高校建筑能耗监测系统的应用 安科瑞鲍静君
1、概述
我国大型公共建筑年耗电量约占全国城镇总耗电量的22%，每平方米年耗电量是普通居民住宅的10～20倍，是欧洲、日本等发达国家同类建筑的1.5~2倍。
对于大型公共建筑而言，能源消耗情况非常复杂，只有实现建筑内各耗能环节分项计量，才可能真正把实际各类系统的能耗状况和合理的用能配额相比较，确定差异的形成，明确进一步的节能潜力。
2、校园建筑能源管理系统的可行性分析
高等院校作为大型公共建筑中的一部分，它集教学、科研和生活于一体， 占地面积大、建筑类型多、功能划分区较复杂，既是人口的高密度区，更是重要的能源消耗大户。
我国绝大多数高等院校人工管理电、水、气的消耗量。原始的人工抄表存在多种问题，如：数据不精确、实时性差、工作量大、管理难度大等。能耗管理部门也没有其他直接有效的手段，获取重点的实际能耗信息，也无法进一步提出节能方案，有效降低能耗。因此更无法对不同类别耗能进行有效正确的分析，因此制定针对性的能耗管理政策尤为关键。
建筑能耗分析管理系统不仅可以分析高耗能设备能耗产生的主要原因，还可以分析办公、生活能耗与气候、人数以及建筑结构之间的关系，即使用一个平台对不同建筑类型建筑的节能潜力进行研究，同时跟据数据分析结果选择正确的节能方法以达到节能的目的。
3、Acrel-5000能耗分析管理系统的优势
1）保证面积庞大的供配电系统安全可靠供电；
2）了解供电隐患，快速定位故障和排除故障；
3）实时准确统计学校各部门、院系和宿舍的用电量，做到独立核算；
4）提高了管理效率，减少人力成本。
4、Acrel-5000能耗分析管理系统在电气工程学校项目中的应用
4.1项目概况
电气工程学校一校五址，建筑面积21133平方米，校内建有行政楼、教学楼、实验楼、师生餐厅、宿舍楼、体育楼等楼群。变配电室是校园内的电力**采用电度表实现电度计量，其运行设备的情况依旧依靠人工巡查，远远不能满足安全运行的要求，当出现运行故障、设备老化等情况时，无法及时进行故障隔离使得停电范围不会扩大。对于实验室等重要用能部门的电能质量也没有监测和**。需要通过建立实时监控来保证用能系统的安全运行。同时北方院校的供热系统同样需要运行的安全监测，可增加智能控制，通过电动调节阀的开闭来控制热量，合理用能。
安科瑞电气股份有限公司承接电力工程学校能耗管理系统的设计、施工及调试。主要完成对现场能耗的集中采集及分析，通过对用户端所有能耗进行细分和统计，以直观的数据和报表向管理人员或决策层展示各类能源的使用消耗情况。
4.2 组网结构
系统采用分层分布式设计，由站控管理层、网络通讯层、现场设备层组成。可以实现远方的监视控制，也能够在上层故障时不影响本层和下一层的功能。
各个结构层的具体形式如下：
1）站控管理层
软件管理层针对配电系统的管理人员，是人机交互的直接窗口，也是整个系统的较上层部分，该层主要由系统软件和必要的硬件设备组成，包括监控主机、打印机、UPS电源。系统软件具有良好的人际交互界面，对采集的现场耗电、耗水、耗气等数据信息经过计算处理，并以图形、数显等方式反映现场的运行状况。
2）网络通讯层
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、分类和存储等工作的同时，转达上位机对现场设备的各种控制命令。
3）现场设备层
现场包括ACR多功能电力仪表、终端电能表计、水表、气表、集中供冷供热表，负责采集电力现场的各类数据和信息状态，发送给网络通讯层，同时也作为执行单元，执行网络通讯层发出的指令。
监测建筑数据展示应包括：
4.3 设备参数列表
4.4系统功能及软件界面
系统对电、水、气能耗实时采集、动态监测、能耗分析、成本核算、绩效考核和报表发布等功能，实现校园能源管理精细化，促进节能降耗。
4.4.1 能耗数据对比分析
概要显示当月、当年用能情况，并与往年同期用能进行对比，掌握用能趋势。实时动态监测企业当前用电功率。通过设置每日用能的计划值，实现用能的定额管理，并与实际用能进行对比，对可能出现的用能突增进行预警，全局掌握校园的用能情况。
4.4.2趋势曲线分析
通过用能趋势图，快速定位校园用能负荷高峰，并逐级定位高峰能耗的组成，为移峰填峰找到依据。
4.4.3 分类、分项统计能耗数据
将各类能源监测数据（水、电、气）接入到一套能耗监测系统中，改变原来多头管理的局面，清晰的掌握校园能耗的构成，避免能耗改造过程中降低某一类能耗的同时增加了其他类能耗的支出。
4.4.4 能耗数据综合分析
