多功能电能管理仪表

电力监控软件的可扩展性设计 安科瑞鲍静君
摘要：本文根据安科瑞电力监控系统软件的设计过程，论述了电力监控系统高扩展性的设计思路和方法，对于电力监控组态软件与电力平台方案的研究有一定的参考**。
关键字：安科瑞电力监控软件、组态、内存数据库、规约、自动报表、自定义报表

随着电力行业的不断发展，电力监控系统逐渐成为供电配电系统中的重要组成部分。所谓电力监控系统，是在计算机上对系统中各设备的实时运行情况、工作状态、运行历史数据信息、阶段运行后报表信息展示等各方面进行实时监控及信息处理的一套信息管理系统。
电力监控系统实现了设备数据的实时采集、处理和实时数据储存、历史数据汇总等，图形化展示各设备实时工作情况、设备数据，对设备数据异常提供实时告警等功能。通过在供电配电设计中使用电力监控系统，较大的提高了系统的工作效率与系统稳定性、设备异常反应的实时性等。
认真研究电力监控系统，有助于我们较加完善供电配电技术，将电力监控系统应用到各个行业中去，能有效地提高供电配电技术水平。安科瑞电力监控软件是为用户提供智能电力监控而研发出的一套完整的供电配电系统解决方案，在本文中，介绍电力监控系统的基本功能，主要从应用的角度介绍可扩展性电力监控系统的设计实现
1　电力监控系统
电力监控系统是基于采集与监视数据的软件控制系统（SCADA，其全称是：Supervisory Control And Data Acquisition）发展起来的，运用计算机技术，在电力系统运行过程中进行调度与控制，对设备进行数据采集与设备控制等行为的一种抽象描述，所以控制系统本身技术上可以应用于所有工业控制领域的各种场景。
2　电力监控软件要求
电力监控系统运行的典型场景模型如图1所示，这种监控系统可以根据实际情况的不同作相应改变。

图1 典型场景模型
2.1 系统可用性
a.系统能够可扩展支持新的设备类型接入与新的协议，设备数据接入是系统**。
b.工程人员根据电力设计图纸与现场终端设备拓扑，进行电力监控项目开发，在此过程中，要求配置过程相对简单，方便工程调试和修改，以及设备的更换等。
c.界面组态开发人员能够快速对应电力监控系统图形界面的画面布局、图形层次与信息表达等内容。
d.用户共性的自动化报表以外的个性化支持与扩展，以报表模板的方式支持用户扩展生成多样化的报表，并且与电力监控系统对接，通过系统数据结合模板生成较终报表。
2.2 高实时性与可靠性
采用实时数据库技术，对数据进行处理与展示，保证系统的实时性要求。
3　电力监控软件主要功能
电力监控软件的**是以应用为导向，较终以图形和报表的形式，展示当前各终端设备数据给用户，显示当前系统状态和为用户决策行为提供数据支持，图2为系统功能模块与框架说明。

图2 系统功能模块与框架说明

3.1 对电力设备进行数据采集与处理
电力监控软件实时采集各终端设备的遥信、遥测、遥脉等数据，提供实时数据库高实时性的数据访问与处理，确保系统中各设备数据实时较新，图形化动态展示及监控系统实时提醒非正常运行的供电设备。
3.2 对电力设备进行控制
系统调度或监控发出命令以实现远程操作。利用电力监控软件主动发出信号给远程终端设备实施控制操作，远程终端设备接受并执行相应命令实现远程控制。电力监控系统对操作进行流程化与规范化，对整个电力监控系统的运行过程进行控制规范化，减少人工控制带来的误操作风险。
3.3 设备阶段数据监视
电力监控系统实时动态图形化展示设备阶段时间内运行的设备数据情况，系统管理者可根据设备阶段运行动态情况决策分析出当前设备运行情况与系统内可能出现的问题，并做趋势判断以确保系统的正常运行。
3.4 报表处理
在电力监控系统中提供电子报表系统，可对接电力监控系统中的历史数据、实时数据，根据报表模板、运算公式生成结果并载入，形成自定义与自动生成的具有图文并貌特征的数据信息报表，直观清晰反映出阶段内系统中终端数据统计情况。
4.可扩展电力监控软件的接入方式与场景需求变化应对
当前数据终端设备通讯方式、协议多样，应用场景多变，因此需要设计出高可扩展性电力监控软件，以快速对应各项目应用，提高软件的适用性与项目开发的效率，提高软件的生命力，实现软件设计过程中的数据接入与转发、系统图形、内存库动态调配大小、报表等方面的动态扩展性。
4.1数据处理
数据接入和转发：提供系统本地数据转发给第三方平台或者系统作为对称的结点存在于大系统中。
通讯方式： 目前电力系统主要为有线通讯，其中包括串口，网口，光口。分布式光伏有时还会用到无线通讯。
通讯协议： Modbus/RTU、IEC 103、IEC 101、DL/T645、CDT、DISA（CDT规约升级版）规约等。
各协议的驱动由单独模块实现，规约驱动管理模块通过规范化模块接口，系统根据规约驱动模块名称，执行*规范接口，加载规约驱动。图3对系统驱动可扩展设计交互流程说明。

