安科瑞 繆凱倫

0引言

中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)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(xué)工程是國家發(fā)展的支柱性產(chǎn)業(yè)，為響應(yīng)國務(wù)院制定的一系列促進(jìn)節(jié)能減排的政策措施，更好的對配電系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)行智能化管理。
1系統(tǒng)設(shè)計
 變配電系統(tǒng)主要由A區(qū)變電所和B區(qū)變電所進(jìn)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(shè)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(shè)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(jī)、通訊設(shè)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(guān)狀態(tài)監(jiān)測及遠(yuǎn)程管理與控制提供了基礎(chǔ)平臺，它可以和檢測、控制設(shè)備構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要采用分層分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖1所示：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場設(shè)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(jī)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(shè)備，如工業(yè)級計算機(jī)、打印機(jī)、UPS電源等組成。監(jiān)測系統(tǒng)軟件具有良好的人機(jī)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(yùn)行狀況。
 監(jiān)控主機(jī)：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(jìn)行系統(tǒng)管理、維護(hù)和分析工作。
 打印機(jī)：系統(tǒng)召喚打印或自動打印圖形、報表等。
 UPS：保證計算機(jī)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(shè)備的正常運(yùn)行，提供足夠的時間進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。
2）網(wǎng)絡(luò)通訊層
 通訊層設(shè)備為由串口擴(kuò)展卡。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁，負(fù)責(zé)對現(xiàn)場設(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，轉(zhuǎn)達(dá)上位機(jī)對現(xiàn)場設(shè)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(shè)備與上位機(jī)的實時通訊。
3）現(xiàn)場設(shè)備層
 現(xiàn)場設(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(dān)負(fù)著基層的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，其監(jiān)測的數(shù)據(jù)須完整、準(zhǔn)確并實時傳送至監(jiān)控主機(jī)。
1.2 現(xiàn)場儀表
 對于中壓10kv回路的線路保護(hù)，采用微機(jī)繼電保護(hù)裝置，實現(xiàn)對線路的過流速斷保護(hù)，并具有遙測及遙信功能。開關(guān)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(jìn)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(yīng)用于高、低壓進(jìn)線柜、聯(lián)絡(luò)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(jī)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(jìn)行采集與監(jiān)測的專用軟件，特點(diǎn)是能以靈活多樣的“組態(tài)形式"而不是編程方式來進(jìn)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(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進(jìn)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(jī)交互界面，可實時和定時采集現(xiàn)場設(shè)備各電參量及開關(guān)量狀態(tài)，并將采集到的數(shù)據(jù)上傳給監(jiān)控主機(jī)進(jìn)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(shè)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(yuǎn)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(jī)軟件再對現(xiàn)場儀表的數(shù)據(jù)進(jìn)行定時或周期采集并存儲，可以自由設(shè)置采集的時間周期，系統(tǒng)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(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(jī)界面，便于普通的現(xiàn)場值班人員查看并記錄相關(guān)信息，系統(tǒng)一次圖不僅顯示了線路的開關(guān)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(yuǎn)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(jìn)行查詢與打印，同時這些報表也能以Excel的格式導(dǎo)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(jìn)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(yù)測電力負(fù)荷容量，并可對電力故障進(jìn)行查詢，保證電力負(fù)荷的安全運(yùn)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(jìn)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(jìn)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(yīng)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(jī)關(guān)辦公建筑及大型公共建筑智能化建設(shè)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(yùn)行狀態(tài)及用電狀況，還能對數(shù)據(jù)進(jìn)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(yuǎn)程抄表與分析研究，為智能建筑的節(jié)能技術(shù)提供參考。