将校园能耗数据同建筑面积、校园人口、环境温度等参数进行综合比较，系统根据需要建立不同的能耗分析模型，科学、准确的判断一个校园能耗的高低，从而综合分析影响能耗的因数。
4.4.5能耗数据的实时监测
系统具备良好的开放性，可对用户需求进行功能扩展，在基本分析功能的基础上为用户定制个性化报表和分析模板；系统具有报警管理功能，负责报警及事件的传送、报警确认及报警记录功能以便告知用户或供用户查询；系统具备权限管理、系统日志及系统参数设置等功能。
5 结束
能源管理监控系统分别对校园中各个分散分布的区域配电所进行独立测量，能耗管理部门实时掌握高校各区域的水电数据及其能耗负荷的变化，从而及时做出可行性调整，制定相应的管理制度 ，为进一步节能改造提供准确的数据支撑，让系统真正运行起来起到节能的效果。
参考文献：
［1］ 上海安科瑞电气股份有限公司产品手册.2013.01.版
[2] 基于ACREL-5000的大型公共建筑能耗监测系统设计与应用[J.]
电力需求侧管理及智能电力监控技术在**制造行业错峰限电中的应用 安科瑞鲍静君
一、 行业用户用电特性分析
**制造业以卷烟生产企业为主，包括烟叶复烤企业及生产过滤嘴的企业。该行业是国家税收重点行业，年税收为国家总税收的10%以上，因此，该行业的生产任务为国家统一调配，按计划生产。
负荷特性：连续、平稳，三班运转，功率因数90%在以上。生产线设备负荷与用于生产的空调负荷比例为1:1；5～10月份开启空调，用于生产，以保证恒温、恒湿的生产环境，用电负荷增加一倍。
生产方式：每月根据上月下达的生产计划安排生产，1～8月份生产计划较少，9～12月份由于节日较多生产计划相应增多。比例为5:7。
**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. 该行业用电负荷大且为连续性负荷不受时段、季节、气候影响。
2. 该行业一般为**力保的利税大户，每月生产任务必须完成，因此不能停生产线。因此紧急错峰能力弱，不适宜参与快速错避峰。
3. 办公空调、厂区道路照明和厂区景观照明可以参与紧急错峰限电，但负荷比重较小。
4. 在保证生产车间温度保持在26℃~30℃，湿度保持在60%~70%。夏季10%~30%生产用空调负荷可以分批、短时参与错峰限电，停电时间一般不**过两小时。
5. 根据该行业生产性质分析，次行业可以采用集中生产，集中检修的方式，提前完成本月生产任务，月末剩余天数避峰。
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：
该行业的非生产负荷性负荷可以参与阶段性错峰，如：办公空调、照明、食堂(非进餐时间)、厂区道路照明、厂区景观照明。通过减少此类负荷来参与错峰工作。
2. 紧急错峰：
该行业不适宜参与紧急错峰。
（二）缺口等级III级参与方案
1. 阶段性错峰：
该行业的非生产负荷性负荷可以参与阶段性错峰，如：办公空调、照明、食堂(非进餐时间)、厂区道路照明、厂区景观照明。通过减少此类负荷来参与错峰工作。
2. 紧急错峰：
该行业不适宜参与紧急错峰。
（三）缺口等级II级参与方案
1. 阶段性错峰：
缺口等级为II级时，在以上减少非生产负荷的基础上，可以适当将20%的生产用空调负荷，采用间歇式停用的方式参与错峰，如：制冷机组（离心式）间歇性停用。（温度**30℃开；低于26℃关停）
2. 紧急错峰：
该行业不适宜参与紧急错峰。
（四）缺口等级I级参与方案
1. 阶段性错峰：
缺口等级为I级时，停用非生产负荷，并且在II级的基础上再增加10%的生产用空调负荷，采用间歇式停用的方式参与错峰，如：制冷机组（离心式）、空调器（送风）间歇性停用。（温度**30℃开；低于26℃关停）
2. 紧急错峰：
该行业不适宜参与紧急错峰。
四、 行业用户参与错峰限电风险及注意事项
1. 为了保证完成统调生产任务，生产线在生产过程中不能停电。
2. 生产用中央空调主机全部停或停用时间**过2小时会造成生产环境的温度湿度**出标准，影响产品质量。
3. 生产环境温湿度标准为：温度在26℃至30℃之间；湿度在60%至70%之间。
因此，该行业参与错峰时，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，将损失降到较低。
五、智能电力监控的功能与应用