图3 对系统驱动可扩展设计交互流程说明

4.2系统图形组态
电力管理系统中的各智能终端设备的状态与数据，需要图形化直观的以拓扑图、电力一次图、二次图等方式展示给系统的使用者，显示当前系统各设备状态，其中涉及较多图元、图形、图表等绘图元素，且组态时各部分支持用户图形自行扩展，以适应不断增加的电力设备类型与用户需求展现形式多样性。
图元：系统默认提供常用设备图元，用户也可自定义绘制
图形：图形高度组态，系统拓扑图、一次图、二次图用户可自由绘制、绑定数据，直观反映
图表：曲线图形提供实时与历史曲线结合，展示多点的所有历史和当前运行情况，为决策提供直观数据
4.3报表系统
报表系统作为电力管理系统中重要的组成部分，将整个系统阶段运营情况作汇总。报表的用途多样，可作为能耗分析、电能管理等方面决策的数据支撑。根据电力管理的特点，系统支持自动化报表、自定义报表，满足用户多样化需求及电力管理系统的报表可扩展性需求。
自动报表：电参量报表、电能报表能够自动生成，直接反映系统中各终端设备真实数据。
用户自定义报表：用户提供报表模板与计算公式，采用脚本方式获取系统数据进行填充，报表数据是进行分析的结果，提供较具体直观的报表，符合系统使用方多样化需求。
4.4内存数据库管理系统
电力监控系统软件采用内存数据库与数据库相结合，主要是因为电力监控管理软件对数据实时性要求高，需要**时间反映设备运行状态，且系统与终端设备进行数据交互频繁，数据不断变化且大多是中间临时数据，所以采用高速内存存储实时数据信息，通过计算引擎把有意义的数据或者用户关心的信息数据进行转储到数据库，即保证了系统的实时性与数据保存的持久。
使用内存库保存数据时，数据量大，多个系统需要共享数据，从多个角度展示给不同的系统用户，实现形式上采用文件内存映射的方式，组织形式上在设计内存数据库时与数据库管理相似，便于各程序对设备数据进行查找与读写操作，索引过程可根据数据量大小建立直接索引与HASH索引，管理形式上由实际数据量决定文件全量映射或者分页式管理文件映射（LRU换页），各表在内存数据库大小可调配，由接入设备与数据点数量决定，从而支持系统可扩展，减少大开小用的浪费情形。
5　总结
电力监控系统作为电力系统的一个重要组成部分，在电力系统的不断发展过程中，要求电力监控系统能够适应不断发展的电力终端设备与电力技术。以上从数据接入转发、系统图形组态、报表系统和数据库系统等四个系统的**方面，在技术实现角度对可扩展性电力监控软件的设计进行说明，可扩展设计保证了软件的对于行业不断发展适用性。
文章来源：《自动化博览》2019年2期。

国家机关办公建筑中的能耗分析管理系统 安科瑞鲍静君
「摘要】：本文主要介绍了广东某**局节约型建筑节能监管平台的建设，着重阐述了Acrel-5000建筑能耗分析管理系统软件，及其实现分散式采集和集中控制管理的智能化节能监控体系。
「关键词】：机关大楼；智能电测表；建筑能耗分析
一、前言
我国目前是世界上*二位能源生产国和消费国。能源供应的持续增长，为经济社会发展提供了重要的支撑；同时，能源消费的快速增长，为世界能源市场创造了广阔的发展空间。中国已经成为世界能源市场不可或缺的重要组成部分，中国的发展对维护**能源安全，正发挥着越来越重要的积极作用。
在我国，建筑能耗约占总能耗的27%以上，而且还在以每年1个百分点的速度增加。据住房和城乡建设部统计数字显示，我国每年城乡建设新建房屋建筑面积近20亿平方米，其中80%以上为高能耗建筑；既有建筑近400亿平方米，95%以上是高能耗建筑。建筑能耗占全国总能耗的比例逐年快速上升，为应对上述情况，我国新建建筑已经基本实现按节能标准设计，这个比例已高达95.7%，但是，施工阶段执行节能设计标准的比例仅为53.8%。
据统计，我国国家机关办公建筑和大型公共建筑总面积不足城镇建筑总面积的4%，但年耗电量约占全国城镇总耗电量的22%，每平方米年耗电量是普通居民住宅的10～20倍，是欧洲、日本等发达国家同类建筑的1.5～2倍。
由此看来，节能减排是我国当前及将来发展中所必须面临并亟待解决的重大问题。实际上，十一五规划已经为减少能源浪费和降低废气排放制定了具体的目标，**印发的发展改革委会同有关部门制定的《节能减排综合性工作方案》，明确了中国实现节能减排的目标任务和总体要求。
为了我国长远可持续的发展，为了我国能源的安全，也为了把我国建设成一个和谐、现代化的文明社会，节能减排是必须完成的既定目标。为达到上述目标，作为占总能耗1/4还多的建筑物，迫切需要建立一套完整的能耗监测系统，特别必须建立一套国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统，这是节能减排的必要措施。
二、系统设计依据及技术规范
建筑能耗监测系统是在住房和城乡建设部制定的《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统》技术规范的出台后完成设计和开发的。因此，设计依据充分、技术标准正确，并且为节能减排提供了预留接口。
本系统设计依据的技术规范包括：
1、住房和城乡建设部技术要求
《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据采集技术导则》
《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据传输技术导则》
《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统楼宇分项计量设计安装技术导则》
《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统数据中心建设与维护技术导则》
《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统建设、验收与运行管理规范》
《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统软件开发指导说明书》
2、国家及行业相关标准
GB50052-2009 供配电系统设计规范
DL/T 698 电能信息采集与管理系统
MODBUS_RTU 多功能电表通信规约
CJ/T 188-2004 户用计量仪表数据传输技术条件
GB/T 19582-2008 基于Modbus协议的工业自动化网络规范
GB 9254-1998 信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法
GB/T 17168-1998 信息技术设备抗扰度限值和测量方法
GB/T 17626-1998 电磁兼容试验和测量技术
三、建筑能耗分析管理系统应用实例
广东某市级**中心，总占地面积85亩，总建筑面积9.2万平方米，工程建设投资4亿元，建成后的机关大楼，供区法院、检察院、**、政法委在内的政法系统单位办公使用。

