电能管理系统软件

安科瑞多用户计量箱在高校用电计量改造方案 安科瑞鲍静君

摘要通过方案对比选取的用电计量方式，结合终端电子计量装置，实现在不改变既有建筑配电系统前提下将通讯数据在RS485信号与无线信号之间互转，完成普通RS485设备的无线通讯。在末端电子表计量配置ADF300多用户计量箱对单三相混合负载进行计量，对用电能耗数据分项收集，有效降低了建设成本和改造工程量。

关键词 无线通讯ADF300多用户计量箱 无线通讯

引言

    在我国，大部分高等院校的建设和运行资金多由**提供，故院校应率先响应国家的政策和要求。完善校区内教学楼、办公楼、实验楼等公共建筑的能源计量体系，对现有系统进行节能改造，不仅可以减少资源浪费、实现用能的定额管理、分级配置以及进行能效公示评比，还可以通过挖掘能源数据来改进物业管理方式、直接联动控制用能设备节电。

    高校能源计量体系的建立，可为国家管理部门了解大学的用能分布结构、宏观调整能源配置和能源政策调整提供数据支持。ADF300多用户计量箱在末端配电中可灵活配置单、三回路计量，有效降低了建设成本和改造工程量。本文以某高校改造项目为例，讲解多用户计量箱在高校用电计量改造中的应用。

1 项目概况

    本项目是一幢建设于 80 年代的教学实验楼。通过对建筑的勘查和业主需求的了解，在项目前期对项目的各个方面进行了方案对比，确定整体改造方案，并在实施过程中结合ADF300多用户计量箱，较终实现整栋建筑的精细化分项用电计量。

    通过查阅资料和现场勘查，该楼分为 Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ四段，其中Ⅱ段、Ⅲ段六层、Ⅳ段五层、Ⅴ段地上地下各一层，使用功能包括: 办公、实验、教学等。Ⅱ段首层设一处总配电间，两路低压进线供全楼及部分地摇楼用电，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段每层设有电气竖井服务于本区域，Ⅴ段电源由总配电间或首层Ⅱ段电井引来。各区域的使用功能为: Ⅱ段 1 层为集中实验区( 技术中心) ; 2 ～ 6 层为学院内教授、研究生的办公、实验室。Ⅲ段 1 层为学院行政办公室; 2 ～ 6 层为学院教学实验教室、教授办公室。Ⅳ段 2 层为集中实验区( 技术中心) ; 1、3 ～ 5 层为学院内教授、研究生的办公、实验室; Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段每个房间内均设有配电箱，但由于后期改造房间分拆及合并，导致配电系统混乱，且后期根据使用需要还会发生房间调整; 办公室、实验室内设备多数为插座设备，少数动力设备均由**回路供电。Ⅳ段五层东侧图书馆分馆，Ⅴ段一层包括计算机机房，文体活动中心，公共阶梯教室，地下一层为人防区域，五个区域均有独立的配电箱供电。

    由于楼宇建设年代久远，从属关系复杂，该建筑仅在总配电间设置一块电能表总体计量学院用电能耗。随着学院管理分级、科研经费分摊的内部需求及高校对高校能源监管平台的建设要求，需要在楼内进行既满足学院计费需要，又符合《高等学校节约型校园建设管理与技术导则》要求的用电计量改造工程。

2 项目各项方案对比

    了解项目现状和业主需求后，再通过对国家规范、导则等文件的学习，本方案分别从计量方式、改造方式两个方面进行了优化对比。

 2.1计量方式

    按照《高等学校节约型校园建设管理与技术导则》要求，学校计量深度应达到院、系、部、处的目标要求，导则明确“建立校园建筑及用能设施分类能耗统计或分项能耗统计制度”，即分类和分项都符合导则规定的基本要求。表 1 为两种计量方案的比较。

表1分类计量和分项计量的比较

    通过图表列出分类和分项的对比资料可见，两种方式都可以满足本次改造的目的，只是分项比分类得到的能耗数据更多，计量精细化程度更高，对后期改造适应性也更好，但改造工程量大，需求经费多。

2.2改造方式

    采用分项计量的效果明显优于分类计量，但高昂的改造经费和巨大的工程量也使业主有所顾虑，寻找降低成本的改造方法成为影响改造效果的关键。经过对无线通讯技术和电子计量设备的了解，末端选用带计量功能且符合精度要求的ADF300多用户计量箱、AEW110无线计量模块等电子设备，通过无线网络将计量数据上传，最后经过软件编程实现各种管理计量的需要。这种创新型用电计量改造方式存在降低改造成本、减少工程量的可能性，表 2 为传统电能表技术与无线电子表技术的对比。

