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蘇州市藝術(shù)學(xué)校電能管理系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用
摘要：介紹 蘇州市藝術(shù)學(xué)校電能管理系統(tǒng)，采用智能電力儀表采集配電現(xiàn)場的各種電參量和開關(guān)信號。系統(tǒng)采用現(xiàn)場就地組網(wǎng)的方式，組網(wǎng)后通過現(xiàn)場總線通訊并遠(yuǎn)傳至后臺，通過Acrel-3000型電能管理系統(tǒng)實現(xiàn)配電回路用電的實時監(jiān)控和電能管理。
關(guān)鍵詞：學(xué)校;蘇州市藝術(shù)學(xué)校電能管理系統(tǒng);變電所;智能電力儀表;Acrel-3000型；電能管理系統(tǒng)
0 概述
蘇州市藝術(shù)學(xué)校電能管理系統(tǒng)項目位于江蘇州市高新區(qū)濱河路1859號。本項目為蘇州藝術(shù)學(xué)校電能管理系統(tǒng)。根據(jù)配電系統(tǒng)管理的要求，需要對蘇州藝術(shù)學(xué)校的一個主變電所內(nèi)的低壓配進(jìn)出線回路進(jìn)行電能管理，以保證用電的安全、可靠。
Acrel-3000型低壓智能配電系統(tǒng)，對變配電系統(tǒng)進(jìn)行分散數(shù)據(jù)采集和集中監(jiān)控管理。對配電系統(tǒng)的二次設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)，通過計算機和通訊網(wǎng)絡(luò)，將分散的配電所的現(xiàn)場設(shè)備連接為一個有機的整體，實現(xiàn)電網(wǎng)運行的遠(yuǎn)程監(jiān)控和集中管理。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述
本監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)蘇州藝術(shù)學(xué)校一個變電所的0.4kV配電系統(tǒng)進(jìn)行用電監(jiān)控與電能管理。該系統(tǒng)總計有29只儀表（其中包括2只ACR220ELH，27只PZ72L-E4/KCP），分2條總線，直接拉至變電所值班室監(jiān)控主機，實現(xiàn)總線上儀表與監(jiān)控主機的數(shù)據(jù)連通。
本監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，即站控層，通訊層與間隔層；
如圖（1）所示：
圖（1）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
間隔設(shè)備層主要為：多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表。這些裝置分別對應(yīng)相應(yīng)的一次設(shè)備安裝在電氣柜內(nèi)，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過現(xiàn)場MODBUS總線組網(wǎng)通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場采集。
網(wǎng)絡(luò)通訊層主要為：通訊服務(wù)器，其主要功能為把分散在現(xiàn)場采集裝置集中采集，同時遠(yuǎn)傳至站控層，完成現(xiàn)場層和站控層之間的數(shù)據(jù)交互。
站控管理層：設(shè)有高性能工業(yè)計算機、顯示器、UPS電源、打印機等設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計算機上，集中采集顯示現(xiàn)場設(shè)備運行狀況，以人機交互的形式顯示給用戶。
以上網(wǎng)絡(luò)儀表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通訊協(xié)議，RS485采用屏蔽線傳輸，一般都采用二根連線，接線簡單方便；通訊接口是半雙工通信即通信的雙方都可以接收、發(fā)送數(shù)據(jù)但是在同一時刻只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mbps。 RS485接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾能力增強，總線上允許連接多達(dá)32個設(shè)備，傳輸距離為1.2km。
2 電力監(jiān)控系統(tǒng)主要功能
2.1 數(shù)據(jù)采集與處理
數(shù)據(jù)采集是配電監(jiān)控的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)采集主要由底層多功能網(wǎng)絡(luò)儀表采集完成，實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的本地實時顯示。需要完成采集的信號包括：三相電壓U、三相電流I、頻率Hz、功率P、功率因數(shù)COSφ、電度Epi、遠(yuǎn)程設(shè)備運行狀態(tài)等數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)處理主要是把按要求采集到的電參量實時準(zhǔn)確的顯示給用戶，達(dá)到配電監(jiān)控的自動化化和智能化要求， 同時把采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫供用戶查詢。
2.2 人機交互
系統(tǒng)提供簡單、易用、良好的用戶使用界面。采用全中文界面，CAD圖形顯示低壓配電系統(tǒng)電氣一次主接線圖，顯示配電系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)及相應(yīng)實時運行參數(shù)，畫面定時輪巡切換；畫面實時動態(tài)刷新；模擬量顯示；開關(guān)量顯示；連續(xù)記錄顯示等。
2.3 歷時事件
歷時事件查看界面主要為用戶查看曾經(jīng)發(fā)生過的故障記錄、信號記錄、操作記錄、越限記錄提供方便友好的人機交互，通過歷史事件查看平臺，您可以根據(jù)自己的要求和查詢條件方便定位您所要查看的歷史事件，為您把握整個系統(tǒng)的運行情況提供了良好的軟件支持。
2.4 數(shù)據(jù)庫建立與查詢
主要完成遙測量和遙信量定時采集，并且建立數(shù)據(jù)庫，定期生成報表，以供用戶查詢打印。
2.5 用戶權(quán)限管理