该项目有1#（**）、2#（法院、检察院）两个变配电室，室内的配电柜中安装了安科瑞332块PZ系列可编程智能电测表。为了能够实现电力参数实时遥测、电能计量、电能报表等功能，系统采用了Acrel-5000能耗监测管理系统，做到集中管理、集中控制，解决了值班人员现场抄表的烦琐，及以往定期手工抄表带来的低效率和数据可靠性不高的问题。并且预留了扩展接口，可方便进行水、气以及其他能源消耗监测的扩展接入，具有投资少、简明实用、便于智能管理等优点。
四、系统结构
**中心的值班室位于1#**负一层变配电室旁，配置一台工业网络交换机；2#变配电室现场采用13根总线，使用一台16口的串口服务器，通过光纤连接至1#值班室内的交换机上；1#变配电室现场采用13根总线，使用一台16口的串口服务器，连接至值班室内的交换机；再通过大楼的局域网把数据传输到后台系统。
Acrel-5000能耗监测管理系统拓扑结构如图1。

图1 系统拓扑结构图
Acrel-5000能耗监测管理系统采用了分布式结构，按功能或区域进行划分，模块化设计。整个系统分为三层，即现场层、中间层、主控层。
现场层主要任务是将现场的各种配电系统的运行参数进行采集和测量，并将采集和测量的各种数据传输给监控系统。项目中主要使用了安科瑞PZ系列可编程智能电测表共计300余台，实现了现场300余点位的监控及管理。以上设备均相互独立完成各自的功能，不依赖主控计算机运行，具备RS-485 通信接口，通过现场的RS-485总线将检测到的各项电参数和状态信号实时传输到中间层的数据处理单元—通讯服务器。
中间层位于现场层与主控层之间，采用高性能、嵌入式通讯服务器。通讯服务器负责把现场层仪表采集的数据经过网络通信联接、数据交换上传到主控层，是主控层与现场层的桥梁。
主控层位于1#**变配电室旁的值班室，配置高性能、高可靠性工业级计算机、UPS不间断电源、打印机等。Acrel-5000能耗监测管理系统安装在主控计算机上，通过软件的人机界面和各种控制功能实现对整个大楼电力系统的能耗监控及分析管理。
五、设备参数列表

六、系统功能介绍
现场低压配电系统主要有8台10/0.4 kV配电变压器和2台应急发电机，本系统主要负责对低压进线及相应配出回路的实时动态监测。
进线回路采用PZxx-E4/KC，它能测量三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电能、无功电能等多种电参量，并带有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,带RS485通讯接口。
配出回路采用PZxx-AI3/KC，它能测量三相电流，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，带RS485通讯接口。
进入系统后通过遥测我们可以查看各回路的三相线电压、电流、功率、电能等电参量。遥信功能则实现了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，断路器变位时会发出报警信号。如下图2，高压配电系统主要监测了高压回路的运行状态，红色代表合闸，绿色代表分闸；并在画面上动态显示三相电流、线电压。

图2 1#（**）高压配电系统图
图3的低压配电系统主要监测了运行设备的电参量，其中包括：进线三相电流，功率，功率，电能，频率等电参量及配出回路的三相电流。

图3 T1变压器低压配电系统图
系统通讯状态图，可实时查看系统各设备通讯运行情况，见图4。

图4 1#（**）配电室通讯状态
远程抄表功能，完成对各主要回路的实时远程集抄功能。并根据时间段可以查询各回路的能耗情况，定期打印电能报表，见图5。

图5 电能报表
趋势曲线，可直观的查看回路的负荷运行情况，并进行不同时间段之间的能耗曲线比较，见图6。

图6 趋势曲线



能耗管理系统实施效果——机关办公大楼内的能耗分析管理系统经过近一年的运行,已积累了一定量的能耗数据，管理人员已可以使用此系统对楼内各分项系统、各个供电回路进行实时监测,多次及时地纠正了个别办公室在非工作时间忘记关灯、空调及办公设备的行为。通过对历史能耗数据的统计分析,已掌握了电耗在各大楼内分项系统中的分布情况以及各部门的能耗情况。Acrel-5000能耗监测管理系统为国家机关办公建筑的节能管理工作提供了客观的量化依据。
节能减排是我国当前及将来发展中所必须面临并亟待解决的重大问题。此**中心项目上的成功应用，证明了Acrel-5000能耗监测管理系统为国家机关办公建筑的实时数据采集及远程管理与控制提供了基础平台，实现建筑分项能耗的自动采集，自动汇总及分析，该系统能够得到大型建筑实时能耗，并为降低其建筑能耗和提高建筑能效，提供了决策依据和参考；为进一步推进能耗统计，能源审计，能效测评等工作提供了关键数据。

参考文献：
[1]《电力电测数字仪表原理与应用指南》， 任致程、周中，中国电力出版社
[2]安科瑞电气股份有限公司产品手册.2013.01.版
[3] [2008]114号文《关于印发国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统建设相关技术导则的通知》

