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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. 北京. 中国电力出版社， 2007
