電能管理系統(tǒng)在惠氏公司的應(yīng)用

　　摘要：介紹惠氏營(yíng)養(yǎng)品(中國(guó))有限公司電能管理系統(tǒng)，采用智能電力儀表采集配電現(xiàn)場(chǎng)的各種電參量和三相電壓電流的2-31次諧波。系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)就地組網(wǎng)的方式，組網(wǎng)后通過現(xiàn)場(chǎng)總線通訊并且經(jīng)并入惠氏營(yíng)養(yǎng)品公司內(nèi)部局域網(wǎng)遠(yuǎn)傳至后臺(tái)，通過Acrel-3000型電能管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)變電所配電回路用電的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和電能管理。

　　關(guān)鍵詞：惠氏營(yíng)養(yǎng)品(中國(guó))有限公司;變電所;智能電力儀表;Acrel-3000型;自行組網(wǎng);電能管理統(tǒng)

　　0 引言

　　惠氏營(yíng)養(yǎng)品(中國(guó))有限公司(以下簡(jiǎn)稱“惠氏公司”)是全球500強(qiáng)企業(yè)之一，也是全球最大的以研發(fā)為基礎(chǔ)的制藥和保健品公司之一?；菔瞎驹谘芯俊㈤_發(fā)、制造和銷售藥品、疫苗、生物制品、營(yíng)養(yǎng)品和非處方藥品等方面處于全球領(lǐng)先地位?；菔系漠a(chǎn)品改善了全球各地人們的生活質(zhì)量。惠氏公司的主要業(yè)務(wù)部門有惠氏公司藥物部、惠氏公司健康藥物部和Fort Dodge動(dòng)物保健品部等?；菔瞎驹谥扑?、疫苗和生物技術(shù)方面的領(lǐng)導(dǎo)地位具有悠久的歷史?；菔瞎驹趮D女衛(wèi)生保健、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、肌肉與骨骼疾病、心血管疾病的治療、疫苗、抗感染、血友病、免疫制劑和抗腫瘤等領(lǐng)域都有業(yè)界領(lǐng)先的產(chǎn)品?；菔瞎就瑯右彩菭I(yíng)養(yǎng)品領(lǐng)域和健康藥物領(lǐng)域的領(lǐng)先者。它在處方藥和非處方藥的研究、開發(fā)及制造和經(jīng)營(yíng)方面占有舉足輕重的地位，同時(shí)，它在疫苗、生物工程、農(nóng)產(chǎn)品以及動(dòng)物健康產(chǎn)品方面也占有重要地位。

　　由于惠氏公司用電量比較大，并且為響應(yīng)國(guó)務(wù)院制定的一系列促進(jìn)節(jié)能減排的政策措施，更好的對(duì)配電系統(tǒng)進(jìn)行電能管理。因此建立了后臺(tái)電能管理系統(tǒng)，對(duì)配電進(jìn)行智能化管理。本項(xiàng)目為惠氏公司四個(gè)變電所電能管理系統(tǒng)。根據(jù)配電系統(tǒng)管理的要求，需要對(duì)惠氏公司四個(gè)變電所內(nèi)的低壓配出線進(jìn)行電力監(jiān)測(cè)，以保證用電的安全、可靠和高效。

　　Acrel-3000型低壓電能管理系統(tǒng)，充分利用了現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的最新發(fā)展，對(duì)變配電系統(tǒng)進(jìn)行分散數(shù)據(jù)采集和集中監(jiān)控管理。對(duì)配電系統(tǒng)的二次設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)，通過計(jì)算機(jī)和通訊網(wǎng)絡(luò)，將分散的配電所的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接為一個(gè)有機(jī)的整體，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和集中電能管理。

　　1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　本電能管理系統(tǒng)主要由生產(chǎn)和辦公總計(jì)四個(gè)變電所進(jìn)行變配電管理，濕法、干法、廢水三個(gè)變電所提供整個(gè)惠氏公司生產(chǎn)所需電力，CUB變電所提供惠氏公司全部辦公及后勤用電。高壓電纜進(jìn)線由外邊開閉所引來，并且監(jiān)控值班室設(shè)置在辦公主樓的二樓監(jiān)控室。因此，為實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)惠氏公司電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及對(duì)各區(qū)用電的電能管理，在值班室設(shè)立了監(jiān)控中心，基于Acrel-3000的電能管理系統(tǒng)后臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與電能管理。