Acrel-2000电力监控系统技术规范书 安科瑞鲍静君
1. 项目概况
华瑞(江苏)燃机服务有限公司变配电所装机容量为3600KVA。现场分为中心变电所和分变电所，其中中心变电所装机容量为1600KVA，分变电所装机容量为2000KVA。中心变电所采用一路10KV电源接入，主接线为单电源，一台变压器，高低压均为单母线系统。


2. 设计依据
2.1. 用户需求
系统应通过多功能的电力监控装置、通讯网络和计算机软件，实现变电所供配电系统在运行过程中的数据采集、运行监视、事故记录和分析、三相不平衡监视、继电保护等，完成企业的安全供电、用电管理、设备管理和运行管理。系统由站控管理层、网络通讯层和现场设备层构成。
系统功能需求：
1) 数据采集及处理：通过间隔层单元实时采集现场各种电力参数、开关量及温度量、电度抄表等;
2) 画面显示：全部设备的位置状态、变位信息、保护设备动作及复归信息、直流系统及所用变系统的信息、各测量值的实时数据、各种告警信息、计算机监控系统的状态信息;
3) 记录功能：具有对各种历史数据的记忆功能，以供随时查询、回顾、打印。
4) 报警处理：用户可以按照自己的意愿分类、筛选报警，并将报警归纳于不同的报警窗口中，根据不同的报警级别进行报警;
5) 应具有完善的用户管理功能，避免越权操作;
6) 历史曲线显示：可显示存于历史数据库中的任意模拟量、电度量以及母线电压任意时间的历史波形图;
7) 报表打印功能：可召唤打印、定时打印各种历史数据，运行参数，事故报告统计，电度量统计报表，主接线图，负荷曲线。

2.2. 设计标准
本技术规范书提供的设备应满足以下规定、法规和行业标准：
ISO/IEC11801《**综合布线标准》
GB/50198《监控系统工程技术规范》
GB50052-2009《供配电系统设计规范》
GB50054-2011《低压配电设计规范》
IEC 61587《电子设备机械结构系列》
DL/T5103《35-110 KV无人值班变电所设计规程》
GB50059《35-110 KV变电所设计技术规程》
NDG889《火力发电厂、变电所二次接线设计技术规定》
GB50229-2006《火力发电厂与变电所设计*条件》
IEC2554《绝缘电压、冲击耐压测试》
IEC2554《高频干扰电压测试》
IEC255424《静电放电试验》
IEC255-224《快速瞬变干扰试验》
GB6162《静态继电器和保护装置的电气干扰试验》
DL/T587-2007《微机继电保护装置运行管理规程》
GB14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》
GB/T15145《微机线路保护装置通用技术条件》
GB/3047.1《面板、架和柜的基本尺寸系列》
SD286-88《线路继电保护产品动模试验技术条件》
GB/T1514594《微机线路保护装置通用技术条件》
GB/T14598.9《辐射电磁场干扰试验》
GB/T14598.10《快速瞬变干扰试验》
GB 6126 《静态继电器及保护装置的电气干扰试验》
GB 7261 《继电器和继电保护装置基本试验方法》
GB 14285-2006 《继电保护和安全自动装置技术规程》
GB/T15145-2008《输电线路保护装置通用技术条件》
GB/T17626.2-2006 《电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验》
GB/T17626.3 《射频电磁场辐射抗扰度试验》
GB/T17626.4 《电快速瞬变脉冲群抗扰度试验》
GB/T17626.5 《浪涌(冲击)抗扰度试验》
GB/T17626.6 《射频场感应的传导骚扰抗扰度》
GB/T17626.8 《工频磁场的抗扰度试验》
GB/T17626.9 《脉冲磁场的抗扰度试验》
GB/T17626.10《阻尼振荡磁场的抗扰度试验》
GB/T17626.11《电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度试验》
GB/T17626.12《振荡波抗扰度试验》
DL/T720-2000 《电力系统继电保护柜、屏通用技术条件》

2.3. 设计范围
根据客户需求及项目实际情况，本项目智能化设计一套Acrel-2000电力监控系统。该项目现场设备层仪器仪表的具体分布情况如下：
分变电所：PZ96L-E4/C 3台 AM5-T 1台 ACR220ELH/K 1台 PZ80L-E4/KC 12台;
中心变电所:：PZ96L-E4/C 6台 AM5-T 1台 AM5-F 2台 ACR220ELH/K 2台 PZ80L-E4/KC 26台。

3. 系统集成设备清单
见附件三：《系统集成设备清单》

4. Acrel-2000电力监控系统运行环境及基本要求
4.1. 电力监控系统硬件正常工作条件
为使Acrel-2000电力监控系统正常工作，安装系统软件的主机需满足如下硬件条件：
CPU：Pentum(R)4 CPU 2.0GHz以上;
内存：512MB以上;
硬盘：120G以上;
显示器：VGA、SVGA以及支持桌面操作系统的图形适配器，显示256色以上;
并行口或USB接口：用于安装产品授权加密狗。

4.2. 软件运行环境条件
Acrel-2000电力监控系统软件主要运行在微软的Windows操作系统平台上，兼容Windows Xp Professional 32位(简体中文)、Windows Server 2003 Standard Edition 32位(简体中文)、Windows Server 2008 Enterprise Edition 32位(简体中文)、Windows 7 Ultimate 32位(简体中文)。
软件通过硬件加密锁进行授权，经过授权的软件可以长时间不间断运行，而没有经过授权的软件数据库点仅能使用32点，且连续在线运行时间限制为1小时。