陕西某卷烟厂的供电由供电局引两路110kV供电线路至总降变电所，通过25000MVA的1#主变和31500MVA的2#主变降压至10kV并配出到厂区各个生产线配电室。如今生产线投产，供电线路正常运作，1#主变未投，靠2#主变为整条线的生产供电。
5.1网络结构拓扑图
整个系统采设计了一套Acrel-3000电能管理系统，采用分层分布式结构，即现场设备层、网络管理层、监控管理层，如下图所示：
本项目中，通过在总降10kV开关柜上安装上海安科瑞电气股份有限公司ACR320E系列多功能电力仪表来实现变电所各回路电度计量。另使用与开关柜同型号仪表组电度表屏用以计量新线110kV进线、1#2#主变高压侧及低压侧的正向有功、无功电度。此外，在各生产线配电室10kV开关柜上也装有ACR320E系列仪表。电能管理系统先期只将总降配电室和中控室的多功能仪表进行后台组网，即现场设备层由总降配电室和中控室内所有ACR320E系列仪表组成。现场仪表采用屏蔽双绞线RVVSP2*1.0作为RS485总线的传输介质，每一根485总线上挂接的仪表设备数量不**过20台，线路总长不**过100米，以此保证数据链路的稳定性。本项目中，24块仪表分成2路，即配电室的19台仪表和中控室的5台仪表分别通过一根485总线与后台系统通讯。
5.2系统功能
根据现场对系统需求，安科瑞电气股份有限公司针对性的对该项目系统界面及功能进行了设计，具体显示界面如下：
① 系统主界面
生产线10kV配电系统接线方式为三相四线，两路进线之间设有母联。以一次图形式直观动态显示电压、电流、功率、功率因数及频率等监测信息，满足了现场需求。总降配电系统一次图如下：
②报表统计
系统采集的有功电度数据，按照回路名称的不同自动生成报表并有报表打印功能，可对某一回路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。
③趋势曲线
负荷趋势曲线提供了某一段时间内该回路的负荷趋势，方便管理员掌握用电设备的运行状况，通过对历史数据的分析，可为今后新增部门和设备提供科学的用电量估算；通过分析大楼内每个设备的用电量和设备的品牌、型号、使用年限等设备详细信息来评估设备用电是否合理；通过大楼内各部门用电同比、环比的报表分析，得出各设备用电是否合理； 对某一节能设备或技术在使用一定时间后，评测的节能效率是否与当初的预计一致。
④遥控功能
控制回路通断：登录较高权限用户，可以实现对现场断路器实现分合闸控制，查看综保定值，在线修改定值等功能。
⑤事件报警
事件报警：越限报警内容，报警数值，值班人员以及动作类型和时间，同时对各监测点的通讯状态或异常用电进行报警，便于管理人员实时掌握并分析配电运行情况。如下图所示，可以自动记录事件发生的时间和回路名称，以便用户查询，追忆故障原因。
⑥遥信功能
显示高压各回路遥信状态，通过画面颜色的变化（红色表示合闸状态、绿色表示分闸状态、灰色表示手车分离状态）可以看到现场断路器运行状态、手车位置、接地刀闸状态、弹簧储能状态等。
⑦通讯状态
系统监控现场所有点的通讯状态，红色绿色分别代表仪表通讯正常和异常，便于用户查看各监测点通讯状态。
5.3运行效果
1.实时性：项目实施前现场数据主要靠人工抄录，1天2次，各回路时间不统一，可对性差；项目实施后后台实时采集，50mS一次，可比性强。
2.存储管理：项目实施前纸质记录，查询时翻箱倒柜，年久易失，数据日期管理复杂；项目实施后计算机存储，数据可存储10年以上，查询速度快，只需鼠标一点，*准确。
3.整体分析：项目实施前各个时段用电量以及各个回路用电横向和竖向无法对比；项目实施后通过曲线分析，峰平谷时段对比明显，便于削峰填谷，而且三相用电的调配相对均衡。
4.数据安全：项目实施前分散管理，手工定时备份，对连续数据备份不准确；项目实施后同步集中管理，系统自动即时备份。
5.设备管理：项目实施前各个抽屉柜回路通断电要现场去查看，断电时无报警；项目实施后通过后台一次系统图清晰展示，回路跳闸时，后台自动记录，并伴随自动报警。
6.负荷调整：项目实施前调整三相回路负荷平衡比较困难；项目实施后实时管理分配各个回路电流任务，使三相电流平衡，日志记录。
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ACR320EL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。
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]**制造行业错峰限电技术指导.
