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基于智能電力儀表的電能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與選型方案
上海安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 201801
1 概述
隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源緊張、環(huán)境惡化已受到的密切關(guān)注，能源是發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)，為了響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，走可持續(xù)發(fā)展的道路，節(jié)能降耗是首要任務(wù)。其中，電能在所有能源中消耗量比較大，對(duì)電能的統(tǒng)一管理顯得尤為重要。只有對(duì)電能進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的計(jì)量，才能從真正意義上節(jié)約電能。
安科瑞Acrel-3000系列電能管理系統(tǒng)是緊密把握電力系統(tǒng)用戶的需求，遵循電力系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范而二次開發(fā)的一套具有專業(yè)性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高、易使用、高性能、高可靠等特點(diǎn)的適用于低壓配電系統(tǒng)的電能管理系統(tǒng)。通過遙測(cè)和遙控可以合理調(diào)配負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行，有效節(jié)約電能，并有高峰與低谷用電記錄，從而為能源管理提供了必要條件。同時(shí)結(jié)合建科[2008]114號(hào)《國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)樓宇分項(xiàng)計(jì)量設(shè)計(jì)安裝技術(shù)導(dǎo)則》，對(duì)電能按照明插座用電、動(dòng)力用電、空調(diào)用電、特殊用電進(jìn)行分項(xiàng)計(jì)量，為企、事業(yè)單位電能節(jié)能審計(jì)提供依據(jù)。
2 電能管理系統(tǒng)宜選智能電力儀表
大型公共建筑電能計(jì)量宜采用智能電力儀表作為內(nèi)部管理電表，電力儀表在用戶安裝供電部門收費(fèi)電表的基礎(chǔ)上，考慮內(nèi)部電能計(jì)量與節(jié)能管理的需要安裝，用于建筑內(nèi)部電量的統(tǒng)計(jì)與管理。因此用戶可自主選擇采購，但應(yīng)注意制造商是否有電力儀表（電能部分）的計(jì)量許可證。電力儀表可以完成對(duì)各回路、各樓層或各分項(xiàng)計(jì)量區(qū)的電能數(shù)據(jù)的采集，通過ACREL3000電能管理系統(tǒng)完成對(duì)大型公共建筑的電能計(jì)量管理。
電力儀表是針對(duì)電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公用設(shè)施、智能大型公共建筑的電力監(jiān)控與電能管理需求而設(shè)計(jì)的。它能高精度的測(cè)量所有常用的電力參數(shù)，如三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、頻率、功率因數(shù)、四象限電能等，采用可視度高的LCD來顯示儀表測(cè)量參數(shù)和電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行信息。電力儀表功能、型號(hào)繁多，價(jià)格也各不相同，電能計(jì)量方案也多種多樣，因此，應(yīng)合理選配，達(dá)到較佳的性價(jià)比。
3 電能管理表計(jì)的選型方案
| 應(yīng)用場(chǎng)合 | | 型號(hào) | 主要功能 | |
| 高壓重要回路或低壓進(jìn)線柜 | ACR330ELH | LCD顯示、全電參量測(cè)量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計(jì)量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)；THDu，THDi、2-31次各次諧波分量；電壓波峰系數(shù)、波形因子、電流K系數(shù)、電壓與電流不平衡度計(jì)算；電網(wǎng)電壓電流正、負(fù)、零序分量（含負(fù)序電流）測(cè)量；4DI+3DO（DO3做過壓、欠壓、過流、不平衡報(bào)警）；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T645規(guī)約 | ||
