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楊軍軍
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要:本文以Acrel-5000能耗監(jiān)測系統(tǒng)在重慶廣達生活服務區(qū)項目中的應用為案例，介紹Acrel-5000能耗監(jiān)測系統(tǒng)的智能監(jiān)測設(shè)備的選型方案、現(xiàn)場各監(jiān)控點的組網(wǎng)方式、數(shù)據(jù)采集終端與能耗系統(tǒng)子站之間的數(shù)據(jù)傳輸、子站和監(jiān)控中心主站之間的數(shù)據(jù)交互、能耗監(jiān)測系統(tǒng)軟件實現(xiàn)的功能等。
關(guān)鍵詞:智能電表 能耗監(jiān)測 廣達 智能水表
0 引言
隨著中國城市化進程的推進、經(jīng)濟的發(fā)展，我國建筑能耗總量呈持續(xù)增長的態(tài)勢，并且增長速度有越來越快的趨勢。如果任由建筑能耗照此速度增長，必然給中國能源供應安全帶來極大的壓力，因此建筑節(jié)能勢在必行。
Acrel-5000建筑能耗分析管理系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù)采集方式包括人工采集方式和自動采集方式。通過人工采集方式采集的數(shù)據(jù)包括建筑基本情況數(shù)據(jù)采集指標和其它不能通過自動方式采集的能耗數(shù)據(jù)，如建筑消耗的煤、液化石油、人工煤氣等能耗量。通過自動采集方式采集的數(shù)據(jù)包括建筑分項能耗數(shù)據(jù)和分類能耗數(shù)據(jù)，由自動計量裝置實時采集，通過自動傳輸方式實時傳輸至數(shù)據(jù)中心。本文通過對重慶廣達生活服務區(qū)能耗監(jiān)測系統(tǒng)案例的分析，簡單介紹下Acrel-5000能耗監(jiān)測系統(tǒng)在大型公共建筑中的應用。
1 項目概況
廣達電腦成立于1988年，是目前全球第一大筆記本電腦研發(fā)設(shè)計制造公司。以領(lǐng)先群倫的技術(shù)與堅強優(yōu)越的研發(fā)團隊，屹立于高科技市場領(lǐng)導者地位；除了在筆記本電腦的領(lǐng)域中維持高成長、高品質(zhì)與高評價之外，更將觸角延伸到企業(yè)網(wǎng)路系統(tǒng)、家庭娛樂產(chǎn)品、行動通訊產(chǎn)品、車用電子產(chǎn)品以及數(shù)碼家庭產(chǎn)品等市場，積極拓展產(chǎn)業(yè)整合布局。2006年榮登美國「財富雜志(Fortune)」評定為全球五百大企業(yè)。2011年廣達電腦入住重慶，建成了一個擁有七棟大樓的員工居住建筑群（每棟十層，每層35個房間），員工總?cè)藬?shù)以萬計的重慶廣達制造城。
本項目針對制造城中員工居住大樓的用水和用電進行監(jiān)控。監(jiān)控點的具體分布情況為：用電量計量位置設(shè)在配電終端，計量大樓中每個房間的用電情況。電表的安裝位置為每層的配電豎井內(nèi)，每個豎井有兩個配電箱，共計約35個出線回路。所以每層大約35個電能計量儀表。用水量計量到戶，每個房間有兩塊水表，一塊冷水表和一塊熱水表。安裝位置為每個房間風井旁的供水豎井內(nèi)。每層約35個房間，共計水表數(shù)約為70只。房間的平面圖如下所示：
圖一 樓內(nèi)房間平面圖
上海安科瑞電氣股份有限公司于2011年承接了重慶廣達生活服務區(qū)一期能耗監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實施。系統(tǒng)采用Acrel-5000型能耗監(jiān)測系統(tǒng)，主要實現(xiàn)對生活服務區(qū)內(nèi)用電量和用水量的在線監(jiān)測，方便了對該建筑群的能耗管理。
圖二現(xiàn)場設(shè)備組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖
圖三 監(jiān)控室組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖
