安科瑞 繆凱倫

0引言

中國科學院蘇州生物醫(yī)學工程技術研所（以下簡稱醫(yī)工所）位于蘇州區(qū)太湖之濱的蘇州科技城，生物醫(yī)學工程是國家發(fā)展的支柱性產(chǎn)業(yè)，為響應國務院制定的一系列促進節(jié)能減排的政策措施，更好的對配電系統(tǒng)進行監(jiān)控管理。因此建立了后臺電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)，對配電進行智能化管理。
1系統(tǒng)設計
 變配電系統(tǒng)主要由A區(qū)變電所和B區(qū)變電所進行變配電管理，提供整個醫(yī)工所所需電力，A區(qū)變電所附近設有值班室，實時查看、處理現(xiàn)場情況，整個醫(yī)工所占地較廣，由B區(qū)變電所提供另一區(qū)域的電力。因此，為實現(xiàn)對整個醫(yī)工所電力系統(tǒng)的實時監(jiān)控及對各區(qū)用電的電能管理，在值班室設立了監(jiān)控中心，基于ACREL-3000的電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)后臺，實現(xiàn)對整個配電系統(tǒng)的實時監(jiān)控與電能管理。
1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
 Acrel-3000電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)以監(jiān)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(shù)據(jù)采集、開關狀態(tài)監(jiān)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(gòu)成任意復雜的監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要采用分層分布式計算機網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，如圖1所示：站控管理層、網(wǎng)絡通訊層和現(xiàn)場設備層[1]。

1）站控管理層
 站控管理層針對電力監(jiān)控系統(tǒng)的管理人員，是人機交互的直接窗口，也是系統(tǒng)的上層部分。主要由系統(tǒng)軟件和必要的硬件設備，如工業(yè)級計算機、打印機、UPS電源等組成。監(jiān)測系統(tǒng)軟件具有良好的人機交互界面，對采集的現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)信息計算、分析與處理，并以圖形、數(shù)顯、聲音等方式反映現(xiàn)場的運行狀況。
 監(jiān)控主機：用于數(shù)據(jù)采集、處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。為系統(tǒng)內(nèi)或外部提供數(shù)據(jù)接口，進行系統(tǒng)管理、維護和分析工作。
 打印機：系統(tǒng)召喚打印或自動打印圖形、報表等。
 UPS：保證計算機監(jiān)測系統(tǒng)的正常供電，在整個系統(tǒng)發(fā)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(shù)據(jù)存儲。
2）網(wǎng)絡通訊層
 通訊層設備為由串口擴展卡。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁，負責對現(xiàn)場設備回送的數(shù)據(jù)信息進行采集、分類和傳送等工作的同時，轉(zhuǎn)達上位機對現(xiàn)場設備的各種控制命令。
 通訊介質(zhì)：系統(tǒng)主要采用屏蔽雙絞線，以RS485接口，MODBUS通訊協(xié)議實現(xiàn)現(xiàn)場設備與上位機的實時通訊。
3）現(xiàn)場設備層
 現(xiàn)場設備層是數(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)中心上傳采集的數(shù)據(jù)。測量儀表擔負著基層的數(shù)據(jù)采集任務，其監(jiān)測的數(shù)據(jù)須完整、準確并實時傳送至監(jiān)控主機。
1.2 現(xiàn)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(xiàn)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(tài)、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(shù)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(guī)格為220/380V、5A，電流經(jīng)互感器接入，精度0.5級，廣泛應用于高、低壓進線柜、聯(lián)絡柜、出線柜、動力柜等場合，帶RS485接口，Modbus通訊協(xié)議[2]。
2系統(tǒng)功能
 上位機軟件為Acrel-3000電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)組態(tài)軟件，該軟件是對現(xiàn)場電參量數(shù)據(jù)進行采集與監(jiān)測的專用軟件，特點是能以靈活多樣的“組態(tài)形式"而不是編程方式來進行系統(tǒng)集成，它提供了良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的工程實現(xiàn)方法，只要將其預設置的各種軟件模塊進行簡單的“組態(tài)"，便可以非常容易地實現(xiàn)和完成對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測功能。Acrel-3000電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)具有友好的人機交互界面，可實時和定時采集現(xiàn)場設備各電參量及開關量狀態(tài)，并將采集到的數(shù)據(jù)上傳給監(jiān)控主機進行實時顯示與存儲。系統(tǒng)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(tǒng)可以實現(xiàn)所有回路用電量的采集和統(tǒng)計，實現(xiàn)了遠程自動抄表、電力監(jiān)控與電能管理功能。
1） 數(shù)據(jù)采集和顯示
 現(xiàn)場儀表測量并采集回路數(shù)據(jù)信息，上位機軟件再對現(xiàn)場儀表的數(shù)據(jù)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(tǒng)支持的采集周期?？梢噪S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(nèi)電力儀表的電壓、電流、功率因數(shù)和有功電度等。這些參數(shù)信息可以自動保存到數(shù)據(jù)庫中，便于查詢。
 系統(tǒng)具有友好的人機界面，便于普通的現(xiàn)場值班人員查看并記錄相關信息，系統(tǒng)一次圖不僅顯示了線路的開關狀態(tài)，還實時顯示電壓、電力、有功電度等重要的電力參數(shù)。所有數(shù)據(jù)信息都定期的保存到數(shù)據(jù)庫中。

2） 遠程抄表
系統(tǒng)對所有采集到的數(shù)據(jù)都能實時的顯示，并保存到數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，并以表格的形式展現(xiàn)給用戶，便于打印、保存。

3） 電能報表與棒圖
系統(tǒng)采集的有功電度數(shù)據(jù)，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(nèi)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(tǒng)還可以根據(jù)生成的電能報表，對每一回路的用電量根據(jù)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(jiān)測，并可以根據(jù)保存的歷史數(shù)據(jù)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(jié)束語
 隨著智能建筑的發(fā)展及電力的廣泛應用，對智能建筑的配電系統(tǒng)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(jiān)控與電能管理系統(tǒng)，不僅可以實時顯示電力運行狀態(tài)及用電狀況，還能對數(shù)據(jù)進行分析處理，以用戶適用的方式展現(xiàn)出來，滿足用戶的需求，實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)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(tǒng)的實時監(jiān)控與電能的遠程抄表與分析研究，為智能建筑的節(jié)能技術提供參考。