电能管理系统改造方案介绍 安科瑞鲍静君
摘 要 采用Acrel-3000电能管理系统对某厂配电系统进行了改造，实现了各配电回路的远程监控和集中管理，能自动计算出单位产量能耗用电，为科学的节能管理提供了依据。介绍该电能管理系统的结构、功能及软件实现。特别介绍了ADL导轨式安装电能表的特点及其通讯电缆的接线方式。
关键词 电能管理系统 电能表 导轨式安装 RS485通讯
1 前言
为响应**制定的一系列促进节能减排的政策措施，全国各行各业都积极采取措施节能节电，取得了积极进展。然而电力节能方案的实施、用电节能设备的广泛采用是否真的起到了节能的作用，必须用合理的考核管理机制进行科学的判断。
某公司厂房共有一期配电房1个、二期配电房2个，提供全厂的生产、照明、空调用电及其它用电等。原有配电系统只在全厂总进线回路上装有电力部门的电度表，管理者只能从每个月电力部门提供的用电总数值得知本月电量能耗，至于电能都用在了什么地方，有没有电能浪费，节能措施有没有收到应有的效果，企业管理者不是很清楚。亟待一个合理的电能考核机制来实现电能的科学管理。
针对以上问题，并根据客户要求，对原有配电系统进行了改造，改造后的Acrel-3000电能管理系统，不仅能实现对各配电回路的远程监控和集中管理，而且还实现了根据各监控设备进行分类电能统计、复费率电能统计、8小时班组能耗统计、日能耗统计和月耗电能统计，自动计算出单位产量能耗用电，为科学地节能管理提供了依据。
2 项目分析
该电能管理系统是在原有变配电柜基础上增加带通讯接口的电能表，将电量参数远传至监控中心，从而实现集中远程监控和管理的一个低压配电改造项目。
要实现对每一台机器用电量的统计，及对每一出线回路电能数据的采集，必须在每一出线回路安装一块电能计量表，但目前市场上的电能计量表普遍采用传统的壁挂式安装方式，体积大，安装不方便。该公司原有配电系统的配电柜均为抽屉柜，在原有抽屉柜面板上已经安装了电流表和信号指示灯，安装空间非常狭小，不可能在抽屉面板上增加任何传统的电能表。抽屉内部安装的元器件已非常紧密，再安装传统电能表或数字式电力网络仪表都是不可能的。
如果从每个回路互感器引出测量线路，重新制作新电表箱放置在配电柜旁边，将电能表集中安装在电表箱里呢？这种方法会使电表箱到配电柜的线缆特别多，鉴于该公司厂房配电回路数较多，安装接线比较麻烦，且以后的检修维护也会比较困难，增加如此多的电缆线和新增加的电表箱也会增加了用户的经济成本，因此这种方法是不可取的。
综合考虑仪表安装、调试及后期维护等多种因素，较终选用ADL系列导轨式安装电能表。该系列仪表可以很方便地安装在配电柜背面的导轨上，不需要对配电柜重新开孔，也不用将大量的电缆引出到新的电表箱中，安装方便又节约了大量电缆和电表箱的成本，而且这种一对一式的测量，对于将来系统的检修维护也是非常清晰方便的。
ADL系列导轨式电能表均带有标准的RS485通讯接口，采用Modbus RTU标准通讯协议，通过仪表的通讯接口将仪表组网，较终实现在监控中心进行集中监控和管理。
3 ADL导轨式安装电能表
ADL系列导轨式安装电能表包括单相复费率电能表和三相复费率电能表。该系列电能表体积小巧，外形美观，结构模数化，可安装于35mm标准导轨上。图1为ADL系列仪表外形及安装方式。
图1 ADL系列仪表外形及安装方式
ADL系列导轨式安装电能表支持一次接入和二次接入两种接线方式，不仅可用于低压配电柜，还可以用在终端配电箱，电流表较大规格为20(80)A。