　　1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　本電能管理系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)惠氏公司四個(gè)變電所的0.4kV配電系統(tǒng)的用電監(jiān)測(cè)與電能管理;監(jiān)測(cè)范圍為四個(gè)變電所的T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、 T8變壓器的低壓進(jìn)線柜、聯(lián)絡(luò)柜、饋線柜中的智能電力儀表，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和電能管理。該系統(tǒng)總計(jì)有79只儀表(其中包括8只ACR330ELH諧波儀表，71只PZ系列智能儀表)，分8條總線，由于四個(gè)變電所之間距離較遠(yuǎn)，并且較為分散，采用每個(gè)變電所內(nèi)自行組網(wǎng)，然后并入惠氏公司內(nèi)部局域網(wǎng)的方式，實(shí)該現(xiàn)場(chǎng)總線上儀表與監(jiān)控主機(jī)的數(shù)據(jù)連通。

　　系統(tǒng)主要采用分層分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖1所示：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層[1]。

　　圖1 系統(tǒng)總體拓?fù)鋱D

　　1)站控管理層

　　站控管理層針對(duì)電能管理系統(tǒng)的管理人員，是人機(jī)交互的直接窗口，也是系統(tǒng)的最上層部分。主要由系統(tǒng)軟件和必要的硬件設(shè)備，如工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、UPS電源等組成。電能管理系統(tǒng)軟件具有良好的人機(jī)交互界面，對(duì)采集的現(xiàn)場(chǎng)各類數(shù)據(jù)信息計(jì)算、分析與處理，并以圖形、數(shù)顯、聲音等方式反映現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況。

　　監(jiān)控主機(jī)：用于數(shù)據(jù)采集、處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。為系統(tǒng)內(nèi)或外部提供數(shù)據(jù)接口，進(jìn)行系統(tǒng)管理、維護(hù)和分析工作。

　　打印機(jī)：系統(tǒng)召喚打印或自動(dòng)打印圖形、報(bào)表等。

　　UPS：保證計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的正常供電，在整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生供電問題時(shí)，保證站控管理層設(shè)備的正常運(yùn)行，提供足夠的時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

　　2)網(wǎng)絡(luò)通訊層

　　通訊層設(shè)備為Nport5232I串口服務(wù)器。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁，負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備回送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、分類和傳送等工作的同時(shí)，轉(zhuǎn)達(dá)上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各種控制命令。

　　通訊介質(zhì)：系統(tǒng)主要采用屏蔽雙絞線，以RS485接口，Modbus通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與上位機(jī)的實(shí)時(shí)通訊。

　　3)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層

　　現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層是數(shù)據(jù)采集終端，主要由智能儀表組成，采用具有高可靠性、帶有現(xiàn)場(chǎng)總線連接的分布式I/O控制器構(gòu)成數(shù)據(jù)采集終端，向數(shù)據(jù)中心上傳采集的數(shù)據(jù)。智能電力儀表?yè)?dān)負(fù)著最基層的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，其監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)必須完整、準(zhǔn)確并實(shí)時(shí)傳送至監(jiān)控主機(jī)。

　　以上網(wǎng)絡(luò)儀表均采用RS485接口和Modbus-Rtu通訊協(xié)議，RS485采用屏蔽線傳輸，一般都采用二根連線，接線簡(jiǎn)單方便;通訊接口是半雙工通信即通信的雙方都可以接收、發(fā)送數(shù)據(jù)但是在同一時(shí)刻只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps。RS485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾能力增強(qiáng)，總線上允許連接多達(dá)32個(gè)設(shè)備，最大傳輸距離為1.2km。

　　1.2 現(xiàn)場(chǎng)儀表

　　本項(xiàng)目對(duì)于變壓器低壓主進(jìn)線回路的監(jiān)測(cè)采用安科瑞的ACR330ELH多功能諧波儀表，其是針對(duì)電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公共設(shè)施、智能大廈的電力監(jiān)控需求而設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)電力儀表，它能測(cè)量所有常規(guī)電力參數(shù)，如：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電度、無功電度、并可監(jiān)測(cè)電壓、電流的2-31次諧波分量等多種電參量。并且本儀表帶有4路光電隔離開關(guān)量輸入接點(diǎn)和2路繼電器控制輸出接點(diǎn)，這些接點(diǎn)可以配合智能斷路器實(shí)現(xiàn)斷路器的遙信、遙控操作。該系列網(wǎng)絡(luò)電力儀表主要應(yīng)用于變電站自動(dòng)化、配電網(wǎng)自動(dòng)化、小區(qū)電力監(jiān)控、工業(yè)自動(dòng)化、能源管理系統(tǒng)及智能建筑等領(lǐng)域。對(duì)于其他的配電柜出線回路，采用的都是PZ-80/E4智能電力儀表，PZ-80/E4智能電力儀表，為嵌入式安裝，可安裝在動(dòng)力箱或低壓出線柜門板上，面板尺寸為80mm×80mm，規(guī)格為220/380V、5A，電流經(jīng)互感器接入，精度0.5級(jí)，廣泛應(yīng)用于高、低壓進(jìn)線柜、聯(lián)絡(luò)柜、出線柜、動(dòng)力柜等場(chǎng)合，帶RS485接口，Modbus通訊協(xié)議[2]。

