??
電力監控與電能管理系統在蘇州大型商業樓宇的應用
孫麗莉
摘要：介紹蘇州吳中商務中心電力監控與電能管理系統，采用智能電力儀表和微機保護裝置采集配電現場的各種電參量和開關信號。系統采用現場就地組網的方式，組網后通過現場總線通訊并遠傳至后臺，通過Acrel-2000型電力監控系統實現變電所的實時電力監控及Acrel-3000型電能管理系統實現建筑電力能耗的自動管理，為樓宇電能統計數據，為節能提供決策依據。
關鍵詞：商業樓宇;蘇州吳中商務中心;變電所;智能電力儀表;Acrel-2000/3000型;電力監控系統;電能管理系統;建筑節能
The application of Power MonIToring and Energy Management System in large commercial buildings in Suzhou
Le chuanzheng1 Zhu Zhufeng2
1. China building scientific research institute Jiangsu 215011
2.Shanghai Acrel ltd,Shanghai 201801;
Abstract: Introducing distribution system and power management systems of Suzhou Wuzhong Commerce Center, adopting the way of system network that collecting a variety of electrical parameters and switching signals of Intelligent Power Meter and the Computer Protection Acquisition distribution scene. The system using in situ networking mode and later conveying to the backstage through field bus communication, through Acrel-2000 power monitoring system of substation real-time power monitoring and Acrel-3000 energy management system to achieve automatic management of building electric energy consumption, to statistic building energy data , to offer the strategic decision basis of energy conservation.
Key words: Commercial buildings; Suzhou Wuzhong Commerce Center; Substation; Intelligent Power Meter; Acrel-2000/3000 ; Power Monitoring System ; Energy Management System; building energy efficiency
0 概述 目前我國大多數多功能辦公大樓、寫字樓、商場等商業建筑都設有集中空調系統為用戶提供健康和舒適的工作環境。這類建筑占大型公共建筑的比例越來越大，在我國建筑節能尤其是大型公共建筑節能中，多功能商業建筑的節能應是重點。 蘇州吳中商務中心項目是蘇州吳中國裕資產經營有限公司投資興建的一項商業樓宇工程，項目總投資約1.3億元，總建筑面積為124440平方米，分兩幢22層高辦公樓，兩層地下停車場。 本項目為蘇州吳中商務中心地下變電所電力監控與電能管理系統。根據配電系統管理的要求，需要對蘇州吳中商務中心兩個地下變電所內的高壓柜、低壓配出線進行電力監控，以保證用電的安全、可靠和高效。 Acrel-2000/3000型低壓智能配電系統，充分利用了現代電子技術、計算機技術、網絡技術和現場總線技術的最新發展，對變配電系統進行分散數據采集和集中監控管理。對配電系統的二次設備進行組網，通過計算機和通訊網絡，將分散的配電所的現場設備連接為一個有機的整體，實現電網運行的遠程監控和集中管理，管理人員可以實時監控建筑物各項能源的消耗，發現能源使用過程中的浪費現象，以便采取可控的能源消費方式，減少能源消耗量，實現建筑物的節能管理。