針對不同級別的用戶，設(shè)置不同的權(quán)限組，防止因人為誤操作給生產(chǎn)，生活帶來的損失，實現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全，可靠運行?？梢酝ㄟ^用戶管理進(jìn)行用戶登錄、用戶注銷、修改密碼、添加刪除等操作，方便用戶對賬號和權(quán)限的修改。
2.6 運行負(fù)荷曲線
負(fù)荷趨勢曲線功能主要負(fù)責(zé)定時采集進(jìn)線及重要回路電流和功率負(fù)荷參量，自動生成運行負(fù)荷趨勢曲線的，方便用戶及時了解設(shè)備的運行負(fù)荷狀況。點擊畫面相應(yīng)按鈕或菜單項可以完成相應(yīng)功能的切換；可以查看實時趨勢曲線或歷史趨勢線；對所選曲線可以進(jìn)行平移、縮放、量程變換等操作，幫助用戶進(jìn)線趨勢分析和故障追憶，為分析整個系統(tǒng)的運行狀況提供了直觀而方便的軟件支持。
2.7 遠(yuǎn)程報表查詢
報表管理程序的主要功能是根據(jù)用戶的需要設(shè)計報表樣式，把系統(tǒng)中處理的數(shù)據(jù)經(jīng)過篩選、組合和統(tǒng)計生成用戶需要的報表數(shù)據(jù)。本程序還可以根據(jù)用戶的需要對報表文件采用定時保存、打印或者召喚保存、打印模式。同時本程序還向用戶提供了對生成的報表文件管理功能。
報表具有自由設(shè)置查詢時間實現(xiàn)日、月、年的電能統(tǒng)計，數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報表打印等功能。
3 案例分析
蘇州藝術(shù)學(xué)校電能管理系統(tǒng)共計一個變電所，本項目針對該變電所的0.4kV配電系統(tǒng)進(jìn)行電能管理，從而進(jìn)行遠(yuǎn)程實時監(jiān)控和電能管理。
配電所進(jìn)線回路采用ACR220ELH多功能諧波儀表，其是針對電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公共設(shè)施、智能大廈的電力監(jiān)控需求而設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)電力儀表，它能測量所有常規(guī)電力參數(shù)，如：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電度、無功電度、并可監(jiān)測電壓、電流的2-31次諧波分量等多種電參量。并且本儀表帶有4路光電隔離開關(guān)量輸入接點和2路繼電器控制輸出接點，這些接點可以配合智能斷路器實現(xiàn)斷路器的遙信、遙控操作。該系列網(wǎng)絡(luò)電力儀表主要應(yīng)用于變電站自動化、配電網(wǎng)自動化、小區(qū)電力監(jiān)控、工業(yè)自動化、能源管理系統(tǒng)及智能建筑等領(lǐng)域。
重要配出回路采用PZ72L-E4/KCP系列網(wǎng)絡(luò)電力儀表，該儀表主要測量所有常規(guī)電力參數(shù)，如：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電度、無功電度。
低壓配電二次圖見圖（2），功能有電量遙測主要監(jiān)測運行設(shè)備的電參量，其中包括：線三相電壓，電流，功率，功率因數(shù)，電能，頻率等電參量及配出回路的三相電流；遙信功能實現(xiàn)顯示現(xiàn)場設(shè)備的運行狀態(tài)，主要包括：開關(guān)的分、合閘運行狀態(tài)和通訊故障報警；斷路器變位時會發(fā)出報警信號，提醒用戶及時處理故障。
圖（2）低壓配電二次圖
參數(shù)抄表功能，主要對低壓各出線回路的電參數(shù)進(jìn)線查詢。支持任意時刻電參數(shù)查詢，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報表打印等功能。該報表查詢供一個變電所1臺變壓器出線各低壓回路的電參數(shù)，主要包括：三相電流、有功功率和有功電度及變壓器溫度。該報表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)，方便用戶修改回路名稱。見圖（3）。
圖（3） 參數(shù)抄表
用電量報表功能，可選擇時間段進(jìn)行查詢，支持任意時間段電度累計查詢，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報表打印等功能。為值班人員提供了可靠的電能報表。該報表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)，方便用戶修改回路名稱。如下圖所示，各配電回路的用電量，用戶可以直接打印報表，可以以EXCEL格式另存到其他位置。 見圖（4）。
圖（4） 電能報表
系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)示意圖，主要顯示系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，同時監(jiān)測間隔層設(shè)備的通信狀態(tài)。紅色表示通訊正常，綠色表示通訊故障。見圖（5）。
圖（5）系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)示意圖
負(fù)荷趨勢曲線界面中可直觀的查看回路的負(fù)荷運行情況。查看實時和歷史趨勢曲線，點擊畫面相應(yīng)按鈕或菜單項可以完成相應(yīng)功能的切換；幫助用戶進(jìn)線趨勢分析和故障追憶，具備曲線打印功能。為分析整個系統(tǒng)的運行狀況提供了直觀而方便的軟件支持。
4 結(jié)束語
隨著社會的發(fā)展及電力的廣泛應(yīng)用，電力監(jiān)控系統(tǒng)已成為全國各地工程項目、標(biāo)志性建筑/大型公共設(shè)施等大面積多變電所用戶的必然選擇，本文介紹的Acrel-2000/3000電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)在蘇州藝術(shù)學(xué)校的應(yīng)用，可以實現(xiàn)對變電所高低壓配電回路用電的實時監(jiān)控與電能管理，不僅能顯示回路用電狀況，還具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可以與串口服務(wù)器、計算機等組成電力監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的分析、處理，實時顯示變電所內(nèi)各配電回路的運行狀態(tài)，并生成各種電能報表、分析曲線、圖形等，便于電能的遠(yuǎn)程抄表以及分析、研究。該系統(tǒng)運行安全、可靠、穩(wěn)定，為變電所用戶解決用電問題提供了真實可靠的依據(jù)，取得了較好的社會效益。
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