| 低壓聯(lián)絡(luò)柜、出線柜 | ACR220EL | LCD顯示、全電參量測(cè)量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計(jì)量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)、zui大需量統(tǒng)計(jì)；4DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議 | ||
| 動(dòng)力柜 | ACR120EL | LCD顯示、全電參量測(cè)量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計(jì)量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)、zui大需量統(tǒng)計(jì)；2DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議 | ||
| DTSD1352 （ADL3000） | LCD顯示、全電參量測(cè)量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計(jì)量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)、zui大需量統(tǒng)計(jì)；電流規(guī)格1.5（6）A、5（20）A、10（40）A、20（80）A可選、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選 | |||
| 照明箱 | DTSF1352 （ADL300） | 電流規(guī)格1.5（6）A、 5（20）A、10（40）A、20（80）A可選、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選 | 三相電能計(jì)量 | |
| DDSF1352 （ADL100） | 電流、電壓測(cè)量；單相電能計(jì)量 | |||
| DDS1352 （ADL10） | 電流規(guī)格5（30）A、電能脈沖輸出、LED同步指示 | 單相電能計(jì)量 | ||
4 電能管理系統(tǒng)
該電能管理系統(tǒng)采用分層分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層組成，見圖1。
站控管理層針對(duì)能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的管理人員，是人機(jī)交互的直接窗口，也是系統(tǒng)的zui上層部分。主要由系統(tǒng)軟件和必要的硬件設(shè)備，如工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、UPS電源等組成。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件具有良好的人機(jī)交互界面，對(duì)采集的現(xiàn)場(chǎng)各類數(shù)據(jù)信息計(jì)算、分析與處理，并以圖形、數(shù)顯、聲音等方式反映現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況。
網(wǎng)絡(luò)通訊層主要是由通訊管理機(jī)、以太網(wǎng)設(shè)備及總線網(wǎng)絡(luò)組成。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁，負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備回送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、分類和傳送等工作的同時(shí)，轉(zhuǎn)達(dá)上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各種控制命令。
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層是數(shù)據(jù)采集終端，主要由智能儀表組成，采用具有高可靠性、帶有現(xiàn)場(chǎng)總線連接的分布式I/O控制器構(gòu)成數(shù)據(jù)采集終端，向數(shù)據(jù)中心上傳存儲(chǔ)的能耗數(shù)據(jù)。測(cè)量?jī)x表擔(dān)負(fù)著zui基層的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，其監(jiān)測(cè)的能耗數(shù)據(jù)必須完整、準(zhǔn)確并實(shí)時(shí)傳送至數(shù)據(jù)中心。
圖1 系統(tǒng)拓?fù)鋱D
5 電能管理系統(tǒng)功能
5.1 Acrel-3000前臺(tái)人機(jī)交互界面
設(shè)計(jì)適合客戶要求的交互界面；標(biāo)準(zhǔn)圖元庫，方便調(diào)用組合；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和顯示；數(shù)據(jù)信息的自動(dòng)邏輯計(jì)算和處理；設(shè)備參數(shù)遠(yuǎn)程更改設(shè)定；合、分閘狀態(tài)顯示和強(qiáng)制操作。