1 系統結構描述 本監控系統主要實現吳中商務中心兩個地下變電所（東區變電所和西區變電所）的10/0.4kV配電系統進行用電監控與電能管理；監控范圍為東區變電所的T1、T2、T3、T4變壓器的低壓進線柜、聯絡柜、饋線柜及高壓側儀表和西區變電所的T5、T6、T7、T8變壓器的低壓進線柜、聯絡柜、饋線柜儀表進行遠程實時監控和電能管理。該系統總計有219只儀表（其中包括187只ACR網絡智能電力儀表，10只ABB綜合保護裝置，14只高壓開關狀態指示儀，8只溫控儀），分13條總線，其中東區變電所8條總線，西區變電所5條總線，兩變電所之間距離較遠，采用光纖組網連接，最后通過網線拉至電工值班室連接到監控主機實現總線上儀表與監控主機的數據連通。 本監控系統采用分層分布式結構，即站控層，通訊層與間隔層；如圖（1）所示：
圖（1）網絡拓撲圖 間隔設備層主要為：多功能網絡電力儀表、開關量、模擬量采集模塊和智能斷路器等。這些裝置分別對應相應的一次設備安裝在電氣柜內，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過現場MODBUS總線組網通訊，實現數據現場采集。 網絡通訊層主要為：通訊服務器，其主要功能為把分散在現場采集裝置集中采集，同時遠傳至站控層，完成現場層和站控層之間的數據交互。 站控管理層：設有高性能工業計算機、顯示器、UPS電源、打印機、報警蜂鳴器等設備。監控系統安裝在計算機上，集中采集顯示現場設備運行狀況，以人機交互的形式顯示給用戶。 以上網絡儀表均采用RS485接口和MODBUS- RTU通訊協議，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、發送數據但是在同一時刻只能發送或接收數據，數據最高傳輸速率為10Mbps。 RS485接口是采用平衡驅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32個設備，最大傳輸距離為1.2km。 2 電力監控系統主要功能 2.1 數據采集與處理 數據采集是配電監控的基礎，數據采集主要由底層多功能網絡儀表采集完成，實現遠程數據的本地實時顯示。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COSφ、電度Epi、遠程設備運行狀態等數據。 數據處理主要是把按要求采集到的電參量實時準確的顯示給用戶，達到配電監控的自動化化和智能化要求，同時把采集到的數據存入數據庫供用戶查詢。 2.2 人機交互 系統提供簡單、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電氣一次主接線圖，顯示配電系統設備狀態及相應實時運行參數，畫面定時輪巡切換；畫面實時動態刷新；模擬量顯示；開關量顯示；連續記錄顯示等。 2.3 歷時事件 歷時事件查看界面主要為用戶查看曾經發生過的故障記錄、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，為您把握整個系統的運行情況提供了良好的軟件支持。 2.4 數據庫建立與查詢 主要完成遙測量和遙信量定時采集，并且建立數據庫，定期生成報表，以供用戶查詢打印。 2.5 用戶權限管理 針對不同級別的用戶，設置不同的權限組，防止因人為誤操作給生產，生活帶來的損失，實現配電系統的安全，可靠運行。可以通過用戶管理進行用戶登錄、用戶注銷、修改密碼、添加刪除等操作，方便用戶對賬號和權限的修改。 2.6 運行負荷曲線 負荷趨勢曲線功能主要負責定時采集進線及重要回路電流和功率負荷參量，自動生成運行負荷趨勢曲線的，方便用戶及時了解設備的運行負荷狀況。點擊畫面相應按鈕或菜單項可以完成相應功能的切換；可以查看實時趨勢曲線或歷史趨勢線；對所選曲線可以進行平移、縮放、量程變換等操作，幫助用戶進線趨 勢分析和故障追憶，為分析整個系統的運行狀況提供了直觀而方便的軟件支持。 2.7 遠程報表查詢 報表管理程序的主要功能是根據用戶的需要設計報表樣式，把系統中處理的數據經過篩選、組合和統計生成用戶需要的報表數據。本程序還可以根據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。 報表具有自由設置查詢時間實現日、月、年的電能統計，數據導出和報表打印等功能。 3 案例分析 蘇州吳中商務中心電力監控與電能管理系統分兩個變電所（東區變電所和西區變電所），本項目針對這兩個變電所的10/0.4kV配電系統進行用電監控與電能管理；監控范圍為東區變電所的T1、T2、T3、T4變壓器的低壓進線柜、聯絡柜、饋線柜及高壓側儀表和西區變電所的T5、T6、T7、T8變壓器的低壓進線柜、聯絡柜、饋線柜儀表進行遠程實時監控和電能管理。 進線回路采用ACR330ELH多功能諧波儀表，其是針對電力系統、工礦企業、公共設施、智能大廈的電力監控需求而設計的網絡電力儀表，它能測量所有常規電力參數，如：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、頻率、有功電度、無功電度、并可監測電壓、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斷路器的遙信、遙控操作。