4.3. 电力监控系统机房要求
本监控系统所处的系统机房的防雷和接地设计，应满足人身安全及电子信息系统正常运行的要求，并应符合现行国家标准《建筑物防雷设计规范》GB 50057和《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB 50343的有关规定。监控计算机及通讯采集装置所处环境应满足以下要求：
海拔高度：≤2000m;
环境温度：5℃～+45℃;
较大日温差：25K;
较大相对湿度：95%(日平均);90%(月平均);

5. 系统功能
1. 配电监测
安科瑞Acrel-2000电力监控系统具备友好的人机界面，能够以配电一次干线图的形式直观显示配电线路的分布情况，同时将实时采集的各回路的电参量信息，以及配电回路开关的分合闸状态，接地刀闸状态及相关故障、告警信号，实时显示在系统界面中。
功能要求：高压回路的一次图界面应显示回路名称、三相电流、三相线电压、总有功功率、总无功功率、总功率因数、频率和开关量光字牌。10kV配电系统中所需要监测的开关量为：断路器分合闸信号、手车工作/试验位置信号、远方/就地切换位置信号、弹簧储能位信号、接地刀信号、**高温跳闸信号、高温报警信号、事故信号和预告报警信号;低压进线回路电参量界面显示：回路名称、开关状态、三相电流、三相电压、总有功功率、总无功功率、总功率因数、频率和正向有功电能累计值。低压出线回路界面显示：回路名称、开关状态、三相(单相)电流。每个回路旁设置详细参数按钮，通过点击可查看该回路详细电参量，包括三相电流、三相电压、总有功功率、分相有功功率、总无功功率、分相无功功率、总功率因数、分相功率因数、频率、正向有功电能反向有功电能、感性无功电能、容性无功电能。

2. 高压光字牌
安科瑞Acrel-2000电力监控系统具有高压回路光字牌显示功能。该功能可以实时显示现场断路器、接地刀、断路器小车的位置及相关故障、告警信号等状态，从而方便配电维护人员及时掌握配电系统的工作状态。
功能要求：高压光字牌所监测显示的开关量应包括：断路器分合闸信号、手车工作/试验位置信号、弹簧储能位信号、接地刀信号、**高温跳闸信号、高温报警信号、事故信号和预告报警信号。

3. 电能报表
安科瑞Acrel-2000电力监控系统以丰富的数据报表体现计量体系的完整性。系统具备各回路定时抄表汇*计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况，即该节点进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表。该功能使得用电可视透明，并在用电误差偏大时可追溯，维护计量体系的正确性。
功能要求：具有起始时间和结束时间的时间选择框，选定想要查询的时间段后，通过点击查询按钮可查询出系统项目范围内所有配电回路的用电量。可通过导出按钮将报表以Excel形式导出保存，通过打印按钮进行报表打印。

4. 负荷曲线
安科瑞Acrel-2000电力监控系统对配电系统总进线回路(或重要负荷的出线)设计了负荷趋势曲线。便于配电维护人员及时掌握用电需求与供电系统负荷占比，确保供电可靠性，为用户单位的用能权益提供**。借助该功能，还可分析用能需量的增长趋势，适时调整需量申报，减少因需量偏差过大造成的多余缴费。
功能要求：该界面包括两个曲线图形，上部分曲线图形显示分相电流趋势图，下部分曲线图形显示总有功功率趋势图。曲线的时间跨度为7天，初始进入该界面时曲线图形应为实时曲线。当设定好曲线的起始时间，点击界面中的刷新曲线按钮时，此时曲线应自动切换为历史曲线，显示的为自曲线的起始时间至7天后的趋势曲线。电流曲线的纵坐标刻度较大值应为配电回路额定电流的1.2倍，负荷功率曲线的纵坐标刻度较大值应为配电回路额定功率的1.2倍。

5. 电参量报表
安科瑞Acrel-2000电力监控系统具有对实时电力参数和历史电力参数的存储和管理功能，所有实时采集的数据、顺序事件记录等均可保存到实时数据库。在监控画面中能够自定义需要查询的参数、查询的时间段或选择查询较近较新的记录数等，并通过报表方式显示出来。该功能方便用户进行事故追溯查询。
功能要求：可通过在抄表时间选择框中设定好抄表时间，点击抄表按钮，在查询表格中显示查询到的配电回路电参量信息应包括：回路名称、三相电流、三相电压、总有功功率、分相有功功率、总无功功率、总功率因数、频率、正向有功电能。电参量报表要支持Excel表格导出保存和表格打印功能。

6. 遥信实时报警
安科瑞Acrel-2000电力监控系统具备遥信报警配置功能，系统能够对配电回路断路器的分合闸动作进行实时监测并报警。系统报警时能够进行信息语音提示，自动弹出报警画面。
功能要求：系统应采集断路器分合闸信号，当发生断路器分合闸事件时，系统弹出遥信实时报警窗口。报警列表中应包含如下信息：报警时间、报警回路名称、报警点名称、报警内容、报警类型。

