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关 键 词：能源管理系统
行 业：仪器仪表 传感器 电力传感器
发布时间：2020-04-09
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《国际综合布线标准》
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防火条件》
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℃;
最大日温差：25K;
最大相对湿度：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、超高温跳闸信号、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、超高温跳闸信号、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总统计功能，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保障。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最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最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最近更新的记录数等，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、最适量程的选择切换。
10. 用户权限管理
安科瑞Acrel-2000电力监控系统为保障系统安全稳定运行，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保障。
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。系统管理员为最高等级用户，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最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
写字楼/办公楼能源管理系统的应用 安科瑞鲍静君
0 引言
随着社会的进步，我国经济的快速发展，企业的办公环境和方式发生了巨大的变化，专业的写字楼在各大城市遍布林立。写字楼的出现使得各地企业办公集中化、高效化，然而写字楼物业管理的同步发展对于企业服务来说更是一个很大的促进。在目前的市场上，在写字楼物业管理方面大多数还是处于半信息化状态，没有专门的信息化管理系统针对于写字楼的物业管理。因此，安科瑞自主研发的Acrel-3000电能管理系统可及时发现纠正用电浪费，并为建筑节能考核提供数据。
电能的消耗大量集中在低压配电终端，为了加强终端电能的计量考核和管理，方便用户的现场使用、改造和升级，针对传统DDSD和DTSD系列壁挂式安装电能表在现场使用安装的不便而设计一种微型化导轨式安装电能表，具有测量精度高、过载能力强、性能稳定可靠、工作电压范围宽、自身功耗低等优点。并且其体积小，重量轻，结构模数化，可与微型断路器配合使用安装于配电箱内，实现终端配电电能计量。
1 设计原理
1.1单相DDSF1352电表设计原理
DDSF1352单相复费率电能表采用ADI公司最新技术ADE7169F16片上系统的单芯片设计完成。ADE7169集成了高精度计量单元模块和8052的MCU及其外围模块，计量模块计量精度高、能测量各相电流、电压有效值、各相及总的有功功率、无功功率、电网频率等运行参数，过载倍数大。片上8052的MCU带有16K FLASH和512B RAM和多种外设模块，支持低功耗温度补偿的片上RTC模块、LCD驱动模块、电源管理模块、SPI/I2C接口模块和UART通讯模块等，用一片ADE7169就能实现单相复费率多功能电能表设计。具体设计框图如图１。
图１ 单相DDSF1352电表原理框图
1.2 三相DTSF1352电表设计原理
DTSF1352 三相电子复费率电能表采用计量芯片ATT7030A和飞思卡尔公司的8位单片机M68HC908LJ12实现。其原理为：线路上实时电压、电流经高精度互感器耦合，采样电路分别采样后，送到电量计量专用芯片ATT7030A（A/D转换器转化成数字信号，通过片内专用DSP运算后输出电能脉冲），通过脉冲送到MCU中，并根据预先设定的时段完成分时有功、无功电量计量和最大需量计算，分别作出相应处理，并存储到EEPROM中；同时实现显示和输出、RS485串行数据传输。具体设计框图如图2。