該系列網絡電力儀表主要應用于變電站自動化、配電網自動化、小區電力監控、工業自動化、能源管理系統及智能建筑等領域。 重要配出回路采用ACR220EL系列網絡電力儀表，該儀表主要測量所有常規電力參數，如：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、頻率、有功電度、無功電度。 高壓側實時畫面見圖（2），為系統主監控畫面，主要實時監測高壓回路的運行狀態，紅色代表合閘，綠色代表分閘。在高壓系統圖中可以直觀的看到每路高壓進線和出線的運行參數和狀態，可以看到變壓器出線側的所有常規電力參數，如：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、頻率、有功電度及變壓器溫度。
圖（2） 高壓系統一次圖 低壓配電二次圖見圖（3），功能有電量遙測主要監測運行設備的電參量，其中包括：線三相電壓，電流，功率，功率因數，電能，頻率等電參量及配出回路的三相電流；遙信功能實現顯示現場設備的運行狀態，主要包括：開關的分、合閘運行狀態和通訊故障報警；斷路器變位時會發出報警信號，提醒用戶及時處理故障。
圖（3）低壓配電二次圖 遙信和遙測報警功能，主要完成對低壓各出線回路的開關運行狀態和負載進線監控，對開關變位和負載越限彈出報警界面指示具體的報警位置并聲音報警，提醒值班人員及時處理。遙測報警值設置界面可以看到每個監控點的實時值和報警設置值，方便值班人員比對進線設置，負載越限值在相應權限下可自由設置。具備歷史查詢功能。見圖（4）至圖（6）。
圖（4） 實時遙信報警信息
圖（5）歷史遙測報警信息查詢
圖（6）遙測報警值設置界面 參數抄表功能，主要對低壓各出線回路的電參數進線查詢。支持任意時刻電參數查詢，具備數據導出和報表打印等功能。該報表查詢供兩個變電所8臺變壓器出線各低壓回路的電參數，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據庫關聯，方便用戶修改回路名稱。見圖（7）。
圖（7） 參數抄表 用電量報表功能，可選擇時間段進行查詢，支持任意時間段電度累計查詢，具備數據導出和報表打印等功能。為值班人員提供了精確可靠的電能報表。該報表各回路名稱和數據庫關聯，方便用戶修改回路名稱。如下圖所示，顯示健身中心某段時間內的各配電回路的精確用電量，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（8）。
圖（8） 電能報表 系統通訊結構示意圖，主要顯示系統的組網結構，系統采用分層分布式結構，同時監測間隔層設備的通信狀態。紅色表示通訊正常，綠色表示通訊故障。見圖（9）。
圖（9）系統通訊結構示意圖 負荷趨勢曲線界面中可直觀的查看回路的負荷運行情況。查看實時和歷史趨勢曲線，點擊畫面相應按鈕或菜單項可以完成相應功能的切換；幫助用戶進線趨勢分析和故障追憶，具備曲線打印功能。為分析整個系統的運行狀況提供了直觀而方便的軟件支持。見圖（10）。
圖（10）趨勢曲線圖 4 結束語 隨著社會的發展及電力的廣泛應用，電力監控系統已成為全國各地重點工程項目、標志性建筑/大型公共設施等大面積多變電所用戶的必然選擇，本文介紹的Acrel-2000/3000電力監控與電能管理系統在蘇州吳中商務中心的應用，可以實現對變電所高低壓配電回路用電的實時監控與電能管理，不僅能顯示回路用電狀況，還具有網絡通訊功能，可以與串口服務器、計算機等組成電力監控系統。系統實現對采集數據的分析、處理，實時顯示變電所內各配電回路的運行狀態，對分合閘、負載越限具有彈出報警對話框及語音提示，并生成各種電能報表、分析曲線、圖形等，便于電能的遠程抄表以及分析、研究，不但減少抄表人員的工作量，而且降低了建筑的管理成本，是實現管理節電的重要措施和有效途徑。 該系統運行安全、可靠、穩定，為變電所用戶解決用電問題提供了真實可靠的依據，取得了較好的社會效益。［2］ 該系統為城市能耗監測平臺預留接口，可以無縫接入城市能耗監測平臺，實現城市節能管理部門對建筑物的能耗進行監控。
0 概述 目前我國大多數多功能辦公大樓、寫字樓、商場等商業建筑都設有集中空調系統為用戶提供健康和舒適的工作環境。這類建筑占大型公共建筑的比例越來越大，在我國建筑節能尤其是大型公共建筑節能中，多功能商業建筑的節能應是重點。 蘇州吳中商務中心項目是蘇州吳中國裕資產經營有限公司投資興建的一項商業樓宇工程，項目總投資約1.3億元，總建筑面積為124440平方米，分兩幢22層高辦公樓，兩層地下停車場。 本項目為蘇州吳中商務中心地下變電所電力監控與電能管理系統。根據配電系統管理的要求，需要對蘇州吳中商務中心兩個地下變電所內的高壓柜、低壓配出線進行電力監控，以保證用電的安全、可靠和高效。 Acrel-2000/3000型低壓智能配電系統，充分利用了現代電子技術、計算機技術、網絡技術和現場總線技術的最新發展，對變配電系統進行分散數據采集和集中監控管理。對配電系統的二次設備進行組網，通過計算機和通訊網絡，將分散的配電所的現場設備連接為一個有機的整體，實現電網運行的遠程監控和集中管理，管理人員可以實時監控建筑物各項能源的消耗，發現能源使用過程中的浪費現象，以便采取可控的能源消費方式，減少能源消耗量，實現建筑物的節能管理。