以上圖為某設(shè)計院針對重慶廣達生活服務區(qū)的供水供電系統(tǒng)設(shè)計的能耗監(jiān)測系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)圖。圖二中左邊為單棟建筑的供水系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)，右邊為單棟建筑供電系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)。整個系統(tǒng)包括該建筑群的七個子系統(tǒng)和中心監(jiān)控室的一個總監(jiān)控系統(tǒng)。子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包括：獨棟建筑樓層中的配電豎井內(nèi)的電表數(shù)據(jù)；樓層各房間內(nèi)供水豎井內(nèi)的冷/熱水表數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)全部由屏蔽線經(jīng)RS485接口傳至數(shù)據(jù)采集器，然后由五類線經(jīng)RJ45接口接入當?shù)鼐钟蚓W(wǎng)。圖三中左邊表示獨棟建筑能耗監(jiān)測子系統(tǒng)監(jiān)控室的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖。網(wǎng)絡(luò)交換機下端連接來自水表和電表的多個數(shù)據(jù)采集器，上端連接監(jiān)控主機完成數(shù)據(jù)上傳。七個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采用光纖通訊的方式轉(zhuǎn)發(fā)至中心監(jiān)控室，如圖三中右邊圖示。每個監(jiān)控主機配UPS電源。
2 客戶需求
重慶廣達生活服務區(qū)能耗監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求：
1.系統(tǒng)能耗監(jiān)測由能源監(jiān)控平臺、交換機、多功能電表、通訊轉(zhuǎn)換器、遠程水表等設(shè)備組成，本系統(tǒng)重點實現(xiàn)的功能為水，電耗的集抄。
2.支持統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的電力、水等能源數(shù)據(jù)的采集和管理，能耗數(shù)據(jù)采集無需在多個不同系統(tǒng)中集成，能量監(jiān)測與管理系統(tǒng)包含豐富的功能，能夠?qū)ㄖ锘蚪ㄖ褐懈黝惸茉?電、水)進行分別統(tǒng)計、統(tǒng)一管理并提供能耗數(shù)據(jù)自動采集、分析和挖掘、持續(xù)優(yōu)化。
3.系統(tǒng)采集來自智能測控單元裝置送來的參數(shù)，包括每個用電回路的實時電能值和各種告警信息，各水表的用水量等，并實時顯示采集上來的各個參數(shù)。
4.各能源管理組逐時、逐日、逐月、逐年能耗值報告，幫助用戶掌握自己的能源消耗情況，找出能源消耗異常值。
5.系統(tǒng)支持基于Internet的遠程瀏覽，不同的能源管理部門可在不同的地點同時查看所需能源的消耗情況。
3 硬件選型和軟件設(shè)計參照的標準和依據(jù)
GB50052-2009 供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范
GB50054-2011 低壓配電設(shè)計規(guī)范
IEC 61587 電子設(shè)備機械結(jié)構(gòu)系列
（并參考國家電網(wǎng)公司2009年發(fā)布的《智能變電站智能控制柜技術(shù)規(guī)范》）
DL/T 698 電能信息采集與管理系統(tǒng)
DL/T 698.1-2009 第1部分：總則
DL/T 698.2-2010 第2部分：主站技術(shù)規(guī)范
DL/T 698.31-2010 第3.1部分：電能信息采集終端技術(shù)規(guī)范-通用要求
DL/T 698.35-2010 第3-5部分：電能信息采集終端技術(shù)規(guī)范-低壓集中抄表終端特殊要求
DL/T 698.41-2010 第4-1部分：通信協(xié)議-主站與電能信息采集終端通信
DL/T 698.42-2010 第4-2部分：通訊協(xié)議-集中器下行通信協(xié)議
DL/T/814-2002 配電自動化系統(tǒng)功能規(guī)范
GB/T/3047.1 面板、架和柜的基本尺寸系列
GB2887 計算站場地技術(shù)條件
4 硬件選型
子系統(tǒng)站控管理層采用一臺工控機、一臺A4打印機、一臺在線式UPS電源；總系統(tǒng)接收七個子系統(tǒng)的全部數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)量比較大，其站控管理層采用IBM機架式服務器、一臺A4打印機、一臺在線式UPS電源。
子系統(tǒng)通訊層設(shè)備采用五個16口串口服務器，因為要進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，所以再配一個8口的網(wǎng)絡(luò)交換機和光電轉(zhuǎn)換器一套。總系統(tǒng)接受來自七個子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，有七個光電轉(zhuǎn)換需要接入總系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)，所以配16口網(wǎng)絡(luò)交換機一臺。
