家庭能源管理系统

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江苏安科瑞电器制造有限公司

Acrel-3000电能管理系统技术规范书  安科瑞鲍静君

  1. 项目概况

  江阴市体育中心位于江阴城东新区,澄江路以北,滨江路以南,黄山路以东,北靠黄山,南邻天华艺术中心,西邻新体育馆,与江阴长江大桥遥相呼应。

  目前拥有标准的足球场2片,标准的400米田径跑道2片,网球场10片,室外灯光塑胶篮球场6片,羽毛球场地65片,乒乓球桌80张,其中篮球场对市民全天免费开放。另外中心配备的水上活动中心预计明年完工。体育中心拥有地下停车场约30000平方米,拥有车位1019个,有3个出入口,拥有自动扶梯出入口,停车位共计约1219个。现场进行预付费电表改造,并且为便于管理安装Acrel-3000电能管理系统。

  2. 设计依据

  2.1. 用户需求

  系统应通过多功能的导轨式电能计量表计、通讯网络和计算机软件,实现商户的预付费供电并在运行过程中实现数据采集、数据计算、电能抄表、报表生成等,完成系统的安全供电、电能计量、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模拟量、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,采用推出画面、光显示、条纹闪烁及不同声音级别的音响进行报警;

  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. 技术标准

  本技术规范书引用的国家和行业标注如下:

  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/T448-2000 《电能计量装置技术管理规程》

  DL/T 698.1-2009 《1部分:总则》

  DL/T 698.2-2010 《2部分:主站技术规范》

  DL/T 698.31-2010 《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 《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 《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 《4-2部分:通讯协议-集中器下行通信协议》

  DL/T 698.41-2010 《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 《4-2部分:通讯协议-集中器下行通信协议》


  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-3000电能管理系统。该项目现场设备层仪器仪表的具体分布情况如下:

  现场体育馆各配电房中各商铺配电箱中安装的安科瑞DDSY1352-C单相预付费电力仪表以及DTSY1352-C三相预付费电力仪表,具体为:

  DDSY1352-C(直接接入) 25个;

  DTSY1352-C(直接接入) 10个;

  DTSY1352-C(二次接入) 30个。

  监控点位后续增加,不**过150个。


  3. 系统集成设备清单

  见附件三:《系统集成设备清单》

  4. 网络拓扑结构

  Acrel-3000电能管理系统通常采用分层分布式结构进行设计,即现场设备层、网络通讯层和站控管理层,详细拓扑结构见附件四:《江阴市体育中心电能管理系统网络拓扑图》。


  5. Acrel-3000电能管理系统运行环境

  5.1. 电能管理系统硬件正常工作条件

  为使Acrel-3000电能管理系统正常工作,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。


  5.2. 软件运行环境条件

  Acrel3000电能管理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。


  5.3. 电能管理系统机房要求

  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);

  6. 系统功能

  1. 配电监测

  安科瑞Acrel-3000电能管理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,实时显示在系统界面中。

  功能要求: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. 电能报表

  安科瑞Acrel-3000电能管理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。

  3. 负荷曲线

  安科瑞Acrel-3000电能管理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。

  4. 电参量报表

  安科瑞Acrel-3000电能管理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由设定需要查询的历史时间,历史电力参数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。

  5. 遥信实时报警

  安科瑞Acrel-3000电能管理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。

  6. 遥测实时报警

  安科瑞Acrel-3000电能管理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。


  7. 遥信、遥测历史报警查询

  安科瑞Acrel-3000电能管理系统能够对遥信、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。

  8. 用户权限管理

  安科瑞Acrel-3000电能管理系统为**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。

  9. 通讯状态图

  安科瑞Acrel-3000电能管理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。

智能配电柜中电力监控系统的设计及应用 安科瑞鲍静君

摘要:本文介绍基于人机界面和智能电测仪表、电机保护器而设计实现的智能配电柜进线、馈线、出线各回路分散式采集和集中控制管理的电力监控系统,系统实现了人机界面在智能配电柜中无人管理的功能,省去了值班人员现场操作的繁复性,减少人工操作的误差性,提高了供电质量和管理水平,具有简明实用、投资少等优点,具有广泛的应用前景。

关键词:人机界面;智能仪表;电力监控;智能配电柜

0 引言

    智能配电柜是一种综合采集所有能源数据的配电柜,为终端能源监测系统提供高精度测量数据,通过显示单元,实时反映电力参数及电能质量数据,并通过数字通讯至后台控制系统,以达到对整个配电系统的实时监控和运行质量的有效管理,而电力监控系统作为当今配电产业智能化的发展趋势,是配电自动化控制非常重要的组成部分,主要功能包括:数据采集和显示、数据记录、导出、现场设备运行状况实时显示、记录等。