1 系統結構描述 本監控系統主要實現吳中商務中心兩個地下變電所（東區變電所和西區變電所）的10/0.4kV配電系統進行用電監控與電能管理；監控范圍為東區變電所的T1、T2、T3、T4變壓器的低壓進線柜、聯絡柜、饋線柜及高壓側儀表和西區變電所的T5、T6、T7、T8變壓器的低壓進線柜、聯絡柜、饋線柜儀表進行遠程實時監控和電能管理。該系統總計有219只儀表（其中包括187只ACR網絡智能電力儀表，10只ABB綜合保護裝置，14只高壓開關狀態指示儀，8只溫控儀），分13條總線，其中東區變電所8條總線，西區變電所5條總線，兩變電所之間距離較遠，采用光纖組網連接，最后通過網線拉至電工值班室連接到監控主機實現總線上儀表與監控主機的數據連通。 本監控系統采用分層分布式結構，即站控層，通訊層與間隔層；如圖（1）所示：
圖（1）網絡拓撲圖 間隔設備層主要為：多功能網絡電力儀表、開關量、模擬量采集模塊和智能斷路器等。這些裝置分別對應相應的一次設備安裝在電氣柜內，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過現場MODBUS總線組網通訊，實現數據現場采集。 網絡通訊層主要為：通訊服務器，其主要功能為把分散在現場采集裝置集中采集，同時遠傳至站控層，完成現場層和站控層之間的數據交互。 站控管理層：設有高性能工業計算機、顯示器、UPS電源、打印機、報警蜂鳴器等設備。監控系統安裝在計算機上，集中采集顯示現場設備運行狀況，以人機交互的形式顯示給用戶。 以上網絡儀表均采用RS485接口和MODBUS- RTU通訊協議，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、發送數據但是在同一時刻只能發送或接收數據，數據最高傳輸速率為10Mbps。 RS485接口是采用平衡驅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32個設備，最大傳輸距離為1.2km。 2 電力監控系統主要功能 2.1 數據采集與處理 數據采集是配電監控的基礎，數據采集主要由底層多功能網絡儀表采集完成，實現遠程數據的本地實時顯示。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COSφ、電度Epi、遠程設備運行狀態等數據。 數據處理主要是把按要求采集到的電參量實時準確的顯示給用戶，達到配電監控的自動化化和智能化要求，同時把采集到的數據存入數據庫供用戶查詢。 2.2 人機交互 系統提供簡單、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電氣一次主接線圖，顯示配電系統設備狀態及相應實時運行參數，畫面定時輪巡切換；畫面實時動態刷新；模擬量顯示；開關量顯示；連續記錄顯示等。 2.3 歷時事件 歷時事件查看界面主要為用戶查看曾經發生過的故障記錄、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，為您把握整個系統的運行情況提供了良好的軟件支持。 2.4 數據庫建立與查詢 主要完成遙測量和遙信量定時采集，并且建立數據庫，定期生成報表，以供用戶查詢打印。 2.5 用戶權限管理 針對不同級別的用戶，設置不同的權限組，防止因人為誤操作給生產，生活帶來的損失，實現配電系統的安全，可靠運行。可以通過用戶管理進行用戶登錄、用戶注銷、修改密碼、添加刪除等操作，方便用戶對賬號和權限的修改。 2.6 運行負荷曲線 負荷趨勢曲線功能主要負責定時采集進線及重要回路電流和功率負荷參量，自動生成運行負荷趨勢曲線的，方便用戶及時了解設備的運行負荷狀況。點擊畫面相應按鈕或菜單項可以完成相應功能的切換；可以查看實時趨勢曲線或歷史趨勢線；對所選曲線可以進行平移、縮放、量程變換等操作，幫助用戶進線趨 勢分析和故障追憶，為分析整個系統的運行狀況提供了直觀而方便的軟件支持。 2.7 遠程報表查詢 報表管理程序的主要功能是根據用戶的需要設計報表樣式，把系統中處理的數據經過篩選、組合和統計生成用戶需要的報表數據。本程序還可以根據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。 報表具有自由設置查詢時間實現日、月、年的電能統計，數據導出和報表打印等功能。 