图2 三相DTSF1352电表原理框图
2 大型公建电能计量宜采用电力仪表
大型公共建筑电能计量宜采用电力仪表作为内部管理电表，不宜用收费电表。两者主要特点归纳如下（见表1）。
表1 收费电表与电力仪表之比较
供电部门一般给用户实施一户一表的收费制度，即收费电表由供电部门统一安装。因此，收费电表除了要有技监局发放的计量器具许可证外，还需要当地省、市电力部门的许可才可安装使用。在大型公共建筑电能管理中，供电部门一般会在总进线处安装收费电表。
电力仪表在用户安装收费电表的基础上，考虑内部电能计量与节能管理的需要安装，用于内部电能管理。因此用户可自主选择采购，但应注意制造商是否有电力仪表（电能部分）的计量许可证。电力仪表可以完成对各回路、各楼层或各功能区的分项电能数据的采集，通过后台电能管理系统完成对大型公共建筑的电能分项计量。
3 电力仪表在电能分项计量中的选型方案
电力仪表，是针对电力系统、工矿企业、公用设施、智能大型公共建筑的电力监控与电能管理需求而设计的。它能高精度的测量所有常用的电力参数，如三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、频率、功率因数、四象限电能等，采用可视度高的LCD来显示仪表测量参数和电网系统的运行信息。电力仪表功能、型号繁多，价格也各不相同，电能计量方案也多种多样，因此，应合理选配，达到较佳的性价比。
根据住房和城乡建设部114号文件，对大型公共建筑能耗数据实行分类、分项计量，对电能按动力用电、照明与插座用电、空调用电和特殊用电进行分项计量管理。因此，针对宿舍、写字楼、商铺、病房等应计量到经济核算单元的地方，可采用DDS1352或DDSF1352电表；DDS1352单相电表，用于单相电能计量，DIN35mm导轨安装，宽度为1个模数（即宽为18mm），一次最大接入单相电流30A，精度1.0级。优点是尺寸小，价格低，缺点是没有通讯功能，不能组网。
DDSF1352单相电表，同样为DIN35mm导轨安装，宽度为4个模数，一次最大接入单相电流为80A，精度1.0级，具有峰、平、谷电能分时复费率计量功能，带RS485接口，Modbus协议或DL/T645规约，可组网。主要应用于对单相电能的计量，常用在配电箱内。DDS1352及DDSF1352单相电表外形及应用如图3所示：
图3 DDS1352电表外形，DDSF1352电表外形及其应用
针对用电设施按照明与插座用电、动力用电、空调用电、特殊用电进行分项计量，对学校教室、医疗病房、宾馆客房按楼层或功能分区计量时，可选用DTSF1352或ACR120EL电表。
采用DTSF1352三相四线电表（见图4），用于三相电能计量，具有尖、峰、平、谷电能分时复费率计量功能，DIN35mm导轨安装，宽度为7个模数，可安装在照明箱或动力箱中，一次最大接入三相电流80A，80A以上可经电流互感器采集，精度0.5级，带RS485接口，Modbus协议或DL/T645规约，可组网。
图4 DTSF1352电表外形及其在动力箱中的应用
采用ACR120EL多功能电表，该表为嵌入式安装，可安装在动力箱或低压出线柜门板上，面板尺寸为80mm×80mm，规格为220/380V、5A，电流经互感器接入，精度0.5级，可测量电流、电压、功率、频率、功率因数、四象限电能等电参量，带Modbus通讯协议。
一些重要场合需检测谐波的，可采用ACR230ELH多功能电表，针对进线回路或重要出线回路，采用ACR230ELH多功能电表，嵌入式安装在配电柜门板上，面框尺寸为96mm×96mm，除测量所有电参量外，还具有最大需量，2-31次电流、电压谐波分量、电压波峰系数、电流K系数、电话波形因子、电流电压不平衡度、正负零序分量分析等功能。ACR120EL，ACR230ELH多功能电表外形及其在低压配电柜中的实际应用如图5所示。
图5 ACR120EL、ACR230ELH多功能电表外形及其在配电抽屉柜中的应用
4 系统软件介绍
4.1系统结构
Acrel-3000电能管理系统可对低压设备消耗的电能进行分项计量，该系统由站控管理层、网络通讯层、现场设备层三部分组成。
现场设备层采用安科瑞低压智能计量箱AZX J，内部安装预付费电能表以及卡轨式电能表。通过低压智能计量箱配合电能管理监控系统，利用计算机、后台监控管理软件和网络通讯技术，将采集到的用电设备的能耗数据上传到统一的监测管理平台，实现对用电系统的监控管理，对高能耗用电设备的合理控制，最终使整套用电系统达到节能效果。电能管理系统网拓扑图见下图。