5.2 Acrel-3000曲線及報(bào)表管理設(shè)置
客戶要求的電參量的趨勢(shì)曲線；正/反向有/無功電度的歷史趨勢(shì)；設(shè)計(jì)滿足客戶需求的各種報(bào)表；自動(dòng)生成電能計(jì)量的日、月、年報(bào)表；可根據(jù)常用的MS Excel設(shè)置模板并生成相應(yīng)報(bào)表，使用戶輕松使用；查詢?nèi)我鈺r(shí)刻報(bào)表、顯示并打印。
5.3 Acrel-3000后臺(tái)數(shù)據(jù)庫管理
應(yīng)用廣泛的數(shù)據(jù)庫軟件如Access、MSSQL；建立開放式、網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)庫；存儲(chǔ)年限或所有的數(shù)據(jù)信息；軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)鏈接庫；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息更新安全可靠；支持C/S、B/S方式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。
5.4 Acrel-3000多級(jí)權(quán)限用戶管理
密碼登錄后臺(tái)，保證設(shè)置安全；高權(quán)限對(duì)低權(quán)限管理，分級(jí)操作，各權(quán)限均具修改密碼功能。
5.5 Acrel-3000通訊管理設(shè)置
各串口自主配置，操作方便；不同設(shè)備的通訊協(xié)議選擇；通訊波特率自主選擇；系統(tǒng)根據(jù)選擇結(jié)果自動(dòng)對(duì)該前置機(jī)某端口所連各設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的遙控配置。
5.6 Acrel-3000數(shù)據(jù)采集
可采集和處理電力系統(tǒng)常用的各種遙測(cè)量、遙信量、脈沖量等。如：遙測(cè)量：電壓、電流、有功、無功等；遙信量：開關(guān)狀態(tài)、刀閘位置、保護(hù)動(dòng)作信號(hào)、事故跳閘總信號(hào)、預(yù)告信號(hào)等；脈沖量：電度量、周波、時(shí)間量、設(shè)備參數(shù)、保護(hù)定值等；非電量：溫度、壓力、濕度、火災(zāi)報(bào)警、防盜報(bào)警等。
5.7 Acrel-3000性能指標(biāo)
平均*工作時(shí)間>30000h；
遙測(cè)傳送時(shí)間<3s；
遙信量：遙信變位時(shí)間<3s，遙信正確率*；
遙控、遙調(diào)：遙控、遙調(diào)傳送時(shí)間<3s，遙控正確率*；
屏幕畫面調(diào)用響應(yīng)時(shí)間<3s；
告警響應(yīng)時(shí)間<2s；
畫面實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新時(shí)間<3s；
開關(guān)量在數(shù)據(jù)庫中更新時(shí)間<2s；
模擬量在數(shù)據(jù)庫中更新時(shí)間<2s；
系統(tǒng)容量根據(jù)硬件配置的擴(kuò)充無限擴(kuò)容。
5.8 Acrel-3000網(wǎng)絡(luò)功能
雙機(jī)熱備功能，支持雙機(jī)、雙網(wǎng)、雙設(shè)備等冗余，并采用熱備份的形式確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行，配置簡(jiǎn)單、方便。網(wǎng)絡(luò)上任意一臺(tái)機(jī)器可為I/O服務(wù)器（即前置機(jī)），網(wǎng)絡(luò)上的其他機(jī)器可方便地從該機(jī)器上獲取數(shù)據(jù)見圖2、圖3、圖4、圖5。
| 圖2 電能報(bào)表 |
| 圖3 電參量遠(yuǎn)程抄表 |
| 圖4 重要回路諧波參數(shù)及棒圖 |
| 圖5 重要回路電流曲線 |
6 系統(tǒng)報(bào)價(jià)
單位：元（RMB）
| 名稱 | 型號(hào) | 單位 | 面價(jià) | 備注 | |
| 監(jiān)控主機(jī) | IPC610H/PIV2.8G/1G/120G/166x DVD/KB+MS/D-Link530+外設(shè) | 臺(tái) | 8500 | 均可用戶自備，以當(dāng)時(shí)市場(chǎng)價(jià)格為準(zhǔn)，該報(bào)價(jià)僅供參考 | |
| 顯示器 | 三星19寸液晶顯示器 | 臺(tái) | 3000 | ||
| 三星22寸液晶顯示器 | 臺(tái) | 3800 | |||
| 打印機(jī) | HP LaserJet 1020 A4 | 臺(tái) | 2500 | ||
| EPSON-LQ1600KIIIH A3 | 臺(tái) | 4000 | |||
| UPS電源 | 山特C1KS | 臺(tái) | 5000 | ||
| 山特C2KS | 臺(tái) | 6500 | |||
| 通訊線纜 | 五類線 | 米 | 4.6 | ||