3 案例分析 蘇州吳中商務中心電力監控與電能管理系統分兩個變電所（東區變電所和西區變電所），本項目針對這兩個變電所的10/0.4kV配電系統進行用電監控與電能管理；監控范圍為東區變電所的T1、T2、T3、T4變壓器的低壓進線柜、聯絡柜、饋線柜及高壓側儀表和西區變電所的T5、T6、T7、T8變壓器的低壓進線柜、聯絡柜、饋線柜儀表進行遠程實時監控和電能管理。 進線回路采用ACR330ELH多功能諧波儀表，其是針對電力系統、工礦企業、公共設施、智能大廈的電力監控需求而設計的網絡電力儀表，它能測量所有常規電力參數，如：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、頻率、有功電度、無功電度、并可監測電壓、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斷路器的遙信、遙控操作。該系列網絡電力儀表主要應用于變電站自動化、配電網自動化、小區電力監控、工業自動化、能源管理系統及智能建筑等領域。 重要配出回路采用ACR220EL系列網絡電力儀表，該儀表主要測量所有常規電力參數，如：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、頻率、有功電度、無功電度。 高壓側實時畫面見圖（2），為系統主監控畫面，主要實時監測高壓回路的運行狀態，紅色代表合閘，綠色代表分閘。在高壓系統圖中可以直觀的看到每路高壓進線和出線的運行參數和狀態，可以看到變壓器出線側的所有常規電力參數，如：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、頻率、有功電度及變壓器溫度。
圖（2） 高壓系統一次圖 低壓配電二次圖見圖（3），功能有電量遙測主要監測運行設備的電參量，其中包括：線三相電壓，電流，功率，功率因數，電能，頻率等電參量及配出回路的三相電流；遙信功能實現顯示現場設備的運行狀態，主要包括：開關的分、合閘運行狀態和通訊故障報警；斷路器變位時會發出報警信號，提醒用戶及時處理故障。
圖（3）低壓配電二次圖 遙信和遙測報警功能，主要完成對低壓各出線回路的開關運行狀態和負載進線監控，對開關變位和負載越限彈出報警界面指示具體的報警位置并聲音報警，提醒值班人員及時處理。遙測報警值設置界面可以看到每個監控點的實時值和報警設置值，方便值班人員比對進線設置，負載越限值在相應權限下可自由設置。具備歷史查詢功能。見圖（4）至圖（6）。
圖（4） 實時遙信報警信息
圖（5）歷史遙測報警信息查詢
圖（6）遙測報警值設置界面 參數抄表功能，主要對低壓各出線回路的電參數進線查詢。支持任意時刻電參數查詢，具備數據導出和報表打印等功能。該報表查詢供兩個變電所8臺變壓器出線各低壓回路的電參數，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據庫關聯，方便用戶修改回路名稱。見圖（7）。
圖（7） 參數抄表 用電量報表功能，可選擇時間段進行查詢，支持任意時間段電度累計查詢，具備數據導出和報表打印等功能。為值班人員提供了精確可靠的電能報表。該報表各回路名稱和數據庫關聯，方便用戶修改回路名稱。如下圖所示，顯示健身中心某段時間內的各配電回路的精確用電量，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（8）。
圖（8） 電能報表 系統通訊結構示意圖，主要顯示系統的組網結構，系統采用分層分布式結構，同時監測間隔層設備的通信狀態。紅色表示通訊正常，綠色表示通訊故障。見圖（9）。
圖（9）系統通訊結構示意圖 負荷趨勢曲線界面中可直觀的查看回路的負荷運行情況。查看實時和歷史趨勢曲線，點擊畫面相應按鈕或菜單項可以完成相應功能的切換；幫助用戶進線趨勢分析和故障追憶，具備曲線打印功能。為分析整個系統的運行狀況提供了直觀而方便的軟件支持。見圖（10）。
圖（10）趨勢曲線圖 4 結束語 隨著社會的發展及電力的廣泛應用，電力監控系統已成為全國各地重點工程項目、標志性建筑/大型公共設施等大面積多變電所用戶的必然選擇，本文介紹的Acrel-2000/3000電力監控與電能管理系統在蘇州吳中商務中心的應用，可以實現對變電所高低壓配電回路用電的實時監控與電能管理，不僅能顯示回路用電狀況，還具有網絡通訊功能，可以與串口服務器、計算機等組成電力監控系統。系統實現對采集數據的分析、處理，實時顯示變電所內各配電回路的運行狀態，對分合閘、負載越限具有彈出報警對話框及語音提示，并生成各種電能報表、分析曲線、圖形等，便于電能的遠程抄表以及分析、研究，不但減少抄表人員的工作量，而且降低了建筑的管理成本，是實現管理節電的重要措施和有效途徑。 該系統運行安全、可靠、穩定，為變電所用戶解決用電問題提供了真實可靠的依據，取得了較好的社會效益。［2］ 該系統為城市能耗監測平臺預留接口，可以無縫接入城市能耗監測平臺，實現城市節能管理部門對建筑物的能耗進行監控。