4.2系统功能
安科瑞终端用电管理系统是指通过在商业建筑、写字楼、农贸市场、宿舍等建筑物内安装导轨式及预付费电能计量装置，采用远程传输等手段及时采集各监测点电能数据并对用电量进行预付费管理，采用先买电后用电的模式，可以用来转移经营风险，并能提前收回电费，减少了后期运营的人员的工作量；实现了网络化实时操作，实时计量监控，即时售退电、即时通断电的控制效果。彻底解决了以往由载波通信电表等电能采集设备组成的电能管理系统用电管理繁琐、系统稳定性差、数据不透明、欠费不交等的诸多问题，并可通过自助终端机或者互联网自助充值，无需进行人工繁杂的充值过程。通过终端用电管理系统能合理的控制用电，对超标使用的电费严格收取，企业或者用户可根据购电情况发现用电的合理性并进行管理。
4.2.1 系统主要实现的功能
（1）实时用电监控：统计记录仪表的累计用电量、剩余电量、开关状态等参量，能方便的查询每个房间、商铺或整栋公寓楼的用电情况，省时省力。
（2）集中抄表：将房间每时每天的用电量自动存储到数据库中，无论何时都可查询到房间的用电量，做到用电透明，让用户明明白白消费。
（3）历史用电记录：将用户的用电记录存储到数据库中，并能按小时、天、月汇总，生成Excel报表。
（4）充值记录查询：管理记录对预付费电表的充值记录。能方便的查询充值金额、充值时间等信息。
（5）售电日志管理：日志记录售电成功的信息、失败的原因，回溯机制。
（6）自助充值：能通过互联网充值卡或自助终端机充值，方便用户能实时的对仪表进行预付费，无需进行人工排队等待，但是不能在周期性断电期间充值，充值失败后，进行数据回滚。
（7）充值卡管理：记录充值卡的面值、有效期、状态。
（8）退费处理：在商户或者宿舍人员变更时，可对房间剩余电量进行退费处理，并打印明细。
（9）余额不足短信、邮件提醒：在系统中可按需设置预警电量，当小于等于预警电量时，由系统自动根据用户所留联系信息进行余额不足的提醒。
（10）设备管理：对仪表的地址、归属机构、检测周期等与后期控制有关的信息进行统一管理维护。
（11）定时断送电：按日期、时间、楼层、用户类别分类控制，大大节省了后勤管理人员的工作量。
（12）自动断电提醒：当余额不足时自动断电一段时间，之后自动恢复供电。
（13）囤积电量设置：可通过售电系统对电表预置“囤积电量”，当用户的新购电量与表内的剩余电量之和大于预置的“囤积电量”时，电表拒绝接收卡中的新购电量，只有当表内的剩余电量用至其与新购电量之和小于“囤积电量”时，卡中的新购电量方可追加到表中。
（14）阶梯电价：把用户用电量设置为若干个阶梯分段或分档次定价计算费用。对用电实行阶梯式递增电价可以提高能源效率。
（15）负载安全限制：恶性负载、超功率自动断电功能，恶性负载、超功率排除后，系统自动恢复供电，保护用电环境。
4.2.2系统主要软件界面
5 结论
应用实践表明，Acrel-3000电能管理系统的使用，使写字楼物业管理工作高效化、信息化，大大提高了员工的满意度与工作效率，节约了企业管理成本；系统的决策支持模块通过对数据的综合整理和分析，为管理者下一步计划的实施提供了依据，使得管理决策更科学。
参考文献：
[1]安科瑞电气股份有限公司系统解决方案.2013.1版.
能耗监测系统在锦江之星假日酒店中的应用 安科瑞鲍静君
1 概述
随着社会经济的快速发展，能源问题已经成为制约经济和社会发展的重要因素。能源供应的紧张和能源价格的上涨，使得酒店运营过程中，能源方面的成本已经成为日常支出中占有很大比重的一部分，对能源使用方面的节约和控制成为酒店管理中节约开支、增加利润的重要环节。同时国家对节能减排的要求越来越高，绿色、节能、环保成为酒店业发展的新趋势。能耗监测系统的引入能为酒店提供能源使用情况的精确分析，为酒店寻找节能空间，寻求合理的节能方案，提供有力的支持。能源系统即：供电系统、供水系统、供气系统、供冷系统、供热系统等，能源管理的核心就是对酒店中用电量、耗水量等的运行及状态进行安全、合理地实时监测及科学化的管理。海康酒店能耗监测系统是基于安科瑞电气股份有限公司自主设计的Acrel-5000能耗监测系统，针对能量监测的能源管理整体解决方案。
2 设计标准
? 《建筑智能化系统工程设计管理暂行规定》建设部1997
? 《民用建筑电气设计规范》（JGJ／T16－92）建设部
? 《智能建筑设计标准》（DBJ08－4－95）上海市建委1996
? 《建筑和建筑群综合布线工程设计规范》中国工程建设标准协会1997
? 《中华人民共和国国家计量检验规程—热能表》（JJG225-2001）国家质量监督局2002