表 2传统电能表与多用户计量箱对比

    ADF300多用户计量箱的改造方案不需要对现有配电线路进行更改，减少了大量的施工作业，为了减少面板的安装数量将各个房间面板数量标准化，减少计量插座设备，进一步降低造价。

    经过方案对比并结合本项目实际需求确定了较终的设计方案: 在楼内办公室、教学实验教室，实验室采用无线电子表技术的分项计量法，并在户内配电箱设置导轨式电能表，作为末端电子表的二级计量装置; 单独功能区如图书馆分馆、计算机机房，文体活动中心，大型公共教室和大功率用电设备按分类计量法在配电箱和控制箱内设置导轨式电能表计量。

3 项目实施方案

    这种创新的改造方案降低了项目的实施难度，由于避免了大量的拆改工作，减少线路重新敷设，使得设计、施工的工作量都得已降低。通过前期对建筑的勘查，在项目的实施过程中将计量点位设置分为配电箱电能表和末端电子表两部分。

    安科瑞企业电能管理系统依据住建部《国家机关和大型公建能耗监测系统技术导则》、**《电力需求侧管理平台建设技术规范》和企业节能计量相关标准，帮助用户梳理用电去向，建立符合用户实际的用电计量体系，使其用电透明化，加强用电管理，为后续节能改造提供可靠的数据支撑。系统解决方案有Acrel-3000电能管理系统、Acrel-3100商铺电能管理系统、Acrel-5000建筑能耗监测系统、Acrel-PVMS预付费电能管理系统。相关产品有AEM系列电能计量表、DDSD/DTSD1352系列电能计量表、ADF300系列多用户计量装置、AEW110无线通讯转换器等。

    变电所中所用的计量部分是供电公司的壁挂表，或者配合系统具有国网性能指标的壁挂表；楼层与总进线场合可以配壁挂表，也可以用AEM系列及ADL300；到了终端用户，根据其不同的个性化需求，可以选择不同仪表，导轨表，预付费，多用户等。

    配电箱电能表计量设置: 整栋建筑总配电间两路进线每路设置一块AEM96电能表; 每层电气竖井内设置一块层电能总表; 每个房间的总配电箱内设置一块DTSD1352导轨式电表; 部分大型单相设备 ( 20A 以上) 及三相用电设备分别设置DDSD1352和DTSF1352导轨式电表; 独立功能区如计算机机房，文体活动中心，公共教室，人防区，图书馆分馆，大会议室的配电总箱分别设置AEW110无线通讯模块。

    末端电子表计量设置: 办公室、实验室、教学实验教室，按房间数量设置ADF300多用户计量箱。ADF300系列多用户计量箱是一种电子式智能化多用户电能表，设计采用一户一计量方案，具有计量准确度高、户与户之间计量互不干扰、集中安装、集中管理优势。较大可以同时计量12户三相、36户单相、单/三相回路混合用电状况，其接线示意图如下图所示。

    计量系统组网形式: 采用《安科瑞高校电能管理系统》，它是安科瑞公司较新研制的与预付费系列电能表配套的售电管理系统，以电能管理软件和集中抄表软件为主，包括计算机、通讯管理机、打印机等设备在内的集成系统，通过校园网传输至学校能源计量监管平台进行数据分析。该系统主要分为三层，其中底层为ADF300系列多用户计量箱，中间层为通讯管理机，上层为客户端PC、服务器及相关外设（如打印机、短信猫等），系统拓扑图如下图所示。

4 结束语

     目前我国的大中城市中存在大量高耗能的既有建筑，它们的功能、年代、形式各有不同，节能改造方式也应根据使用需要、现场情况不同做出有针对性的技术方案并择优使用。本文简述的计量改造项目就是先选取较优的计量方案，再运用的技术产品，从而做出有针对性的实施方案，这种方式既满足了业主需要，又降低了改造成本。