    本文以某电器公司智能配电柜电力监控管理系统为例,提出利用触摸屏和智能仪表、电动机保护器及断路器模块等设计一套智能智能电力监控管理系统[1]应用于配电柜进线、馈线、出线回路中,对配电柜各个回路用电设备运行参数及运行状况实现实时监测、管理。

 

1 项目介绍

    电力监控系统能够通过使用电力仪表来监测各回路设备的用电情况,通过集中采集显示终端来实时显示、存储,并能够导出一个工作周期的数据,便于进行系统和电力数据分析,能够为配电柜提供分析设备运行状况及用电情况的依据,本智能配电柜电力监控系统项目基于用户对现场配电柜进线、馈线、出线回路设备及用电情况监控的需求,采用昆仑通态触摸屏TPC1062K与安科瑞智能仪表PZ72L-E4/KC、PZ80L-E4/KC及电动机保护器ARD2F-100A/CKQ,实现对智能配电柜的进线、馈线、出线回路用电设备运行过程中三相电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、电能数据的实时监测显示、数据存盘、导出功能,实时显示回路的通断状态,并对电机设备的过载、不平衡、欠载、接地等故障进行故障报警与记录,既能保证智能配电柜的正常运行,又能对配电柜的进线、馈线、出线回路实时监控管理。

 

2 用户需求

    通过对配电柜进行监测管理,了解设备的运行状况及用电情况,对所设计的电力监控系统提出以下需求:

实时显示:

进线柜:通过触摸屏实时采集进线柜回路智能仪表PZ80L-E4/KC电压、电流、功率及电能等数据,直观的显示出总电源进线柜的负荷用电情况;

馈线柜:主要采集馈线柜回路电压、电流、功率及电能参数,便于用户实时了解外部所需电源的用电状况;

出线柜:通过PZ72L-E4/KC交流仪表采集出线柜单个回路的交流电流、电压、功率等参数,并利用电动机保护器ARD2F对出线回路电机进行数据监测和保护;

曲线分析:实时显示各个电气柜的电流(或功率)实时曲线趋势图;

事件报警:实现进线柜、馈线柜、出线柜电压、电流、功率、频率、功率因数等参数的越限报警;

电能管理:完成对回路各仪表的电力参数集抄功能,可查询历史时刻各回路的有功功率值、无功功率值、用电量(KWH)、功率因素、每相电流及电压值,报表存储时间较短为1S,并自动生成符合客户管理需求的用电报表,报表能够在触摸屏上实现电能实时查询;

数据导出:实现各仪表电力参数按照客户要求的时间进行自动、手动导出,导成Excel形式到U盘,供客户对电能统计、打印。

 

3 设计方案

3.1参考标准

GB/T3797-2008        《电气控制设备》

GB/T11022-1999      《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》

20077566-Q-604       《工业自动化产品安全要求1部分:总则》

20077556-Q-604       《工业自动化产品安全要求10部分:记录仪表的安全要求》

GB/T 16656.46-2010    《工业自动化系统与集成及产品数据表达与交换》

DL/T 814-2002        《配电自动化系统功能规范》

DL/T634-2002        《远动设备和系统传输规约基本远动任务配套标准》

DL/T 814-2002        《配电自动化系统功能规范》

DL/T645-1997        《多功能电能表通信规约》

3.2系统介绍

    整个系统设备主要包括人机界面、智能仪表PZ72L-E4/KC、PZ80L-E4/KC、电动机保护器ARD2F-100A/CKQ及开关电源,通过屏蔽双绞线将配电柜进线回路、馈线回路、出线回路各个仪表连接至集中采集显示终端,对现场数据的采集、实时显示、参数存盘、故障记录,实现智能型配电柜系统的电力监测管理,系统总体架构如下图1所示。

图1 系统总体结构图

3.3 设备选型

4 系统功能

    上位机采用触摸屏TPC1062K,通过触摸屏[2]与现场设备连接,并在触摸屏中进行数据库变量配置、界面设计等,完成在上位机中监控现场智能仪表PZ72L-E4/KC、PZ80L-E4/KC、ARD2F电动机保护器、断路器等配电设备用电情况及运行状况的功能。