? 《大楼通信综合布线系统》（UD／T926）邮电部1997
? 《民用建筑电气设计规范》
? 所有计算机硬件系统均符合下述标准：
·电磁学规范：FCC Class B或CISPR22 ClassB
·安全规范：UL Listed(美国)或EN60950（国际）
3 系统设计
3.1 系统总体设计说明
本项目是经济型酒店办公管理的综合性项目。一套综合有效的能耗监测系统将在酒店管理中将起到不可或缺的作用，不仅能有准确有效地对酒店能耗情况进行实时在线统计，降低人工抄表造成的不准确性和滞后性，而且能够自动产生各种能耗报表，对能耗数据进行横、纵向的比较，帮助酒店管理进行能耗分析，达到节约能源、降低成本的目的。本设计从锦江之星假日酒店建筑结构和项目实际功能出发，对总共12个楼层，各个楼层的电量使用情况进行实时采集和在线监测。整套能耗监测系统，在电量采集的同时，可以辅助酒店管理实现自动管理，降低管理和人力成本，进行能源统计，根据系统自动生成的各种能耗情况报表，实现节能，避免能源浪费。通过实时计量数据的综合、分析，寻找酒店运营的节能空间，降低能源成本，并通过自动化实时检测本系统状态，保证本系统稳定、精确的使用。
3.2 设计原则
①先进性
本系统设计遵循系统工程的设计准则，通过科学合理地设计，系统整体满足酒店能耗监测的需要，大力采用物联网技术、3G移动通信技术等一系列成熟、可继承、具备广阔发展前景的先进技术，使系统能在未来数年内不落后，通过软件升级即可实现更多新功能，保护用户的投资。
②实用性
依照用户要求，坚持实用性为主的原则，避免使用不成熟、过分超前的技术和产品，在满足用户提出的详细技术要求的基础上，尽力充分考虑周全，给出科学合理的优化建议。
③可靠性
系统可靠性是系统长期稳定运行的基石，从系统设计理念到系统架构的设计，再到产品选型，都坚持系统可靠性原则；所采用的无线传感网方案，无线通信性能经过长期测试，工作稳定，保证数据准确。
④安全性
管理系统软件按不同的优先级别设有密码，可以防止无关人员乱操作、修改费用、破坏系统或资料；数据加密传输，可采用32/64/128位密钥加密技术，保证数据安全，和用户信息不外泄。
⑤开放性
本系统设计将采用标准化设计，严格遵循相关技术的国际、国内和行业标准，确保系统之间的透明性和互通互联，并充分考虑与其它系统的连接；在设计和设备选型时，系统以电量采集为中心，预留水、热、气等其他能源自动计量的管理接口，科学预测未来扩容需求，进行余量设计。
⑥易管理性、易维护性
本能耗监测系统只在原有能耗计量设备上加装采集设备，对水、电、热等线管结构不做任何改动，安装方便；采用无线自组网方式传输数据，无需进行铺线等改造工作，真正即插即用；采用全中文、图形化软件实现整个监控系统管理与维护，自动检测系统中每一台设备的运行状态，并示出详细参数，以辅佐管理人员及时准确地判断和解决问题；采用稳定、易用的硬件和软件，完全不需借助任何专用维护工具，既降低了对管理人员进行专业知识的培训费用，又节省了日常频繁维护所产生的费用。
3.3 系统设计方案
Acrel-5000能耗监测系统主要针对酒店的主要用能设备进行智能管理以及针对酒店总能源、能耗、能费、能效、能管进行统计分析与规划管理，为酒店从思想、形为、管理、技术、创新等方面提供科学的自动化管理平台，从而直正实现酒店的整体节能降耗的目标；对酒店耗能进行横向和纵向对比，发现能耗发生的效率，可以为酒店定价等提供一定的理论依据，分析酒店运营过程中能源利用效率和节能潜力；提供从运行数据到管理数据的平台，酒店管理者也实时了解酒店运营的能耗情况，而不用等待汇报数据；可以自定义各种生产上的能耗报表，可以提供酒店的能耗汇总情况，符合实国家发改委、统计局和环保总局制订的《单位GDP能耗统计指标体系》。
3.4 系统结构
Acrel-5000能耗监测系统通讯采用无线通信方式，设计采用4层结构：
信息存储与处理层：能耗监测数据的存储与处理平台，主要由酒店服务器、电脑，能耗监测管理平台组成。
? 广域通信网：主要由各运营商的有线、无线网络，及企业内部局域网组成。
? 无线传感网络：主要由cetcStack无线传感网协议开发的WSN网络设备组成，包括WSN采集器、路由器和协调器。
? 信息采集层：主要有各种能耗计量设备组成，包括电子式电表、水表、热量表等。
本系统所采用的无线传感器网络具有自组网、自维护、自适应、可扩展性等功能，网络运行无需人工干预，并可定制在433～464MHz、470～510MHz等不同通信频段。网络由协调器、路由器和终端设备组成，支持星型、树型和网格型网络，网络最大级数为15级，最多可容纳65536个节点，节点的逻辑地址采用6字节的ID。网络是对等网络，安装简单，真正即插即用。网络与上位机之间的通信协议接口丰富，用户可随时查看网络的各种信息，可随时对网络作各种形式的管理和控制，方便快捷，稳定可靠。