ADL系列导轨式安装电能表不仅在外形和接线上具有灵活方便的特点，而且在功能和性能上也具有下述优点：
a. 计量正反向有功电量，功率潮流方向自动识别并指示，具有4费率及总电能计量功能。
b. 分时复费率功能，日时段可设4费率、8时段，时段内的较小时间单位为1min。
c. 按月冻结转存功能，可统计上上月、上月及本月的总用电量和分时电量，用于月用电费的结算及监测用电情况。
d. 实时监测功能，测量显示电压、电流、频率、功率、功率因数。
e. 输出接口。带光电隔离的电量脉冲数据输出接口，可用于校表和实现DCS（集散控制系统）远传，RS485通讯接口可以实现远程抄表和负荷监测。
4 系统构成
该电能管理改造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，如图2所示。
图2 电能管理系统结构示意图
仪表之间采用屏蔽双绞线进行总线型连接，通过通讯扩展卡进入监控主机。图3所示为ADL仪表通讯电缆接线示意图。通过对配电系统的二次设备进行组网，经由通讯网络到达监控主机，将分散的配电所的现场设备连接为一个整体。
图3 ADL仪表通讯电缆接线示意图
监控中心配置监控计算机、打印机、UPS电源及必要的辅助设备，Acrel - 3000电能管理软件完成对各台电能表的远程采集和数据的集中处理。
5 软件实现及系统功能
5. 1 软件实现
上位机软件采用Acrel - 3000组态软件，通过软件进行设备配置、数据库变量配置、界面设计等，完成了在上位机软件监控及电能管理的功能。
5. 2 系统功能
整个系统实现了对一期配电房和二期配电房所有回路电能的采集和统计，远程自动抄表、电能统计等功能，包括：
a. 远程电量参数测量，包括实时电能、分摊电能、总电能以及按各监控设备统计电能。
b. 运行状态监测，通讯异常报警提示。
c. 用户管理，不同用户权限具备不同操作功能，各级权限具有口令修改操作功能和权限防误功能。
d. 电能报表，实现了所有电能报表的按时间查询，分为分钟、小时、班组、日、月五种类型，包括总、尖、峰、平、谷复费率电能及用电量。
e. 电能柱形图，任意回路电能实时电能柱形图显示，包括总、尖、峰、平、谷电能。
f. 汇总表，所有监控设备电能汇总，按时间段查询，自动计算任意时段用电量。
g. 单位能耗，自动计算单位产量能耗，并可打印及导出。单位产量能耗计算界面如图4所示。
h. 打印及导出，所有报表及界面均可打印，或以EXCEL、WORD格式导出。
图4 单片能耗报表
6 结束语
该系统已调试完毕并验收，目前已成功投入运行，系统软件画面刷新时间小于1s，遥信处理准确率大于99.9％，整个系统运行安全、稳定，较大地方便了用户的使用。
ADL导轨式电能表的应用对于准确计量电能、节省安装空间、节约工程成本，均具有现实意义，对比传统的壁挂式电度表，其体积小巧、外形简洁、接线方式灵活、安装方便，为电能管理系统的改造简单化、集中化提供了方便。
该系统完全按照客户要求对各个监控设备进行分别计算，计算共同设备的电能分摊数及单位产量能耗数，并做了分钟、小时、日、月4种类型报表。方便的电能数据库报表较大地减少了用户进行电能抄表人力的投入，为管理者进行内部计量考核提供了直观的依据，为进一步的节能管理及节能措施的实施打下了基础。
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. . 中国电力出版社， 2007
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