現(xiàn)場設(shè)備層: 是數(shù)據(jù)采集終端，主要由智能儀表組成，電力儀表通過屏蔽雙絞線RS485接口，采用MODBUS通訊協(xié)議總線型連接接入通訊服務器，經(jīng)通訊服務器和交換機到達監(jiān)控主機，現(xiàn)場儀表通過雙絞線以手拉手方式進行通訊連接，每根總線的儀表數(shù)量在20只左右。
本項目的監(jiān)控點分布在現(xiàn)場大樓的各個樓層內(nèi)的豎井中，都屬于終端計量，電表總數(shù)約2500只，水表總數(shù)約為5000只。電能管理部分重點是用電量的統(tǒng)計，對其他參數(shù)的要求不是很高。其安裝位置是在配電豎井中的配電箱內(nèi)。從安裝調(diào)試，設(shè)備成本上考慮,本項目宜采用不裝互感器，直接接入類型的電測儀表。配電系統(tǒng)的組成和實際一定要符合現(xiàn)場配電的實際情況，不能追求華而不實，非重要的出線回路中一些不必要的電參數(shù)如果進行測量則必須配備具備該功能的電力儀表，這樣勢必造成投資過大，遠超出實際需要。因此，在能夠充分實現(xiàn)用戶所需功能的情況下，系統(tǒng)的實用性是首先應遵循的第一設(shè)計原則。同時，系統(tǒng)的前端產(chǎn)品和系統(tǒng)軟件均有良好的可學習性和可操作性。特別是操作性，使具備電腦初級操作水平的管理人員，通過簡單的培訓就能掌握系統(tǒng)的操作要領(lǐng)，達到能完成值班任務的操作水平。上海安科瑞電氣股份有限公司生產(chǎn)的ADL系列導軌式安裝儀表符合直接接入的要求，此表采用導軌式的安裝方式，既減少施工周期降低施工難度，又節(jié)約成本，同時還能滿足需求。具體的設(shè)備參數(shù)如下表所示：
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配電箱
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DTSF1352
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126×91×74
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導軌安裝
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電流規(guī)格1.5(6)A、
5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、復費率電能統(tǒng)計、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選
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三相電能計量
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DDSD1352
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36×89×62
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導軌安裝
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電流規(guī)格10(60)A、可編程、復費率電能統(tǒng)計、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T645規(guī)約可選
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全電參量測量（I、U、P、Q、S、PF、F）
單相電能計量
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耗水量管理也是終端計量，本項目水量計量的是每個房間的冷/熱水的用量情況。本項目采用埃美柯公司的水表，具體參數(shù)如下：
產(chǎn)品說明：
1.該水表采用特殊液體封裝
2.同時具有濕式水表始動流量小，干式清可長期保持讀數(shù)清晰的優(yōu)點
3.選用優(yōu)質(zhì)材料，性能穩(wěn)定可靠，外觀漂亮
4.特別適用于水質(zhì)較差管網(wǎng)
5.該系列水表技術(shù)參數(shù)符合國際標準ISO4064規(guī)定
6.該系列水表有熱水表，有銅殼、鐵殼可共客戶選擇
5 軟件設(shè)計思路
