电能管理系统在惠氏公司的应用

苏月婷

江苏安科瑞电气制造有限公司

摘要：介绍惠氏营养（中国）有限公司的电力管理系统，采用智能电力仪器收集配电现场的各种电参和三相电压电流的2-31次谐波。该系统采用当地网络的方式。网络结束后，通过现场总线通信，并通过汇氏营养公司内部局域网传输到后台，通过Acrel-3000型电能管理系统实现变电站配电电路的实时监控和电能管理。

关键词:惠氏营养(中国)有限公司；变电所；智能电力仪表；Acrel-3000型；自组网；电能管理系统；

0引言

惠氏营养（中国）有限公司（以下简称惠氏公司)是世界500强企业之一。惠氏产品在研发、制造和销售药品、疫苗、生物制品、营养和非处方药方面提高了世界各地人们的生活质量。惠氏公司的主要业务部门有惠氏公司药品部、惠氏公司健康药品部和FortDodge动物保健品部等。惠氏公司在制药、疫苗和生物技术方面的领导地位具有悠久的历史。惠氏公司拥有妇女保健、神经系统疾病、肌肉骨骼疾病、心血管疾病治疗、疫苗、抗感染、血友病、免疫制剂、抗肿瘤等行业产品。惠氏公司也在营养和健康药物领域。它在处方药和非处方药的研究、开发、制造和经营中发挥着重要作用，在疫苗、生物工程、农产品和动物健康产品中也发挥着重要作用。

由于惠氏公司用电量比较大，并且为响应制定的一系列节能减排的政策措施，更好的对配电系统进行电能管理。因此，建立了后台电能管理系统，智能管理配电。本项目是惠氏公司四个变电站的电能管理系统。根据配电系统管理的要求，惠氏公司四个变电站的低压配电线路需要进行电力监测，以确保用电的安全可靠。

Acrel-3000型低压电能管理系统，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发展，对变配电系统进行分散数据采集和集中监控管理。通过计算机和通信网络，将分散配电站的现场设备连接到一个有机现电网运行的远程监控和集中电能管理。

1系统设计

本电能管理系统主要由四个变电站进行变配电管理，湿法、干法、废水三个变电站提供惠氏公司生产所需的电力，CUB变电站为惠氏公司提供所有办公和后勤用电。高压电缆进线由外开关引起，监控值班室设置在办公楼二楼监控室。因此，为了实现惠氏公司整个电力系统的实时监控和各区用电管理，在值班室基于Acrel-在3000电能管理系统的背景下，实现对整个配电系统的实时监控和电能管理。

本电能管理系统主要实现惠氏公司四个变电站的0.4kV配电系统的用电监测和电能管理；四个变电站的监测范围T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8变压器低压进线柜、联络柜、馈线柜中的智能电力仪表，实现远程实时监控和电能管理。该系统共有79个仪表，包括8个ACR330ELH谐波仪，71个PZ该系列智能仪器）分为8条总线。由于四个变电站之间的距离较远，且相对分散，每个变电站采用自组网，然后纳入惠氏公司内部局域网。现场总线仪器与监控主机的数据连接。

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、网络通信层和现场设备层[1]。

图1整个系统拓扑图

1)站控管理层

电能管理系统的站控管理层是人机交互的直接窗口，也是系统的上层。工业级计算机、打印机、UPS电源等。电能管理系统软件具有良好的人机交互界面，计算、分析和处理收集的各种数据和信息，并以图形、数字显示、声音等方式反映现场的运行状态。

监控主机：用于数据采集、处理和数据转发。为系统管理、维护和分析提供数据接口。

打印机：系统召唤打印或自动打印图形、报表等。

UPS：确保计算机监控系统的正常供电，确保站控管理层设备的正常运行，并提供足够的时间存储数据。

2)网络通信层

通信层设备为Nport5232I串口服务器。该层是数据信息交换的桥梁，负责收集、分类和传输现场设备返回的数据信息，并传达上位机对现场设备的各种控制命令。

通信介质：系统主要采用屏蔽双绞线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

现场设备层是一个数据采集终端，主要由智能仪器组成，采用高可靠性和现场总线连接的分布式I/O控制器构成数据采集终端，将采集的数据上传到数据中心。智能电力仪器负责基层数据采集，监控数据完整、准确、实时传输到监控主机。

