常熟涤纶有限公司电能管理系统设计方案

0 引言

        配电自动化，是一项集计算机技术、数据传输技术、控制技术、现代化设备及管理于一体的综合信息管理系统。其目的是提高供电可靠性，改善电能质量，向用户提供优质服务，降低运行费用，减轻运行人员的劳动强度。        随着电力网络的不断发展，用电负荷的持续增长，各种新型负载不断涌现，用户更加关注电能质量问题，同时也对电能质量提出了更加严格的要求。用户需要更加有效的电力监控管理解决方案来应对上述变化带来的挑战，以实现配电系统持续可靠、高效低耗的运行。

        本文以常熟涤纶有限公司电能管理系统为例，介绍电能管理系统在企业生产中的应用。
1 项目概况

        常熟涤纶有限公司（原常熟市涤纶厂）是高强低伸涤纶长丝及FDY高强低收缩涤纶工业丝（细旦）专业生产企业，并拥有自营进出口权。公司创建于 1983 年，地处长江三角洲的常熟市董浜镇徐市。 厂占地面积 49900 平方米，建筑面积 27319 平方米，共有四个生产厂区。由于常熟涤纶工厂用电量比较大，并且为响应国务院制定的一系列促进节能减排的政策措施，更好的对配电系统进行监控管理。因此建立了后台电力监控与电能管理系统，对配电进行智能化管理。

        该工厂变配电系统主要由工厂一楼高压电机出线和三楼配电室进行变配电管理，共计一个高压出线回路，32个低压出线回路，均安装PZ72-E4/KC可编程电测表，工厂三楼配电室提供整个常熟涤纶的生产所需电力。监控值班室设置在工厂的二楼监控室。
2 用户需求

        为了能实现对整个厂房用电量进行自动采集、远传和存储、预处理、线损统计及分析的电能综合管理平台，厂房需采用一套电能管理系统软件，将各个用电回路的用电状况及用电量进行管理，将各种用电量及相关数据通过图、表等方式展现给本地网络的管理层，并预留接口，为日后向上级管理平台提供用电量分析的数据基础。达到自动采集、集中管理的一个智能化电能管理系统。
3 设计方案

        3.1 设计标准

        DL/T 698                                            电能信息采集与管理系统

        DL/T 698.1-2009第1部分：           总则

        DL/T 698.2-2010 第2部分：          主站技术规范

        DL/T 698.31-2010 第3.1部分：    电能信息采集终端技术规范-通用要求

        DL/T 698.35-2010第3-5部分：     电能信息采集终端技术规范-低压集中抄表终端特殊要求        

         DL/T 698.41-2010第4-1部分：     通信协议-主站与电能信息采集终端通信

        DL/T 698.42-2010第4-2部分：    通讯协议-集中器下行通信协议

        DL/T/814-2002                                配电自动化系统功能规范        

        G/T/3047.1                                    面板、架和柜的基本尺寸系列

        DL/T5137-2001     　                   《电测量及电能计量装置设计技术规程》        

        GB2887                                           计算站场地技术条件

         3.2 系统结构

        Acrel-3000电能管理系统以监控主机、通讯设备、测控单元为基本工具，为大型公共建筑的实时数据采集、开关状态监测及远程管理与控制提供了基础平台，它可以和检测、控制设备构成任意复杂的监控系统。该系统主要采用分层分布式计算机网络结构，如图1所示：站控管理层、网络通讯层和现场设备层。

               1）站控管理层

        站控管理层针对电能管理系统的管理人员，是人机交互的直接窗口，也是系统的最上层部分。主要由系统软件和必要的硬件设备，如工业级计算机、打印机、UPS电源等组成。监测系统软件具有良好的人机交互界面，对采集的现场各类数据信息计算、分析与处理，并以图形、数显、声音等方式反映现场的运行状况。

        监控主机：用于数据采集、处理和数据转发。为系统内或外部提供数据接口，进行系统管理、维护和分析工作。

        打印机：系统召唤打印或自动打印图形、报表等。

        UPS：保证计算机监测系统的正常供电，在整个系统发生供电问题时，保证站控管理层设备的正常运行，提供足够的时间进行数据存储。

         2）网络通讯层

        通讯层设备为CP134U-I扩展卡。该层是数据信息交换的桥梁，负责对现场设备回送的数据信息进行采集、分类和传送等工作的同时，转达上位机对现场设备的各种控制命令。

        通讯介质：系统主要采用屏蔽双绞线，以RS485接口，MODBUS通讯协议实现现场设备与上位机的实时通讯。

        3）现场设备层

        现场设备层是数据采集终端，主要由智能仪表组成，采用具有高可靠性、带有现场总线连接的分布式I/O控制器构成数据采集终端，向数据中心上传采集的数据。测量仪表担负着最基层的数据采集任务，其监测的数据必须完整、准确并实时传送至监控主机。