| 屏蔽雙絞線RVVP 2×1.0 | 米 | 5.6 | |||
| 光纖（多模） | 米 | 6.6 | |||
| 通訊機(jī)柜 | 1200×600×600 | 面 | 3000 | ||
| 2200×600×600 | 面 | 5000 | |||
| 光電轉(zhuǎn)換 | HTB-1000 | 只 | 750 | 遠(yuǎn)距離傳輸 | |
| 終端盒 | 只 | 60 | |||
| 尾纖 | 面 | 50 | |||
| 耦合器 | 面 | 50 | |||
| 熔接點(diǎn) | 個(gè) | 50 | |||
| 通訊轉(zhuǎn)換 | 擴(kuò)展卡ACRNET-PCI/4 | 塊 | 3000 | 擴(kuò)展卡 | |
| 串口服務(wù)器ACRNET-PORT（2口） | 只 | 3000 | 串口服務(wù)器 | ||
| 串口服務(wù)器ACRNET-PORT（4口） | 只 | 5500 | |||
| 通訊前置機(jī)ACRNET-UC02（2口） | 只 | 4000 | 通訊前置機(jī) | ||
| 通訊前置機(jī)ACRNET-UC04（4口） | 只 | 6000 | |||
| 通訊前置機(jī)ACRNET-UC08（8口） | 只 | 11500 | |||
| 通訊管理機(jī)ACRHMI | 臺(tái) | 30000 | 人機(jī)界面 | ||
| 組網(wǎng)設(shè)備 | 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)EDS-208 | 臺(tái) | 3000 | 局域組網(wǎng) | |
| 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)EDS-408 | 臺(tái) | 8500 | |||
| 監(jiān)控軟件 | Acrel監(jiān)控組態(tài)軟件V6.0 | 系統(tǒng)組態(tài)軟件 圖形組態(tài)軟件 電能管理軟件 數(shù)據(jù)庫軟件 | 套 | 3萬 | 設(shè)備數(shù)量1～10 |
| 4萬 | 設(shè)備數(shù)量11～20 | ||||
| 6萬 | 設(shè)備數(shù)量21～40 | ||||
| 8萬 | 設(shè)備數(shù)量41～80 | ||||
| 10萬元以上 | 設(shè)備數(shù)量80以上 | ||||
| 雙機(jī)版 | | 套 | | 單機(jī)價(jià)格×1.5 | |
| 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā) | 每+1用戶 | 套 | 3000 | | |
| Web發(fā)布 | 每+1用戶（總用戶數(shù)≤5） | 套 | 5000 | | |
| 電力儀表 | ACR330ELH | 臺(tái) | 4860 | | |
| ACR220EL | 臺(tái) | 3880 | | ||
| ACR120EL | 臺(tái) | 3580 | | ||
| 導(dǎo)軌式安裝電表 | DTSD1352 | 臺(tái) | 2050 | | |
| DTSF1352 | 臺(tái) | 1200 | | ||
| DDSF1352 | 臺(tái) | 600 | | ||
| DDS1352 | 臺(tái) | 240 | | ||
注：電力儀表和導(dǎo)軌式安裝電表可按上述報(bào)價(jià)的70%優(yōu)惠供應(yīng)。
7 結(jié)束語
隨著社會(huì)的發(fā)展及電力的廣泛應(yīng)用，電能管理已成為建筑智能化建設(shè)的必然選擇，本文介紹的智能電力儀表，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的分項(xiàng)計(jì)量及分時(shí)復(fù)費(fèi)率計(jì)量，不僅能實(shí)時(shí)顯示用電狀況，還具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可以與計(jì)算機(jī)等組成電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析、處理，并生成各種電能報(bào)表、分析曲線、圖形等，便于電能的遠(yuǎn)程抄表以及分析、研究，為智能建筑的節(jié)能技術(shù)提供參考。該系統(tǒng)方便的電能數(shù)據(jù)庫報(bào)表極大地減少了用戶進(jìn)行電能抄表人力的投入，為管理者進(jìn)行內(nèi)部計(jì)量考核提供了直觀的依據(jù)，為進(jìn)一步的節(jié)能管理及節(jié)能措施的實(shí)施打下了基礎(chǔ)。系統(tǒng)在浦東圖書館、大慶機(jī)場(chǎng)、羅涇礦碼頭等項(xiàng)目中運(yùn)行，取得了較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
1、趙斌，研究方向?yàn)槟茉垂芾硐到y(tǒng)、變配電智能監(jiān)控技術(shù)
139174370076 :acrellsh@
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