参考文献

［1］*人民共和国住房和城乡建设部，教育部． 高等学校节约型校园建设管理与技术导则 ( 试行 ) ( 建科〔2008 〕89 号 )［Z］． 2008．

［2］*人民共和国建设部，财政部． 关于加强国家机关办公建筑和大型公共建筑节能管理工作的实施意见(  建科〔2007〕245)［Z］． 2007．

基于Acrel-5000的大型公共建筑能耗监测系统设计与应用   安科瑞鲍静君

　　摘 要 介绍了一种新型能耗监测系统的设计，系统构成以及系统的功能，Acrel-5000组态软件可以实现对现场设备的系统集成，数据的采集、传输以及存储，从而实现对大型公共建筑的分类、分项能耗计量功能。并以实例验证了该系统的功能与实用性。

　　关键词 能耗监测 Acrel-5000 系统集成

　　0 引言

　　北京市建委和市**2008年01月公布了去年北京实施能源审计的部分北京市国家机关办公建筑和大型公共建筑平均电耗、水耗。其中进行审计的20个单位的国家机关办公建筑，每平方米建筑面积年平均耗电量为85.4度(年平均85.4kWh/m2) ，人均年耗电量为3072.5度(年平均3072.5kWh/人)。国家机关办公建筑和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。

　　一方面，我国大型公共建筑能耗巨大，另一方面，我们也缺乏直接数据为决策的*提供基础和参考。住房和城乡建设部建科[2008]114号文(2008-06-24)《关于印发国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统建设相关技术导则的通知》实施，对于能耗监测系统作了具体规范。因此，必须建立大型公共建筑能耗监测平台，对全国城市建筑能耗进行实时监测，并通过能耗统计、能源审计、能效公示、用能定额和**定额加价等制度，促使国家机关办公建筑和大型公共建筑提高节能运行管理水平，为**政策的制定和决策提供参考。

　　1 能耗监测系统构成

　　能耗监测系统是指通过对国家机关办公建筑和大型公共建筑安装分类和分项能耗计量装置，采用远程传输等手段及时采集能耗数据，实现建筑能耗的在线监测和动态分析功能的硬件系统和软件系统的统称[1]。其中，分类能耗是指根据国家机关办公建筑和大型公共建筑消耗的主要能源种类划分进行采集和整理的能耗数据，如：电、燃气、水等。分项能耗是指根据各类能源的主要用途划分进行采集和整理的能耗数据，例如，电量分项能耗应当包括：照明插座用电、空调用电、动力用电、特殊用电。

　　1.1 数据采集系统

　　能耗数据采集方式包括人工采集方式和自动采集方式。通过人工采集方式采集的数据包括建筑基本情况数据采集指标和其它不能通过自动方式采集的能耗数据，如建筑消耗的煤、液化石油、人工煤气等能耗量。通过自动采集方式采集的数据包括建筑分项能耗数据和分类能耗数据，由自动计量装置实时采集，通过自动传输方式实时传输至数据中心。

　　1.2 数据传输技术

　　建筑物能耗监测系统的自动计量装置所采集的能耗数据，通过RS485接口，并采用TCP/IP通信协议自动并实时上传给数据中心，以保证数据得到有效的管理和支持率的查询服务，同时数据传输采取一定的编码规则，实现数据组织、存储及交换的一致性。

　　1.3 数据中心

　　数据中心也就是数据库，接收并存储其管理区域内监测建筑的能耗数据，并对其进行处理、分析、展示和发布。数据中心具备设置数据更新的时间间隔，访问历史数据，报警，打印报表，实时与历史曲线，图表的绘制，并预留相应扩展功能。

　　1.4 系统结构

　　Acrel-5000能耗监测系统以计算机、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1所示：站控管理层、网络通讯层和现场设备层。

 图1 系统结构图

　　1)站控管理层

　　站控管理层针对能耗监测系统的管理人员，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。

　　模拟屏：系统通过通讯方式与智能模拟屏进行数据交换，形象显示整个系统运行状况。

　　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。

　　2)网络通讯层

　　通讯层主要是由通讯管理机、以太网设备及总线网络组成。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。

　　通讯管理机：是系统数据处理和智能通讯管理中心。它具备了数据采集与处理、通讯控制器、前置机等功能。

　　以太网设备：包括工业级以太网交换机。

　　通讯介质：系统主要采用屏蔽双绞线、光纤以及无线通讯等。

　　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，向数据中心上传存储的建筑能耗数据。测量仪表担负着较基层的数据采集任务，其监测的能耗数据必须完整、准确并实时传送至数据中心。

　　2 软件实现与系统功能

　　上位机软件为Acrel-5000能耗监测系统组态软件，该软件是对现场能耗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-5000能耗监测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参量及开关量状态，并将采集到的数据上传给数据中心存储。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能耗的采集和统计，实现了远程自动抄表、能耗监测功能。