3.5 系统功能特点
（1）远程查询
用户可以随时随地通过Internet网登录系统，查看酒店能耗数据，系统实时地对能耗数据进行分析，设置及动态改变网络ID、工作频率等关键网络参数；
（2）拓扑管理
系统能够实时管理无线传感网设备以及可变的无线传感网络拓扑结构，以便更好地帮助设备安装人员进行设备安装和调试；
（3）数据查询
应具备对建筑、楼层、用户编号、用户姓名、数据时间、计费类型的任意时间的历史数据的查询功能；
（4）报表打印
具有默认标准报表打印格式，并附带报表格式设计软件，用户可根据需要，自定义修改报表打印格式；
（5）权限设定
应具有多级操作员密码设定权限。防止无关人员随意改动及查看；
（6）数据交换
用户需查询的数据可以以标准、通用的格式直接导出，可满足智能系统集成要求；
? （7）实时数据显示
在图形界面上应可实时显示能耗数据和数据来源等属性，以图形状态显示酒店水、点等耗能曲线和各楼层的用量曲线，便于协助酒店管理者制定使用用量的计划；
（8）报警管理
可实时检测系统的工作状态，包括：WSN采集器、WSN路由器等。对于设备的故障信号和类型，可通过弹出窗口和声音等方式报警；
（9）集中抄表
能够通过Web界面采集层能耗设备进行远程抄表；
（10）系统监控
对用户的使用情况进行实时全面的状态监控信息及完善的日志查询，对人为的恶性破坏及时进行报警。
3.6 运行界面
Acrel-5000能耗监测系统监控中心管理软件共分为如下几个模块：
① 抄表信息： 包含所有的日常的硬件通讯相关的操作，包括远程抄表，状态检查，远程控制等功能。
② 拓扑图：网络拓扑图表示WSN协调器、路由器和采集器的网络链路关系。
③资料管理：包含对系统运行数据进行备份、基本维护等功能。
④ 统计报表：包含对系统运行的历史数据进行查询、分析、统计等功能。
⑤系统管理：设置系统运行的基本参数，包括硬件参数，仪表资料，用户资料，计划任务、操作员资料等。
海康酒店能耗监测系统登录界面
海康酒店能耗监测系统主界面
电量统计及图形显示界面
4 主要监控及计量表计
5 结束语
随着智能建筑的发展及电力的广泛应用，对智能建筑的配电系统的智能化集成管理已成为国家机关办公建筑及大型公共建筑智能化建设的必然趋势，本文介绍的基于Acrel-5000的能耗监测系统，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，为智能建筑的节能技术提供参考。
参考文献：
[1]安科瑞电气股份有限公司系统解决方案.2013.1版.
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司法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
我国目前是世界上第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，中国的发展对维护全球能源安全，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，国务院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
广东某市级司法中心，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、公安局、政法委在内的政法系统单位办公使用。
该项目有1#（公安局）、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
司法中心的值班室位于1#公安局负一层变配电室旁，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#公安局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#（公安局）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#（公安局）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。此司法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》
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