        3.3 现场仪表

        对于主进线回路的监测，采用安科瑞的PZ42-E4/KC，实现对该回路的主要电参量的测量，其中包括三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、有功电度、无功电度、频率、功率因数、电能的峰平谷电能、以及断路器分合状态信号等。

        对于其他的配电柜出线回路，采用的都是PZ72-E4/KC电力仪表，PZ72-E4/KC多功能电表，为嵌入式安装，可安装在动力箱或低压出线柜门板上，面板尺寸为72mm×72mm，规格为220/380V、5A，电流经互感器接入，精度0.5级，广泛应用于高、低压进线柜、联络柜、出线柜、动力柜等场合，带RS485接口，Modbus通讯协议,详细仪表清单如表一所示：

         3.4 系统功能

        上位机软件为Acrel-3000电能管理系统组态软件，该软件是对现场电参量数据进行采集与监测的专用软件，最大的特点是能以灵活多样的“组态形式”而不是编程方式来进行系统集成，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”，便可以非常容易地实现和完成对现场数据的采集与监测功能。Acrel-3000电能管理系统具有友好的人机交互界面，可实时和定时采集现场设备各电参量及开关量状态，并将采集到的数据上传给监控主机进行实时显示与存储。系统还提供了实时曲线和历史趋势曲线分析，符合用户设计需要的报表、事件记录和故障报警等功能。整个系统可以实现所有回路用电量的采集和统计，实现了远程自动抄表、电力监控与电能管理功能。

        1）数据采集和显示

        现场仪表测量并采集回路数据信息，上位机软件再对现场仪表的数据进行定时或周期采集并存储，可以自由设置采集的时间周期，最小的系统支持的采集周期。可以随时查看任一表计的瞬时表值、累计量等信息，记录时间间隔内电力仪表的电压、电流、功率因数和有功电度等。这些参数信息可以自动保存到数据库中，便于查询。

        系统具有友好的人机界面，便于普通的现场值班人员查看并记录相关信息，系统一次图不仅显示了线路的开关状态，还实时显示电压、电力、有功电度等重要的电力参数。所有数据信息都定期的保存到数据库中。

         2）远程抄表

        系统对所有采集到的数据都能实时的显示，并保存到数据库中，因此可以手动查询每个回路的所有实时及历史电参量数据，并以表格的形式展现给用户，便于打印、保存。

         3）电能报表与棒图 

       系统采集的有功电度数据，按照回路名称的不同，自动生成日报表、月报表和年报表并有报表打印功能，并可对某一回路的某一时间段内的用电量进行查询与打印，同时这些报表也能以Excel的格式导出。系统还可以根据生成的电能报表，对每一回路的用电量根据时间不同形成年用电棒图、月用电棒图以及每日的用电棒图，便于查看。4）电流、功率趋势曲线对于所有回路，不仅可以对电流、功率进行实时显示与监测，并可以根据保存的历史数据做成趋势曲线，可以查看实时和历史变化趋势，预测电力负荷容量，并可对电力故障进行查询，保证电力负荷的安全运行。

         5）事件记录与报警

        主要用于查看历史报警信息；帮助用户进行事故查询与追忆；支持历史查询，打印等功能。实时报警信息会即时弹出，提醒用户所进行的操作。并对所有操作具有自动事件记录功能。
4 结束语

        本文介绍的基于ACREL-3000的电力监控与电能管理系统，不仅可以实时显示电力运行状态及用电状况，还能对数据进行分析处理，以用户适用的方式展现出来，满足用户的需求，实现对采集数据的分析、处理，其生成各种电能报表、分析曲线、图形等，极大的方便了用户的使用，便于配电系统的实时监控与电能的远程抄表与分析研究，为工厂的节能技术提供参考。
参考文献任致程，周中. 电力电测数字仪表原理与应用指南[M]. 北京. 中国电力出版社. 2007.4