4.1 系统图显示

在触摸屏实时显示智能配电柜各个回路用电设备运行状况,便于用于实时了解现场设备状况,对于出现的故障及时处理,并在触摸屏上实现设备的分合闸控制,实现远程遥控操作,系统图显示界面如下图2所示。

 

图2  系统图显示界面

4.2 数据采集显示

    触摸屏采集智能配电柜进线回路PZ80L-E4/KC智能电测表、馈线回路的PZ72L-E4/KC智能仪表、出线回路的电动机保护器ARD2F-100A/CKQ及PZ72L-E4/KC交流电测仪表、三相电压、三相电流、频率、功率因数、有功功率、无功功率、视在功率、电能等参数,并在人机界面实时准确显示,方便用户及时了解系统各个设备运行参数以及进行能耗监测管理,具体数据如图3至图5所示。

图3  进线回路数据显示界面

 

图4  馈线回路数据显示界面

图5  出线回路数据显示界面

4.3 曲线显示

    电力监控系统将智能配电柜进线回路PZ80L-E4/KC智能仪表、馈线回路PZ72L-E4/KC电测表、出线回路低压电机保护器ARD2F及PZ72L-E4/KC智能电测表[3]的三相电流传给人机界面用曲线的形式表现,为用户提供实时曲线,帮助用户了解设备的用电状况,便于用户实时了解用电设备,具体曲线界面如图6至图8所示。

图6  进线柜曲线显示界面

 

      图7  馈线柜曲线显示界面

   图8  出线柜曲线显示界面

4.4 数据存盘

    系统采集配电柜进线回路、馈线回路及出线回路各个仪表数据并按照时间段进行历史数据查询,选择时间间隔对系统采集的历史数据精确查询,同时对出线回路电动机运行过程中出现的故障进行实时存盘,查询结果在触摸屏存盘数据浏览构建中显示,便于用户对设备运行参数及运行状况实时了解,同时能实现对数据的导出,便于用于了解各个设备历史运行状况,存盘数据界面如下图9、图10所示。

 图9  电参数存盘界面

 图10  电能存盘界面

4.5 故障记录

    通过触摸屏的遥测对智能配电柜进线回路、馈线回路、出线回路各个设备的电压、电流、功率、频率、功率因数等参数越限及通讯故障实现报警功能,并进行实时记录,便于用户了解现场设备运行参数**过设定值的状况及设备运行状况,事件报警记录界面如下图11所示。

 图11  事件报警记录界面

5 系统特点

    完善的数据采集功能,实现对智能配电柜的全部用电设备数据采集、显示和设备的运行状况分析,配电柜的数据采集由通讯模块实现,数据由通讯采集传送至后台监控。

    安全运行监视,操作人员借助触摸屏系统人机界面,监视智能配电柜的进线、馈线、出线回路的设备运行状态,并实时显示,便于设备在运行状态发生变更时及时进行分析和处理。

    系统运行可靠,提供智能配电柜进线、馈线、出线回路主要设备的运行状态报警记录显示,便于操作人员对于故障报警和事故状态进行应急处理。

    实现远程遥控,在触摸屏上进线分合闸控制,减轻现场运行人员的劳动强度,提高安全运行水平[4]。


6 结束语

    智能配电柜作为精密配电柜,除了配电管理外,还具有运行管理与安全管理的功能,能够的监测系统的各项运行参数,有效的提高了整个配电系统的可靠性,智能配电柜中电力监控系统的设计应用,在智能配电柜配置网络电力仪表,可以方便和实时地监控配电柜各个回路设备的用电状况及运行状态,对现场的用电设备进行统一管理,免去工作人员到现场记录、操作的繁琐工作,减少人员工作量,同时,智能配电柜中电力监控系统对各种用电设备的历史运行数据进行管理分析,整个系统既保证了现场设备的安全运行,具有较高的系统可靠性,又提高了配电柜配电质量和管理水平,因此,电力监控系统在智能配电柜的应用,充分体现了智能化配电的优势,具有广泛的应用前景。

 

参考文献:

[1].周中等编着. 智能电网用户端电力监控与电能管理系统产品选型及解决方案[M]. 北京. 机械工业出版社. 2011.10

[2].昆仑通态触摸屏MCGS初级、中级教程. 2013.4

[3].刘美集. 配电柜的智能化电能监控系统[J]. 电气自动化技术, 2007(3):102~105.

[4].彭良**, 刘洁芳等. 配电柜智能化监控系统[J]. 电子产品技术, 2010(8):183~185.


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