7. 遥测实时报警
安科瑞Acrel-2000电力监控系统具备遥测报警配置功能，报警类型包括电压越限、电流越限、频率越限、功率因数越限、断路器分合闸。系统报警时能够进行信息语音提示，自动弹出报警画面。
功能要求：应设置进线回路电参量遥测报警限值，电压的报警限值设定为±5%;频率为±0.5%;(相)电压谐波的报警限值设定为10kV配电系统4.0%，0.4kV配电系统5.0%;电流的报警上限值设定为额定值的85%;功率因数的报警下限值设定为0.9。当遥测电参量发生越限事件时，系统应弹出遥测实时报警窗口。报警列表中应包含如下信息：报警时间、报警回路名称、报警点名称、报警内容、报警类型、报警值、报警限值。

8. 遥信、遥测历史报警查询
安科瑞Acrel-2000电力监控系统能够对遥信、遥测报警数据进行存储，方便用户对系统报警事件进行追溯查询。
功能要求：可通过查询按钮选择查询时间，返回的遥信报警查询列表中应包含如下信息：报警时间、报警回路名称、报警点名称、报警内容、报警类型。遥测报警查询列表中应包含如下信息：报警时间、报警回路名称、报警点名称、报警内容、报警类型、报警值、报警限值。

9. 电能质量监测(该功能需要选配带谐波监测功能的电力仪表)
安科瑞Acrel-2000电力监控系统可以对整个配电系统范围内的电能质量和电能可靠性状况进行持续性的监测。例如配电系统维护人员可以通过谐波分析界面掌握配电系统的谐波含量，及时采取相应的措施提高配电系统的可靠性，减少因谐波造成的供电事故的发生。
功能要求：能够以列表方式和柱状图方式显示三相电压、三相电流的2-31次谐波含量百分比及总谐波含量的百分比。谐波柱状图可以进行原始量程、10倍量程、20倍量程、50倍量程、100倍量程、较适量程的选择切换。

10. 用户权限管理
安科瑞Acrel-2000电力监控系统为**系统安全稳定运行，设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作(如配电回路名称修改等)。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行维护管理提供可靠的安全**。
功能要求：将用户的级别分为操作工、班长、工程师、系统管理员这四个等级，每个等级可以单独赋给不同的操作权限，包括进入运行、退出运行、遥控操作、报表管理。系统管理员为较高等级用户，高一级的用户可以添加、删除下一级别的用户。

11. 通讯状态图
安科瑞Acrel-2000电力监控系统可以实时显示接入系统的各设备的通讯状态，能够完整的显示整个系统网络结构，可在线诊断系统网络通讯状态，发生网络故障时能自动在屏幕上显示故障单元和故障部位。从而方便系统维护人员实时掌握现场各设备的通讯状态，对出现异常的设备及时维护，保证系统的稳定运行。
功能要求：具备完整的系统通讯示意图，把系统拓扑结构和实时通讯状态显示出来。使用红色色块表示该回路通讯正常，绿色色块表示该回路通讯中断。在系统主机和通讯采集器旁标明该设备采用的IP地址，在各被监测设备旁标注上设备地址和设备回路编号。

12. 登陆界面
安科瑞Acrel-2000电力监控系统可以根据用户要求定制个性化的系统登录界面，登录界面所用的图片、Logo等需要用户提供。

13. 统计报表
安科瑞Acrel-2000电力监控系统为用户提供了综合的电能和需量统计报表功能，包含不同馈线的峰平谷用电量统计与记录，从而为用电的合理管理提供了数据依据(需要选用带复费率和较大需量功能的电力仪表)。同时可对各回路进行日、月报表的统计，减少配电系统维护人员的电能统计的工作时间，提高工作效率