首先，能耗監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計所要遵循的原則是：系統(tǒng)的安全性、系統(tǒng)的實用性、系統(tǒng)的實時性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性、系統(tǒng)的可擴展性、系統(tǒng)的易維護性。
重慶廣達生活服務區(qū)能耗監(jiān)測系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)分布式結(jié)構(gòu)，整個系統(tǒng)包括該建筑群七棟建筑的七個子系統(tǒng)和中心監(jiān)控室的一個總監(jiān)控系統(tǒng)。冷/熱水表數(shù)據(jù)和電表數(shù)據(jù)當?shù)夭杉瓿珊髠髦磷酉到y(tǒng)的監(jiān)控后臺進行數(shù)據(jù)分析和存儲。之后七個子系統(tǒng)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至中心監(jiān)控室的監(jiān)控主機。分控中心和中心監(jiān)控室之間用光纖網(wǎng)絡(luò)進行通訊。系統(tǒng)實現(xiàn)子系統(tǒng)對本棟大樓的數(shù)據(jù)采集和處理，總系統(tǒng)對整個建筑群的能耗進行數(shù)據(jù)監(jiān)控。
6 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
7 軟件功能
①大型公建或樓宇建筑的信息管理
系統(tǒng)提供標準的手工信息錄入界面，可對各棟監(jiān)控建筑的基本信息進行整理和錄入，并支持手工錄入歷史能耗數(shù)據(jù)的功能。
②能耗數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測
系統(tǒng)采集站定時采集各監(jiān)控點的儀表參數(shù)并上傳至本地建筑能耗分析管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，用戶可于當?shù)貙崟r查詢能耗監(jiān)測情況。
③建筑分類能耗分析
系統(tǒng)自動將建筑能耗進行分類分析，即：
1、耗電量
2、耗水量
3、耗氣量（天然氣量或者煤氣量）
4、集中供熱耗熱量
5、集中供冷耗冷量
6、其他能源應用量（如集中熱水供應量、煤、油、可再生能源等）
④電量分項能耗分析
照明插座用電：為建筑物主要功能區(qū)域的照明、插座等室內(nèi)設(shè)備用電。主要包括照明和插座用電、走廊和應急照明用電、室外景觀照明用電。
空調(diào)用電：主要包括冷熱站用電、空調(diào)末端用電。
動力用電：主要包括電梯用電、水泵用電、通風機用電。
特殊用電：主要包括信息中心、洗衣房、廚房、餐廳、游泳池、健身房或者其他特殊用電。
⑤用能情況的同、環(huán)比分析
統(tǒng)計建筑或片區(qū)能耗的時用量、日用量和年用量，以曲線圖、柱狀圖等不同方式顯示，支持報表輸出。
⑥建筑節(jié)能輔助診斷
系統(tǒng)可提取各能耗數(shù)據(jù)進行同、環(huán)對比分析，確立標桿值并對各監(jiān)控點的能耗情況進行能耗水平判定，對能耗改善提出一套完整的診斷流程，并給出能耗分析報告。
8 軟件界面如下所示：
能耗實時顯示界面
電耗集抄報表
水耗集抄報表
9 結(jié)束語
隨著能源的日益緊張，節(jié)能降耗成為大型公共建筑智能化建設(shè)的必然選擇，本文介紹的Acrel-5000能耗監(jiān)測系統(tǒng)，能監(jiān)控耗能設(shè)備的運行狀況，并能根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)繪制出各種報表、分析曲線、圖形等，便于分析研究，為智能建筑的節(jié)能技術(shù)提供參考。該系統(tǒng)運行安全、可靠，極大地方便了用戶的使用。隨著社會的發(fā)展，能源的日益緊張，實現(xiàn)對分類能耗、分項能耗的遠程監(jiān)測與管理成為智能建筑發(fā)展的必然趨勢。
參考文獻
任致程、周中編著 電力電測數(shù)字儀表原理與應用指南中國電力出版社 2007.4
朱立泉變配電系統(tǒng)的智能管理系統(tǒng)分析 智能建筑電氣技術(shù) 2007年第1卷第4期
作者簡介：
楊軍軍，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網(wǎng)供配電。Email: 2880157877@qq.com手機：15216816024 021-69151071 QQ:2880157877
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