电力监控与电能管理系统在月亮湾集中供冷中心的应用

概述
月亮湾集中供冷中心是一幢集集中供冷站、大型公交首末站和重要社会停车场为一体的大型公共建筑，建筑面积约为24000平方米。根据配电系统管理和能耗监测的要求，需要对楼内的高压进线、低压配出线和各楼层内配电箱进行电力监控，以保证用电的安全、高效。
Acrel-3000型低压智能配电系统，充分利用了现代电子技术、计算机技术、网络技术和现场总线技术的最新发展，对变配电系统进行分散数据采集和集中监控管理。对配电系统的二次设备进行组网，通过计算机和通讯网络，将分散的配电所的现场设备连接为一个有机的整体，实现电网运行的远程监控和集中管理。

系统结构描述：
本监控系统主要实现对月亮湾集中供冷中心的20/0.4kV配电系统进行监控；监控范围为四楼变电所的T1、T2、T3、T4变压器进线柜、联络柜、应急照明配电屏1/2、应急动力配电屏1/2、高压柜、三楼变电所的1/2#柴油发电机配电屏和各楼层所有动力柜，对这些配电回路进行远程实时监控和电能管理。本监控系统采用分层分布式结构，即站控层，通讯层与间隔层；如图(1)所示：

间隔设备层主要为：多功能网络电力仪表、开关量、模拟量采集模块和智能断路器等。这些装置分别对应相应的一次设备安装在电气柜内，这些装置均采用RS485通讯接口，通过现场MODBUS总线组网通讯，实现数据现场采集。
网络通讯层主要为：通讯服务器，其主要功能为把分散在现场采集装置集中采集，同时远传至站控层，完成现场层和站控层之间的数据交互。
站控管理层：设有高性能工业计算机、显示器、UPS电源、打印机、报警蜂鸣器等设备。监控系统安装在计算机上，集中采集显示现场设备运行状况，以人机交互的形式显示给用户。
以上网络仪表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通讯协议，RS485采用屏蔽线传输，一般都采用二根连线，接线简单方便；通讯接口是半双工通信即通信的双方都可以接收、发送数据但是在同一时刻只能发送或接收数据，数据最高传输速率为10Mbps。RS485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰能力增强，总线上允许连接多达32个设备，最大传输距离为1.2km。

电力监控与电能管理系统主要功能
2.1 数据采集与处理
数据采集是配电监控的基础，数据采集主要由底层多功能网络仪表采集完成，实现远程数据的本地实时显示。需要完成采集的信号包括：三相电压U、三相电流I、频率Hz、功率P、功率因数COSφ、电度Epi、远程设备运行状态等数据。
数据处理主要是把按要求采集到的电参量实时准确的显示给用户，达到配电监控的自动化化和智能化要求，同时把采集到的数据存入数据库供用户查询。

2.2 人机交互
系统提供简单、易用、良好的用户使用界面。采用全中文界面，CAD图形显示低压配电系统电气一次主接线图，显示配电系统设备状态及相应实时运行参数，画面定时轮巡切换；画面实时动态刷新；模拟量显示；开关量显示；连续记录显示等。

2.3 故障报警及事故追忆
在配电系统发生运行故障时，会及时发出声光报警提示用户及时响应故障回路，同时自动记录事件发生的时间和回路名称，以便用户查询，追忆故障原因。

2.4 数据库建立与查询
主要完成遥测量和遥信量定时采集，并且建立数据库，定期生成报表，以供用户查询打印。

2.5 用户权限管理
针对不同级别的用户，设置不同的权限组，防止因人为误操作给生产，生活带来的损失，实现配电系统的安全，可靠运行。可以通过用户管理进行用户登录、用户注销、修改密码、添加删除等操作，方便用户对账号和权限的修改。

2.6 运行负荷曲线
负荷趋势曲线功能主要负责定时采集进线及重要回路电流和功率负荷参量，自动生成运行负荷趋势曲线的，方便用户及时了解设备的运行负荷状况。点击画面相应按钮或菜单项可以完成相应功能的切换；可以查看实时趋势曲线或历史趋势线；对所选曲线可以进行平移、缩放、量程变换等操作，帮助用户进线趋势分析和故障追忆。

2.7 远程报表查询
报表具有自由设置查询时间实现日、月、年的电能统计，数据导出和报表打印等功能。

3 案例分析
苏州月亮湾集中供冷中心的20/0.4kV配电系统进行监控；监控范围为四楼变电所的T1、T2、T3、T4变压器进线柜、联络柜、应急照明配电屏1/2、应急动力配电屏1/2、高压柜、三楼变电所的1/2#柴油发电机配电屏和各楼层所有动力柜，对这些配电回路进行远程实时监控和电能管理。
进线回路采用ACR230ELH多功能谐波仪表，其是针对电力系统、工矿企业、公共设施、智能大厦的电力监控需求而设计的网络电力仪表，它能测量所有常规电力参数，如：三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电度、无功电度、并可监测电压、电流的2-31次谐波分量等多种电参量。并且本仪表带有4路光电隔离开关量输入接点和2路继电器控制输出接点，这些接点可以配合智能断路器实现断路器的遥信、遥控操作。该系列网络电力仪表主要应用于变电站自动化、配电网自动化、小区电力监控、工业自动化、能源管理系统及智能建筑等领域。
重要配出回路采用ACR220EFLK系列网络电力仪表，该仪表主要完成三相电流、三相电压、有功电度的测量、复费率电能的计量以及开关信号的检测和继电器遥控输出。
高压侧实时画面见图1，为系统主监控画面，主要实时监测高压回路的运行状态，红色代表合闸，绿色代表分闸。

图1 高压系统一次图

苏州月亮湾集中供冷中心低压配电二次图见图2，功能有电量遥测主要监测运行设备的电参量，其中包括：线三相电压，电流，功率，功率因数，电能，频率等电参量及配出回路的三相电流；遥信功能实现显示现场设备的运行状态，主要包括：开关的分、合闸运行状态和通讯故障报警；远程抄表功能，主要完成对各主要回路的远程集抄功能，可选择时间段进行查询见图3；

用电量报表功能，根据时间段可以查询各回路的用电量情况，见图4；

事件记录功能，事件记录报警可实时历史查看，见图5；

系统通讯结构图，可实时查看系统各设备通讯运行情况，见图6。

负荷曲线，可直观的查看回路的负荷运行情况，见图7。

4 结束语

随着社会的发展及电力的广泛应用，电能管理已成为大型公共建筑的必然选择，本文介绍的电力仪表及Acrel3000电能管理系统在苏州月亮湾集中供冷中心的应用，可以实现对电能的分项及分时复费率计量，不仅能显示用电用能状况，还具有网络通讯功能，可以与计算机等组成电力监控与电能管理系统。系统实现对采集数据的分析、处理，并生成各种电能报表、分析曲线、图形等，便于电能的远程抄表以及分析、研究。该系列电力仪表及系统运行可靠，稳定，为楼宇电能统计数据，为节能提供决策依据取得了较好的社会效益。