　　(1) 运行状态监测：通讯异常报警提示。

　　(2) 用户管理：不同用户权限具备不同操作功能，各级权限的口令修改操作功能，具有权限防误功能。

　　(3) 能耗报表、棒图：实现了所有能耗报表的按时间查询，分为日、月、年报表等，任意分类、分项实时能耗棒图显示。

　　(4) 打印及导出：所有报表及界面可打印，或以EXCEL、WORD格式进行导出。

　　3 应用案例

　　上海浦东某图书馆是一个高能耗大型公共建筑，总建筑面积60885平方米,消耗的能源主要为电、水，还有少量的燃气、柴油等，柴油发电机是作为应急电源之用。该项目能耗监测系统采用三层网络结构，各楼层对用电进行分类、分项计量，各楼层及总供水管道、燃气、柴油管道都安装有测量仪表，以实现对能耗的实时采集与监控。所有的智能测量仪表均通过现场总线进行组网，在监控室对现场各回路能耗状况实现集中监控与管理。

　　该项目中采用研祥工业计算机作为监控主机，并附带液晶显示器、打印机等设备，山特UPS电源在整个系统发生供电问题时，可在一定时间内保证站控管理层设备的正常运行。数据采集终端采用高可靠性、带有现场总线连接的智能测量仪表。对于图书馆供配电系统，低压进线回路和重要回路安装ACR系列多功能电力仪表，普通馈线回路及照明配电箱中安装ADL系列导轨式电能表，仪表外形如图2所示[2][3]。

ACR系列            ADL系列：单相、三相

　　图 2 智能电力网络仪表

　　ACR系列多功能电力仪表具有的三相交流电量测量、复费率电能计量、四象限电能计量、2～31次谐波分析、电网质量分析、遥信输入、遥控输出及网络通讯功能，主要用于对电网供电质量的综合监控及电能管理，广泛应用于低压联络柜、出线柜、动力柜等场合。而ADL系列导轨式安装电能表除能采集基本电能参量外还具有体积小巧、安装方便等优点，ADL100单相电能表结构尺寸为4模数，与微型断路器一起安装于照明配电箱中，如图3所示，ADL300三相电能表为7模数结构，主要应用于动力柜中，安装方式如图4所示，较大的方便了用电自动化管理。

 　图3 ADL100应用安装示例

 图4 ADL300应用于动力柜中

　　该能耗监测系统通过现场设备和通信系统提供的传输通道，完成对各用电回路、供水、燃气及柴油管道的数据采集，信息经分析、处理，以报表、图形等多种形式供值班员参考，使值班员能够便捷的掌握系统的运行及能耗状况，及时发现、纠正能源浪费现象，从而进行节能管理。在需要时，还可提供快捷的远程控制手段，完成对设备运行状态的改变以及事故情况的处理。

表1 图书馆能耗统计数据查询表

图5 图书馆能耗监测系统主界面

　　图5为图书馆能耗监测系统的主界面，可以查询各类能耗的使用状况，表1给出了图书馆能耗数据查询表，很清楚的显示出各类能源的使用情况。图6为系统给出的图书馆照明、空调及插座等用电量的饼图，很直观地显示出分项用电量的百分比。而图7是根据系统采集的所有分类能耗数据，由系统绘制出的分类能耗柱形图，可以形象的看出分类能源的使用情况。

　图6图书馆年分项用电量饼图

 　图7图书馆分类能耗对比图

　　5结束语

　　随着能源的日益紧张，节能降耗成为大型公共建筑智能化建设的必然选择，本文介绍的能耗监测系统，不仅能监控供配电系统的运行状况，还能监测用水量、燃气等其它能源的使用状况，并能根据采集到的能耗数据绘制出各种报表、分析曲线、图形等，便于分析研究，为智能建筑的节能技术提供参考。该系统运行安全、可靠，并附有事件记录及故障报警等功能，较大地方便了用户的使用。随着社会的发展，能源的日益紧张，实现对分类能耗、分项能耗的远程监测与管理成为智能建筑发展的必然趋势。

　　文章来源于：《智能建筑电气技术》2009年5期。

　　参考文献

　　1. 关于印发国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统建设相关技术导则的通知. 2008. 6

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

　　3. 蒋伟. 胜利油田物探院低压配电系统改造[J]. 智能建筑电气技术, 2008, 2 (2)