　　2 電能管理系統(tǒng)主要功能

　　2.1 數(shù)據(jù)采集與處理

　　數(shù)據(jù)采集是配電監(jiān)控的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)采集主要由底層多功能網(wǎng)絡(luò)儀表采集完成，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的本地實(shí)時(shí)顯示。需要完成采集的信號(hào)包括：三相電壓U、三相電流I、頻率Hz、功率P、功率因數(shù)COSφ、電度Epi、遠(yuǎn)程設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)處理主要是把按要求采集到的電參量實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的顯示給用戶，達(dá)到配電監(jiān)控的自動(dòng)化化和智能化要求，同時(shí)把采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)供用戶查詢。

　　2.2 人機(jī)交互

　　系統(tǒng)提供簡(jiǎn)單、易用、良好的用戶使用界面。采用全中文界面，CAD圖形顯示低壓配電系統(tǒng)電氣一次主接線圖，顯示配電系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)及相應(yīng)實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)，畫面定時(shí)輪巡切換;畫面實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)刷新;模擬量顯示;開關(guān)量顯示;連續(xù)記錄顯示等。

　　2.3 歷時(shí)事件

　　歷時(shí)事件查看界面主要為用戶查看曾經(jīng)發(fā)生過的故障記錄、信號(hào)記錄、操作記錄、越限記錄提供方便友好的人機(jī)交互，通過歷史事件查看平臺(tái)，您可以根據(jù)自己的要求和查詢條件方便定位您所要查看的歷史事件，為您把握整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況提供了良好的軟件支持。

　　2.4 數(shù)據(jù)庫(kù)建立與查詢

　　主要完成遙測(cè)量和遙信量定時(shí)采集，并且建立數(shù)據(jù)庫(kù)，定期生成報(bào)表，以供用戶查詢打印。

　　2.5 用戶權(quán)限管理

　　針對(duì)不同級(jí)別的用戶，設(shè)置不同的權(quán)限組，防止因人為誤操作給生產(chǎn)，生活帶來的損失，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全，可靠運(yùn)行?？梢酝ㄟ^用戶管理進(jìn)行用戶登錄、用戶注銷、修改密碼、添加刪除等操作，方便用戶對(duì)賬號(hào)和權(quán)限的修改。

　　2.6 運(yùn)行負(fù)荷曲線

　　負(fù)荷趨勢(shì)曲線功能主要負(fù)責(zé)定時(shí)采集進(jìn)線及重要回路電流和功率負(fù)荷參量，自動(dòng)生成運(yùn)行負(fù)荷趨勢(shì)曲線的，方便用戶及時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷狀況。點(diǎn)擊畫面相應(yīng)按鈕或菜單項(xiàng)可以完成相應(yīng)功能的切換;可以查看實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線或歷史趨勢(shì)線;對(duì)所選曲線可以進(jìn)行平移、縮放、量程變換等操作，幫助用戶進(jìn)線趨勢(shì)分析和故障追憶，為分析整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況提供了直觀而方便的軟件支持。

　　2.7 遠(yuǎn)程報(bào)表查詢

　　報(bào)表管理程序的主要功能是根據(jù)用戶的需要設(shè)計(jì)報(bào)表樣式，把系統(tǒng)中處理的數(shù)據(jù)經(jīng)過篩選、組合和統(tǒng)計(jì)生成用戶需要的報(bào)表數(shù)據(jù)。本程序還可以根據(jù)用戶的需要對(duì)報(bào)表文件采用定時(shí)保存、打印或者召喚保存、打印模式。同時(shí)本程序還向用戶提供了對(duì)生成的報(bào)表文件管理功能。報(bào)表具有自由設(shè)置查詢時(shí)間實(shí)現(xiàn)日、月、年的電能統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。

　　3 系統(tǒng)案例分析

　　上位機(jī)軟件為Acrel-3000電能管理系統(tǒng)組態(tài)軟件，該軟件是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電參量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與監(jiān)測(cè)的專用軟件，最大的特點(diǎn)是能以靈活多樣的“組態(tài)形式”而不是編程方式來進(jìn)行系統(tǒng)集成，它提供了良好的用戶開發(fā)界面和簡(jiǎn)捷的工程實(shí)現(xiàn)方法，只要將其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的“組態(tài)”，便可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測(cè)功能。Acrel-3000電能管理系統(tǒng)具有友好的人機(jī)交互界面，可實(shí)時(shí)和定時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備各電參量及開關(guān)量狀態(tài)，并將采集到的數(shù)據(jù)上傳給監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示與存儲(chǔ)。系統(tǒng)還提供了實(shí)時(shí)曲線和歷史趨勢(shì)曲線分析，符合用戶設(shè)計(jì)需要的報(bào)表、事件記錄和故障報(bào)警等功能[3]。整個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)所有回路用電量的采集和統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表、電力監(jiān)測(cè)與電能管理功能。

