安科瑞 繆凱倫

0引言

中國科學院蘇州生物醫學工程技術研所（以下簡稱醫工所）位于蘇州區太湖之濱的蘇州科技城，生物醫學工程是國家發展的支柱性產業，為響應國務院制定的一系列促進節能減排的政策措施，更好的對配電系統進行監控管理。因此建立了后臺電力監控與電能管理系統，對配電進行智能化管理。
1系統設計
 變配電系統主要由A區變電所和B區變電所進行變配電管理，提供整個醫工所所需電力，A區變電所附近設有值班室，實時查看、處理現場情況，整個醫工所占地較廣，由B區變電所提供另一區域的電力。因此，為實現對整個醫工所電力系統的實時監控及對各區用電的電能管理，在值班室設立了監控中心，基于ACREL-3000的電力監控與電能管理系統后臺，實現對整個配電系統的實時監控與電能管理。
1.1 系統結構
  Acrel-3000電力監控與電能管理系統以監控主機、通訊設備、測控單元為基本工具，為大型公共建筑的實時數據采集、開關狀態監測及遠程管理與控制提供了基礎平臺，它可以和檢測、控制設備構成任意復雜的監控系統。該系統主要采用分層分布式計算機網絡結構，如圖1所示：站控管理層、網絡通訊層和現場設備層[1]。

1）站控管理層
 站控管理層針對電力監控系統的管理人員，是人機交互的直接窗口，也是系統的上層部分。主要由系統軟件和必要的硬件設備，如工業級計算機、打印機、UPS電源等組成。監測系統軟件具有良好的人機交互界面，對采集的現場各類數據信息計算、分析與處理，并以圖形、數顯、聲音等方式反映現場的運行狀況。
 監控主機：用于數據采集、處理和數據轉發。為系統內或外部提供數據接口，進行系統管理、維護和分析工作。
 打印機：系統召喚打印或自動打印圖形、報表等。
 UPS：保證計算機監測系統的正常供電，在整個系統發生供電問題時，保證站控管理層設備的正常運行，提供足夠的時間進行數據存儲。
2）網絡通訊層
 通訊層設備為由串口擴展卡。該層是數據信息交換的橋梁，負責對現場設備回送的數據信息進行采集、分類和傳送等工作的同時，轉達上位機對現場設備的各種控制命令。
 通訊介質：系統主要采用屏蔽雙絞線，以RS485接口，MODBUS通訊協議實現現場設備與上位機的實時通訊。
3）現場設備層
 現場設備層是數據采集終端，主要由智能儀表組成，采用具有高可靠性、帶有現場總線連接的分布式I/O控制器構成數據采集終端，向數據中心上傳采集的數據。測量儀表擔負著基層的數據采集任務，其監測的數據須完整、準確并實時傳送至監控主機。
1.2 現場儀表
 對于中壓10kv回路的線路保護，采用微機繼電保護裝置，實現對線路的過流速斷保護，并具有遙測及遙信功能。開關量：斷路器分合狀態、隔離手車位置等信號。對于該回路的電能計量，采用ACR220EL電力儀表對電參量進行采集與計量，采集的主要電參量有三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、有功電度、無功電度以及頻率、功率因數等。
 對于0.4kv變壓器出線回路，采用的都是ACR220EL電力儀表，ACR220EL多功能電表，為嵌入式安裝，可安裝在動力箱或低壓出線柜門板上，面板尺寸為80mm×80mm，規格為220/380V、5A，電流經互感器接入，精度0.5級，廣泛應用于高、低壓進線柜、聯絡柜、出線柜、動力柜等場合，帶RS485接口，Modbus通訊協議[2]。
2系統功能
 上位機軟件為Acrel-3000電力監控與電能管理系統組態軟件，該軟件是對現場電參量數據進行采集與監測的專用軟件，特點是能以靈活多樣的“組態形式"而不是編程方式來進行系統集成，它提供了良好的用戶開發界面和簡捷的工程實現方法，只要將其預設置的各種軟件模塊進行簡單的“組態"，便可以非常容易地實現和完成對現場數據的采集與監測功能。Acrel-3000電力監控與電能管理系統具有友好的人機交互界面，可實時和定時采集現場設備各電參量及開關量狀態，并將采集到的數據上傳給監控主機進行實時顯示與存儲。系統還提供了實時曲線和歷史趨勢曲線分析，符合用戶設計需要的報表、事件記錄和故障報警等功能[3]。整個系統可以實現所有回路用電量的采集和統計，實現了遠程自動抄表、電力監控與電能管理功能。
1） 數據采集和顯示
 現場儀表測量并采集回路數據信息，上位機軟件再對現場儀表的數據進行定時或周期采集并存儲，可以自由設置采集的時間周期，系統支持的采集周期。可以隨時查看任一表計的瞬時表值、累計量等信息，記錄時間間隔內電力儀表的電壓、電流、功率因數和有功電度等。這些參數信息可以自動保存到數據庫中，便于查詢。
  系統具有友好的人機界面，便于普通的現場值班人員查看并記錄相關信息，系統一次圖不僅顯示了線路的開關狀態，還實時顯示電壓、電力、有功電度等重要的電力參數。所有數據信息都定期的保存到數據庫中。

2） 遠程抄表
系統對所有采集到的數據都能實時的顯示，并保存到數據庫中，因此可以手動查詢每個回路的所有實時及歷史電參量數據，并以表格的形式展現給用戶，便于打印、保存。

3） 電能報表與棒圖
系統采集的有功電度數據，按照回路名稱的不同，自動生成日報表、月報表和年報表并有報表打印功能，并可對某一回路的某一時間段內的用電量進行查詢與打印，同時這些報表也能以Excel的格式導出。
系統還可以根據生成的電能報表，對每一回路的用電量根據時間不同形成年用電棒圖、月用電棒圖以及每日的用電棒圖，便于查看。

4） 電流趨勢曲線
對于重要回路，不僅可以對電流進行實時顯示與監測，并可以根據保存的歷史數據做成趨勢曲線，可以查看實時和歷史變化趨勢，預測電力負荷容量，并可對電力故障進行查詢，保證電力負荷的安全運行。

5）事件記錄與報警
 主要用于查看歷史報警信息；幫助用戶進行事故查詢與追憶；支持歷史查詢，打印等功能。實時報警信息會即時彈出，提醒用戶所進行的操作。并對所有操作具有自動事件記錄功能。
3結束語
  隨著智能建筑的發展及電力的廣泛應用，對智能建筑的配電系統的智能化集成管理已成為國家機關辦公建筑及大型公共建筑智能化建設的趨勢，本文介紹的基于ACREL-3000的電力監控與電能管理系統，不僅可以實時顯示電力運行狀態及用電狀況，還能對數據進行分析處理，以用戶適用的方式展現出來，滿足用戶的需求，實現對采集數據的分析、處理，其生成各種電能報表、分析曲線、圖形等，方便了用戶的使用，便于配電系統的實時監控與電能的遠程抄表與分析研究，為智能建筑的節能技術提供參考。