水泥企业能源管理系统研究与应用 安科瑞鲍静君
0项目概况
山东某水泥厂建有2 条日产5000 吨熟料生产线和一座年产100 万吨水泥粉磨站。为发展循环经济，该厂为2 条熟料线分别配套建设了6MW、9MW 纯低温余热发电站。水泥企业是典型的高耗能行业，该厂煤、电、水费用合计占总生产成本的70%以上。因此，建立有效的能源综合管理系统、节能降耗是公司健康发展的迫切要求。安科瑞电气股份有限公司于2010年4月承接了该项目，整个系统采用Acrel-5000能耗监测系统，主要实现对企业用电量和用水量的在线监测和能耗管理。
1 目标任务
监视、分析以及控制能源使用，精确记录水泥熟料生产线各个环节和设备的能耗状况，记录分析和评价整体能耗费用水平，从而降低每个环节和线路能源的整体使用成本，同时将能源数据升华为有**的信息，用于掌握和分析各个部分的能源使用情况。将能源成本分摊到每个车间、班组、设备、生产环节或线路，并与绩效考核挂钩。自动生成A、B、C、D 各班能源消耗统计及主要设备停机次数、运转时间，并对用能情况通过曲线、棒图等形式表示出来，便于通过能源数据的收集和设备状态的分析，进一步发现能源使用漏点和节能空间比较大的环节，评估各项节能措施和设备的实际效果。
2 总体设计
能源管理系统借助现代化网络技术和计算机技术实时监视各种运行能源参数，不断地传送至系统服务器中，使运行管理人员可以通过监控中心全面了解系统的运行工况，简便地实现各种数据分析。通过该系统，能够精确记录各个车间和主要设备的能耗状况，记录分析和评价整体能源费用水平和能耗费用的分解，发现能耗的过度消耗点，实时监测能耗信息，调动生产者的积极性，帮助提高节能减排的效率。
2.1 系统组成
该系统主要由现场监控设备（主要包括各种智能仪表）、通讯设备（工业计算机数据环网）、能源管理系统软件3 部分组成。一次传感仪表主要采用施耐德公司产品，数据采集器、数据处理服务器、网络服务器、网络通信设施、主机及终端显示屏等全部采用国内**产品。
2.2 系统结构
该系统数据采集全部来自于现场智能仪表，与工业控制网络完全隔离，确保了工业控制网安全可靠稳定运行。系统与地面管理数据网络互联，实现了WEB 信息传输与发布。系统基于TCP/IP 架构，具备与其他子系统互联互通接口。系统内部能源监控和管理系统采用分层分布式结构，方便用户的管理和维护工作。系统采用**的能源监控和管理软件。
2.3 系统原理
通过该系统实时获取能源消耗监控点能耗数据，对能源供应、分配和消耗进行监测，实时掌握能源消耗状况，了解能耗结构，计算和分析各种设备能耗标准，监控各个运营环节的能耗异常情况，评估各项节能设备和措施的相关影响，并通过WEB 把各种能耗日报报表、各种能耗数据曲线等发布给相关管理和运营人员，分享能源信息化带来的成果，完成对企业能源系统的监控及电力负荷耗能状态的监测和管理。为节能工程提供数据支撑。
2.4 系统功能
1）实时监测能源数据。准确的能耗数据是节能工作的基础。能源管理系统可以根据实际需要，对水泥熟料生产各工艺，包括石灰石破碎、原料粉磨、煤粉制备、熟料烧成、余热发电等能耗信息进行实时监控。所监控的数据包括电能数据、蒸汽数据、煤耗数据、压缩空气数据、用水流量及原料消耗量等。
2）形成重要能耗报表。定期提供单位熟料电耗、煤耗、水耗、气耗等综合能耗信息，并对各生产工艺环节进行单耗、总耗统计；报表分为日报、月报、季报、年报等几种，分析电、煤、水、压缩空气、蒸汽消耗情况，以及主机设备运行时间、停机次数等信息。系统还可以分析对比不同时期，同类、不同类设备之间的耗能状况，为发现节能漏点，提供数据参考。
3）分析能耗负荷特性。以图表、棒图、曲线等方式，进行一系列负荷对比分析，包括单位能耗对比，重要负荷对比，一、二线同类负荷用能对比等；系统将分析结果长期存储在数据库中，同时考虑能源消耗、生产计划、产出多方面信息，总结经验，使设备以经济合理的方式运行，实现系统的节能降耗。
4）细化成本管理。科学准确的界定和分析各部门、班组用能成本，可实现对各车间及熟料线A、B、C、D“四班三运行”模式下各班能源消耗数据统计分析，并能做到班、日分析，使能耗分析较加准确、及时、细化，提升了对能耗成本的控制能力。
通过对比各部门和班组能耗数据，可以发现不良的操作习惯，形成科学的管理和考核办法。
5）预警并诊断能耗异常情况。对不符合工艺操作流程的用能设备、各测量点能源消耗的异常情况进行自动诊断和报警提示。对**出功率范围的能耗设备进行报警、对重要设备运行匹配状况提出诊断信息。控制室管理人员可根据系统提示，及时作出科学处理，有效防止跑冒滴漏现象，为生产线安全稳定运行提供可靠**。
2.5 软件特点
上位机软件为Acrel-5000能耗监测系统组态软件，该软件是对现场能耗数据进行采集与监测的**软件，较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-5000能耗监测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参量及开关量状态，并将采集到的数据上传给数据中心存储。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能耗的采集和统计，实现了远程自动抄表、能耗监测功能。
1）运行状态监测：通讯异常报警提示。
2）用户管理：不同用户权限具备不同操作功能，各级权限的口令修改操作功能，具有权限防误功能。
3）能耗报表、棒图：实现了所有能耗报表的按时间查询，分为日、月、年报表等，任意分类、分项实时能耗棒图显示。
4）打印及导出：所有报表及界面可打印，或以EXCEL、WORD 格式进行导出。
3 网络实现方案
系统监控中心设在控制室，作为能源管理系统的数据和管理中心，承担整个能源管理系统数据的采集、存储、统计、分析功能，同时管理整个系统的用户权限和Web 发布功能。整个系统采用光纤、以太网总线、RS485 等传输介质，组建独立的、**的通讯网络。主干线采用工业级光纤环型以太网络，环型主干网共设立11 个网络节点，包括监控中心、总降压站、余热电厂电气室、*窑头电气室、*原料粉磨电气室、*原料处理电气室、二线窑头电气室、二线原料粉磨电气室、二线原料处理电气室、石灰石破碎电气室、煤粉制备电气室，其它电气室、工作间等，信号采用光纤、RS485 或信号电缆就近连接到
这10 个节点之一，实现与监控中心的数据传输。
能源管理系统采用分层分布式网络结构（图1），系统自下而上分3 层：现场监测层、通讯层和系统管理层。

