电管理繁琐、系统稳定性差、数据不透明、欠费不交等的诸多问题，并可通过自助终端机或者互联网自助充值，*进行人工繁杂的充值过程。通过终端用电管理系统能合理的控制用电，对**标使用的电费严格收取，企业或者用户可根据购电情况发现用电的合理性并进行管理。
4.2.1 系统主要实现的功能
（1）实时用电监控：统计记录仪表的累计用电量、剩余电量、开关状态等参量，能方便的查询每个房间、商铺或整栋公寓楼的用电情况，省时省力。
（2）集中抄表：将房间每时每天的用电量自动存储到数据库中，无论何时都可查询到房间的用电量，做到用电透明，让用户明明白白消费。
（3）历史用电记录：将用户的用电记录存储到数据库中，并能按小时、天、月汇总，生成Excel报表。
（4）充值记录查询：管理记录对预付费电表的充值记录。能方便的查询充值金额、充值时间等信息。
（5）售电日志管理：日志记录售电成功的信息、失败的原因，回溯机制。
（6）自助充值：能通过互联网充值卡或自助终端机充值，方便用户能实时的对仪表进行预付费，*进行人工排队等待，但是不能在周期性断电期间充值，充值失败后，进行数据回滚。
（7）充值卡管理：记录充值卡的面值、有效期、状态。
（8）退费处理：在商户或者宿舍人员变更时，可对房间剩余电量进行退费处理，并打印明细。
（9）余额不足短信、邮件提醒：在系统中可按需设置预警电量，当小于等于预警电量时，由系统自动根据用户所留联系信息进行余额不足的提醒。
（10）设备管理：对仪表的地址、归属机构、检测周期等与后期控制有关的信息进行统一管理维护。
（11）定时断送电：按日期、时间、楼层、用户类别分类控制，大大节省了后勤管理人员的工作量。
（12）自动断电提醒：当余额不足时自动断电一段时间，之后自动恢复供电。
（13）囤积电量设置：可通过售电系统对电表预置“囤积电量”，当用户的新购电量与表内的剩余电量之和大于预置的“囤积电量”时，电表拒绝接收卡中的新购电量，只有当表内的剩余电量用至其与新购电量之和小于“囤积电量”时，卡中的新购电量方可追加到表中。
（14）阶梯电价：把用户用电量设置为若干个阶梯分段或分档次定价计算费用。对用电实行阶梯式递增电价可以提高能源效率。
（15）负载安全限制：恶性负载、**功率自动断电功能，恶性负载、**功率排除后，系统自动恢复供电，保护用电环境。
4.2.2系统主要软件界面
5 结论
应用实践表明，Acrel-3000电能管理系统的使用，使写字楼物业管理工作化、信息化，大大提高了员工的满意度与工作效率，节约了企业管理成本；系统的决策支持模块通过对数据的综合整理和分析，为管理者下一步计划的实施提供了依据，使得管理决策更科学。
参考文献：
[1]安科瑞电气股份有限公司系统解决方案.2013.1版.
电力需求侧管理及智能电力监控一、行业用户用电特性分析 安科瑞鲍静君
服装制造业按国民生产行业分类可细分为：纺织服装制造业、纺织面料鞋的制造业、制帽业。
该行业一般都由10kV变电所和0.4kV供电，其用电负荷中等或较小；生产性质为三班制连续作业。服装制造业属于劳动密集型企业，每个车间为一条生产流水线，使用的设备数量多、功率小，负荷相对比较平稳。服装企业非生产用电除办公楼外，厂区内都建有宿舍和食堂，非生产用电约占总用电量的10%左右。
服装制造行业用户设备分类表
二、行业用户参与错峰限电能力分析
1. 该行业用户一般生产时间为7：30～21：00，在生产时间段负荷曲线相对稳定，在高温或严寒季节，该类企业的用电需求也有所变化，随着温度的变化，用电负荷将有显着上升，夏季高温期间将增加35%左右的空调负荷。服装制造行业的办公、生活用电约占总用电的10%左右，生产用电以车间为单位，每个车间的上下道工序相互衔接，错峰时只能以车间为单位进行限电。
2. 紧急错峰限电，可停用非生产性负荷和生产性负荷，可以快速响应错峰实施。该行业用电负荷中等偏小，紧急错峰限电效果较好。
3. 阶段性错峰，该行业用户可以通过有效组织部分生产车间停产让电的方式开展，阶段性错峰效果较好。
三、行业用户参与错峰限电技术方案
（一）缺口等级Ⅳ级参与方案
1. 阶段性错峰：
执行错峰指令，大型服装厂对办公用电、生活用电等部分非生产用电限电、部分车间停产，保证企业生产的连续性。中小型服装厂每周开六停一。
2. 紧急错峰：
接到错峰指令后快速停用办公用电（电脑、打印机、照明、空调、电梯）等非生产性负荷，然后根据指令释放负荷恢复正常生产。
（二）缺口等级Ⅲ级参与方案
1. 阶段性错峰：
执行错峰指令，大型服装厂对办公用电、生活用电等部分非生产用电限电、部分生产车间停产，保证企业生产的连续性。中小型服装厂每周开六停二。