　　3.1 數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)圖顯示

　　現(xiàn)場(chǎng)儀表測(cè)量并采集回路數(shù)據(jù)信息，上位機(jī)軟件再對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表的數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)或周期采集并存儲(chǔ)，可以自由設(shè)置采集的時(shí)間周期，最小的系統(tǒng)支持的采集周期?？梢噪S時(shí)查看任一表計(jì)的瞬時(shí)表值、累計(jì)量等信息，記錄時(shí)間間隔內(nèi)電力儀表的電壓、電流、功率因數(shù)和有功電度等。這些參數(shù)信息可以自動(dòng)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，便于查詢。系統(tǒng)具有友好的人機(jī)界面，便于普通的現(xiàn)場(chǎng)值班人員查看并記錄相關(guān)信息，系統(tǒng)一次圖(如圖2、圖3)不僅顯示了線路的開關(guān)狀態(tài)，還實(shí)時(shí)顯示電壓、電力、有功電度等重要的電力參數(shù)。所有數(shù)據(jù)信息都定期的保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

　　圖2 20KV高壓一次系統(tǒng)圖

　　圖3 3#變壓器低壓一次系統(tǒng)

　　遠(yuǎn)程抄表 系統(tǒng)對(duì)所有采集到的數(shù)據(jù)都能實(shí)時(shí)的顯示，并保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，因此可以手動(dòng)查詢每個(gè)回路的所有實(shí)時(shí)及歷史電參量數(shù)據(jù)，并以表格的形式展現(xiàn)給用戶，便于打印、保存。如圖4所示。

　　圖4 回路遠(yuǎn)程抄表

　　3.3 電能報(bào)表

　　系統(tǒng)采集的有功電度數(shù)據(jù)，按照回路名稱的不同，自動(dòng)生成日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表和年報(bào)表并有報(bào)表打印功能，并可對(duì)某一回路的某一時(shí)間段內(nèi)的用電量進(jìn)行查詢與打印，同時(shí)這些報(bào)表也能以Excel的格式導(dǎo)出。如圖5所示。

　　圖5 電能管理報(bào)表

　　3.4 電流趨勢(shì)曲線 本系統(tǒng)對(duì)于重要回路，不僅可以對(duì)電流進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示與監(jiān)測(cè)，并可以根據(jù)保存的歷史數(shù)據(jù)做成趨勢(shì)曲線，可以查看實(shí)時(shí)和歷史變化趨勢(shì)，預(yù)測(cè)電力負(fù)荷容量，并可對(duì)電力故障進(jìn)行查詢，保證電力負(fù)荷的安全運(yùn)行。如圖6所示。

　　圖6 電流趨勢(shì)曲線

　　3.5 事件記錄與報(bào)警

　　主要用于查看歷史報(bào)警信息;幫助用戶進(jìn)行事故查詢與追憶;支持歷史查詢，打印等功能。實(shí)時(shí)報(bào)警信息會(huì)即時(shí)彈出，提醒用戶所進(jìn)行的操作。并對(duì)所有操作具有自動(dòng)事件記錄功能。如圖7所示。

　　圖7 回路跳閘報(bào)警

　　4 結(jié)束語 隨著智能建筑的發(fā)展及電力的廣泛應(yīng)用，對(duì)智能建筑的配電系統(tǒng)的智能化集成管理已成為國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑及大型公共建筑智能化建設(shè)的必然趨勢(shì)，本文介紹的基于 Acrel-3000的電力監(jiān)測(cè)與電能管理系統(tǒng)，不僅可以實(shí)時(shí)顯示電力運(yùn)行狀態(tài)及用電狀況，還能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，以用戶適用的方式展現(xiàn)出來，滿足用戶的需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析、處理，其生成各種電能報(bào)表、分析曲線、圖形等，極大的方便了用戶的使用，便于配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與電能的遠(yuǎn)程抄表與分析研究，為智能建筑的節(jié)能技術(shù)提供參考。

　　參考文獻(xiàn)

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　　作者簡(jiǎn)介： 孔冠軍(1988-)，男，漢族，學(xué)士，系統(tǒng)集成工程師，主要研究方向?yàn)橹悄芙ㄖ┡潆姳O(jiān)控系統(tǒng)

      楊興媚 (1988-)，女，本科，江蘇安科瑞電器制造有限公司，技術(shù)工程師，主要研究方向?yàn)橹悄茈娏ΡO(jiān)控與電能管理系統(tǒng)。