图1 某水泥厂能源管理系统网络结构
3.1 现场监测层
现场监测层是指直接采集现场设备数据并具备上传功能的现场监测设备，包括流量计、电力参数测量仪、压力传感器、电子秤以及可编程控制器PLC 等。这些监控设备完成信号采集、处理，并转换为通讯信号，接入到网络通讯层。东华水泥公司能源管理系统现场监测层将监测8 个子系统的现场数据：电能子系统、用水子系统、供煤子系统、柴油子系统、压缩空气子系统、蒸汽子系统、原料子系统、烟气子系统。
3.2 网络通讯层
网络通讯层是指完成能源管理系统通讯所涉及的底层通讯链路（如RS485）、通讯转换设备（以太网关）以及**层通讯链路（如光纤以太网、TCP/IP 网络）等的总称。这一部分是连接现场监测层和系统管理层的纽带环节。本项目现场通信网络采用RS485 总线方式，支持Modbus 通讯规约。通过以太网关转换为以太网络。以太网关扩展的RS485 的串行接口，支持Modbus 现场总线协议，每个 RS-422/485 通道较多能连接32 个智能设备。通过以太网关把低速串行信号转换为高速以太网，将现场层的电力数据转送入局域网内，方便上位系统的管理。工业级光交换机将以太网的电信号转换成光信号，多个以太网交换机组成光纤环网。依靠光纤网络良好的抗干扰性和传输性能可以较好适应恶劣的电气环境和远程的数据传输。监控中心与各站点（光纤通讯节点）之间采用全双工交换式光纤环网结构。光纤自愈环技术具有稳定性好、可靠性高和自愈能力强的特点。光纤环网中任何一处的线路故障不会导致通讯故障。
3.3 系统管理层
系统管理层是能源管理系统的较高管理层。系统管理层的全部设备安放在控制室内。配置一台监控服务器、一台操作工作站、一台WEB 服务器、通讯设备、激光打印机、UPS 等。数据服务器采用高性能计算机，能源管理软件采用专业的监控组态软件。该层完成接受现场监测层和DCS 系统上传的实时数据，并对这些数据进行分析、转换、存储，并以数字、曲线、报表等形式显示在屏幕上。能源管理系统须采用分层分布式网络结构，应具有良好的可靠性与实时性。监控软件应基于Windows 2000/2003/XP 中文操作系统，采用客户机/服务器模式的分布式网络结构，标准化、网络化、功能分布的体系结构；具备软、硬件的扩充能力；支持系统结构的扩展和功能的升级。同时，该层可以提供标准的网络接口和通信协议，实现与其他系统的联接；系统管理层通过OPC Server 与其它集成系统进行数据交换。具备与山东淄矿集团内部计算机网络、信息管理系统（MIS）、生产管理系统（如：DCS）、建筑物集成管理系统（BMS）等系统的联网，与其它接口可采用OPC Server/Client 模式。
4　主要监控及计量表计




5　应用效果
Acrel-5000能源管理系统自 2010 年4 月份试运行以来，通过边完善、边应用、边改进，在能耗管理控制方面**了初步效果。
1）强化了对标管理。大力开展了班与班之间、**条熟料线与*二条熟料线之间对标活动，且能实现当日对标。通过查找能源使用漏洞，减少重要耗能设备故障，提高了设备运转率，降低系统停机率，降低了能耗。
2）降低了用电消耗。通过能源系统报警提示，当供电系统总负荷**出申请需量时，系统可自动提示DCS 操作员调整负荷，关停有关设备。当原料磨主电机、煤磨主电机等大型用电设备停机后，系统将会自动提示操作人员，将其关联的原料磨风机、煤磨排风机进行及时关停，节约了电力消耗。试运行期间，先后避免了3 次风机停机不及时现象，降低电力消耗**过5000kWh。2 次调整了设备峰谷平用电不合理情况。
3）加强了用水管理。一旦发现总管路水流量大于其各支路流量之和，或支管路流量突然增大，**出正常范围时，系统将自动报警，监控人员即可断定管路有漏水点，组织人员查找处理，堵塞漏洞。试运行期间，避免了2 次漏水事故。通过开展对标活动和加强考核，**了显着效果。

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江苏安科瑞电器制造有限公司是安科瑞电气股份有限公司（代码：300286 SZ.）的全资子公司，是安科瑞电量采集、电力监控、电能管理、电气安全、低压保护、智能光伏等系列产品的生产基地。公司位于江苏省江阴市，目前现代化生产厂房面积达3万平方米，可年生产电力仪表/测控装置100万台、电流互感器80万只、非标电气柜5000台套。公司电子组装生产线均采用无铅生产工艺，生产检测设备自动化程度高，；建立了集ERP、MES、SRM、PDM的信息管理系统，是江苏省两化融合试点企业。
通过在产品、技术、生产工艺上的积累和持续创新，公司成实现了科技转型，由普通数显仪表和电量传感器的单一生产发展成为多样化产品的研发、生产、销售，产品涵盖了智能网络电力仪表、智能马达保护装置、智能光伏汇流装置、电能质量监控装置、电气火灾监控装置、消防电源监控设备、隔离电源柜、有源滤波装置、光伏汇流箱、光伏并网逆变器等。2009年，公司被认定为江苏省**企业。公司拥有获得实验室认证认可（CNAS）的测试中心，配置了试验仪器设备和专业的测试团队，可开展电磁兼容试验、HALT-HASS高加速寿命试验、高低温及交变湿热等环境试验、电气安全试验等多种检测试验项目，对公司新产品进行测试验证，同时也对量产的产品进行定期抽样试验，确保产品质量满足规定要求，为安科瑞产品质量保驾**。
公司与上海电科所、东南大学、矿业大学等科研院所、高校组成产学研联合体，围绕智能电网用户端的电力监控、电能管理和电气安全开展产品研发，目前累计获得**共77项，其中发明**5项，并与东南大学共同建立了“江苏省建筑光伏发电输出系统工程技术研发中心”。
公司以用户端智能网络电力仪表及系统集成为主导产业，坚持“为客户创造**”的经营理念，走专业化、市场化、规模化道路，努力实现“立足、放眼世界，争做智能配电供应商”的战略目标，为