2. 紧急错峰：
接到错峰指令后快速停用生产辅助设备和部分生产车间的孔压机、裁剪机、缝纫机、粘合机、断布机等生产负荷进行限电。然后根据指令释放负荷恢复正常生产。
（三）缺口等级Ⅱ级参与方案
1. 阶段性错峰：
执行错峰指令，大型服装厂对办公用电、生活用电等部分非生产用电限电、部分生产车间停产，保证企业生产的连续性。中小型服装厂每周开六停三。
2. 紧急错峰：
在执行Ⅲ级方案的基础上，继续停用部分生产车间进行限电，完成错峰指标。然后根据指令释放负荷恢复正常生产。
（四）缺口等级Ⅰ级参与方案
1. 阶段性错峰：
执行错峰指令，企业停产，非生产用电只留门卫、消防、职工生活等必须用电。
2. 紧急错峰：
在执行Ⅱ级方案的基础上，继续停用部分生产车间进行限电，直至企业停产，非生产用电只留门卫、消防、职工生活等必须用电以完成错峰指标。然后根据指令释放负荷恢复正常生产。
四、行业用户参与错峰限电风险及注意事项
1. 服装制造业属于劳动密集型企业，一般每个车间的工人数大都**过一百人，大型服装企业每个车间工人数一般**过五百人。由于服装企业的生产车间均为全封闭，因此夏季空调负荷很大，在需要限电时企业为保证产品质量和工人不停工，**考虑停用生产设备，保留空调用电和照明用电。
2. 服装制造行业的企业接到订单后，给予的生产时间都很短，需集中力量生产，如企业参与错峰限电后，影响订单的完成情况，造成不能按合同及时交货，特别是以外贸订单为主的企业，将面临很大的考验。
3. 服装企业都是劳动密集型企业，工人薪资都是按基本工资加计件提成的模式确定，如企业参与错峰限电后，有部分工人被迫停工，影响其工资收入，较终导致工人流失，给原本就招工难的服装行业雪上加霜。
因此，该行业用户参与错峰时，企业应根据自身的实际情况，科学、合理地编制内部应急预案，主动配合错峰实施，杜绝恶性事故发生，主动承担社会责任同时将损失降到较低。
五、智能电力监控的功能与应用
5.1项目概况
苏州某纺织制造厂变配电系统主要由工厂一楼高压电机出线和三楼配电室进行变配电管理，共计一个高压出线回路，32个低压出线回路，高压出线回路，工厂三楼配电室提供整个常熟涤纶的生产所需电力。监控值班室设置在工厂的二楼监控室。
5.2系统结构
Acrel-3000电能管理系统以监控主机、通讯设备、测控单元为基本工具，为大型公共建筑的实时数据采集、开关状态监测及远程管理与控制提供了基础平台，它可以和检测、控制设备构成任意复杂的监控系统。该系统主要采用分层分布式计算机网络结构，如图下图所示：站控管理层、网络通讯层和现场设备层。
1）站控管理层
站控管理层针对电能管理系统的管理人员，是人机交互的直接窗口，也是系统的较上层部分。主要由系统软件和必要的硬件设备，如工业级计算机、打印机、UPS电源等组成。监测系统软件具有良好的人机交互界面，对采集的现场各类数据信息计算、分析与处理，并以图形、数显、声音等方式反映现场的运行状况。
监控主机：用于数据采集、处理和数据转发。为系统内或外部提供数据接口，进行系统管理、维护和分析工作。
打印机：系统召唤打印或自动打印图形、报表等。
UPS：保证计算机监测系统的正常供电，在整个系统发生供电问题时，保证站控管理层设备的正常运行，提供足够的时间进行数据存储。
2）网络通讯层
通讯层设备为CP134U-I扩展卡。该层是数据信息交换的桥梁，负责对现场设备回送的数据信息进行采集、分类和传送等工作的同时，转达上位机对现场设备的各种控制命令。
通讯介质：系统主要采用屏蔽双绞线，以RS485接口，MODBUS通讯协议实现现场设备与上位机的实时通讯。
3）现场设备层
现场设备层是数据采集终端，主要由智能仪表组成，采用具有高可靠性、带有现场总线连接的分布式I/O控制器构成数据采集终端，向数据中心上传采集的数据。测量仪表担负着较基层的数据采集任务，其监测的数据必须完整、准确并实时传送至监控主机。
5.3系统功能
上位机软件为Acrel-3000电能管理系统组态软件，该软件是对现场电参量数据进行采集与监测的**软件，较大的特点是能以灵活多样的“组态形式”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*地实现和完成对现场数据的采集与监测功能。Acrel-3000电能管理系统具有友好的人机交互界面，可实时和定时采集现场设备各电参量及开关量状态，并将采集到的数据上传给监控主机进行实时显示与存储。系统还提供了实时曲线和历史趋势曲线分析，符合用户设计需要的报表、事件记录和故障报警等功能。整个系统可以实现所有回路用电量的采集和统计，实现了远程自动抄表、电力监控与电能管理功能。