均采用上述网络仪表RS485接口和Modbus-Rtu通讯协议，RS485采用屏蔽线传输，一般采用两条连接，接线简单方便；通信接口为半双工通信，即通信双方可接收和发送数据，但只能同时发送或接收数据，数据传输速率为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，传输距离为1.2km。

1.2现场仪表

本项目采用安科瑞监测变压器低压主进线电路ACR330ELH多功能谐波仪表是为电力系统、工矿企业、公共设施和智能建筑的电力监控需求而设计的网络电力仪表。它可以测量所有传统的电力参数，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、可监测电压、电流2-31谐波分量等。此外，该仪器还配备了4个光电隔离开关输入接头和2个继电器控制输出接头，可与智能断路器配合实现断路器的遥信和遥控操作。此外，该仪器还配备了4个光电隔离开关量输入接头和2个继电器控制输出接头，可与智能断路器配合实现断路器的遥信和遥控操作。该系列网络电力仪器主要用于变电站自动化、配电网自动化、社区电力监控、工业自动化、能源管理系统和智能建筑。

对于其他配电柜出线电路，采用PZ-80/E4智能电力仪表，PZ-80/E4智能电力仪表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，电流通过互感器连接，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。RS485接口，Modbus通信协议[2]。

22电能管理系统的主要功能

2.1采集和处理数据

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器采集，实现远程数据的本地实时显示。收集的信号包括：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。

数据处理主要是实时准确地向用户显示按要求收集的电参数，满足配电监控的自动化和智能要求，并将收集到的数据存储在数据库中供用户查询。

2.2人机交互

系统提供简单、易用、良好的用户界面。全中文界面，CAD图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的实时运行参数，定时轮巡切换；实时动态刷新；模拟显示；开关显示；连续记录显示等。

2.3历时事件

历史事件查看界面主要为用户提供方便友好的人机交互，查看故障记录、信号记录、操作记录和越限记录。通过历史事件查看平台，您可以根据自己的要求和查询条件方便地定位历史事件，为您掌握整个系统的运行提供了良好的软件支持。

2.4建立和查询数据库

定期收集遥测量和遥信量，建立数据库，定期生成用户查询打印的报告。

2.5管理用户权限

对于不同级别的用户，设置不同的权限组，防止人为误操作造成的生产和生活损失，实现配电系统的安全可靠运行。用户登录、注销、修改密码、添加删除等操作可以通过用户管理进行，方便用户修改账户和权限。

2.6运行负荷曲线

负荷趋势曲线功能主要负责定期收集进线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，为分析整个系统的运行状况提供了直观而方便的软件支持。

2.7  远程报表查询

        报表管理程序的主要功能是根据用户的需要设计报表样式，把系统中处理的数据经过筛选、组合和统计生成用户需要的报表数据。本程序还可以根据用户的需要对报表文件采用定时保存、打印或者召唤保存、打印模式。同时本程序还向用户提供了对生成的报表文件管理功能。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系统案例分析

        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，它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[3]。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、电力监测与电能管理功能。

3.1  数据采集和系统图显示

        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，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（如图2、图3）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。

图2 20KV高压一次系统图

图3 3#变压器低压一次系统图

3.2  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。如图4所示。

图4 回路远程抄表

3.3  电能报表

        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。如图5所示。

图5 电能管理报表

3.4  电流趋势曲线

        本系统对于重要回路，不仅可以对电流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。如图6所示。

图6 电流趋势曲线

3.5  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。如图7所示。

图7 回路跳闸报警

4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-3000的电力监测与电能管理系统，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，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。