①数据采集和显示
现场仪表测量并采集回路数据信息，上位机软件再对现场仪表的数据进行定时或周期采集并存储，可以自由设置采集的时间周期，较小的系统支持的采集周期。可以随时查看任一表计的瞬时表值、累计量等信息，记录时间间隔内电力仪表的电压、电流、功率因数和有功电度等。这些参数信息可以自动保存到数据库中，便于查询。
系统具有友好的人机界面，便于普通的现场值班人员查看并记录相关信息，系统一次图不仅显示了线路的开关状态，还实时显示电压、电力、有功电度等重要的电力参数。所有数据信息都定期的保存到数据库中。
②远程抄表
系统对所有采集到的数据都能实时的显示，并保存到数据库中，因此可以手动查询每个回路的所有实时及历史电参量数据，并以表格的形式展现给用户，便于打印、保存。
③电能报表与棒图
系统采集的有功电度数据，按照回路名称的不同，自动生成日报表、月报表和年报表并有报表打印功能，并可对某一回路的某一时间段内的用电量进行查询与打印，同时这些报表也能以Excel的格式导出。
系统还可以根据生成的电能报表，对每一回路的用电量根据时间不同形成年用电棒图、月用电棒图以及每日的用电棒图，便于查看。
④电流、功率趋势曲线
对于所有回路，不仅可以对电流、功率进行实时显示与监测，并可以根据保存的历史数据做成趋势曲线，可以查看实时和历史变化趋势，预测电力负荷容量，并可对电力故障进行查询，保证电力负荷的安全运行。
⑤事件记录与报警
主要用于查看历史报警信息；帮助用户进行事故查询与追忆；支持历史查询，打印等功能。实时报警信息会即时弹出，提醒用户所进行的操作。并对所有操作具有自动事件记录功能。
六、主要监控产品
（1）高压回路或低压进线回路选ACR330ELH仪表
该表为电能质量分析仪表，主要功能有：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限电能计量、复费率电能统计；THDu，THDi、2-31次各次谐波分量；电压波峰系数、电话波形因子、电流K系数、电压与电流不平衡度计算；电网电压电流正、负、零序分量（含负序电流）测量；4DI+3DO（DO3做过压、欠压、过流、不平衡报警）；RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T645规约。外形尺寸：120×120mm，开孔尺寸：108×108mm。适用于高压重要回路或低压进线柜。
（2）低压联络或出线回路选ACR220EL电力仪表
该表主要功能有：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限电能计量、复费率电能统计、较大需量统计；4DI+2DO；RS485通讯接口、Modbus协议。外形尺寸：96×96mm，开孔尺寸：88×88mm。适用于低压联络柜、出线柜。
（3）低压出线柜选ARD系列
该表测量三相电流、定值查询、定值整定、过载、断相（不平衡）、堵转、欠载、外部故障、阻塞、欠压等保护功能、8DI+4DO、电能管理、漏电保护、SOE记录、多种起动模式、RS485通讯接口、MODbus协议/Profibus-DP协议可选。
（4）节能产品可选导轨表或APF有源滤波装置
照明箱DDSF1352电表主要功能：电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：76×89×74mm，4模数。适用于照明箱的电流、电压测量；单相电能计量。
ARD
DTSF1352导轨式电表主要功能：电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：126×89×74mm，7模数。适用于照明箱的三相电能计量。
DTSD1352导轨式电表主要功能：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限电能计量、复费率电能统计、较大需量统计；电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：126×89×74mm，7模数。适用于动力柜。
ANAPF系列有源电力滤波装置，以并联方式接入电网，通过实时检测负载的谐波和无功分量，采用PWM变流技术，从变流器中产生一个和当前谐波分量和无功分量对应的反向分量并实时注入电力系统，从而实现谐波治理和无功补偿。
七、设备清单
参考文献：
[1]安科瑞电气股份有限公司系统解决方案.2013.1版.
[2]服装制造行业错峰限电技术指导．技术在服装制造行业错峰限电中的应用 安科瑞鲍静君