寫(xiě)字樓/辦公樓能源管理系統(tǒng)的應(yīng)用

戴金花

安科瑞電氣股份有限公司，江蘇 江陰 201801

0　引言

隨著社會(huì)的進(jìn)步，我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，企業(yè)的辦公環(huán)境和方式發(fā)生了巨大的變化，專(zhuān)業(yè)的寫(xiě)字樓在各大城市遍布林立。寫(xiě)字樓的出現(xiàn)使得各地企業(yè)辦公集中化、高效化，然而寫(xiě)字樓物業(yè)管理的同步發(fā)展對(duì)于企業(yè)服務(wù)來(lái)說(shuō)更是一個(gè)很大的促進(jìn)。在目前的市場(chǎng)上，在寫(xiě)字樓物業(yè)管理方面大多數(shù)還是處于半信息化狀態(tài)，沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的信息化管理系統(tǒng)針對(duì)于寫(xiě)字樓的物業(yè)管理。因此，安科瑞自主研發(fā)的Acrel-3000電能管理系統(tǒng)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)糾正用電浪費(fèi)，并為建筑節(jié)能考核提供數(shù)據(jù)。

電能的消耗大量集中在低壓配電終端，為了加強(qiáng)終端電能的計(jì)量考核和管理，方便用戶的現(xiàn)場(chǎng)使用、改造和升級(jí)，針對(duì)傳統(tǒng)DDSD和DTSD系列壁掛式安裝電能表在現(xiàn)場(chǎng)使用安裝的不便而設(shè)計(jì)一種微型化導(dǎo)軌式安裝電能表，具有測(cè)量精度高、過(guò)載能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定可靠、工作電壓范圍寬、自身功耗低等優(yōu)點(diǎn)。并且其體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)模數(shù)化，可與微型斷路器配合使用安裝于配電箱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)終端配電電能計(jì)量。

2 設(shè)計(jì)原理

2.1單相DDSF1352電表設(shè)計(jì)原理

DDSF1352單相復(fù)費(fèi)率電能表采用ADI公司最新技術(shù)ADE7169F16片上系統(tǒng)的單芯片設(shè)計(jì)完成。ADE7169集成了高精度計(jì)量單元模塊和8052的MCU及其外圍模塊，計(jì)量模塊計(jì)量精度高、能測(cè)量各相電流、電壓有效值、各相及總的有功功率、無(wú)功功率、電網(wǎng)頻率等運(yùn)行參數(shù)，過(guò)載倍數(shù)大。片上8052的MCU帶有16K FLASH和512B RAM和多種外設(shè)模塊，支持低功耗溫度補(bǔ)償?shù)钠蟁TC模塊、LCD驅(qū)動(dòng)模塊、電源管理模塊、SPI/I2C接口模塊和UART通訊模塊等，用一片ADE7169就能實(shí)現(xiàn)單相復(fù)費(fèi)率多功能電能表設(shè)計(jì)。具體設(shè)計(jì)框圖如圖１。

圖１  單相DDSF1352電表原理框圖

2.2 三相DTSF1352電表設(shè)計(jì)原理

DTSF1352 三相電子復(fù)費(fèi)率電能表采用計(jì)量芯片ATT7030A和飛思卡爾公司的8位單片機(jī)M68HC908LJ12實(shí)現(xiàn)。其原理為：線路上實(shí)時(shí)電壓、電流經(jīng)高精度互感器耦合，采樣電路分別采樣后，送到電量計(jì)量專(zhuān)用芯片ATT7030A（A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)片內(nèi)專(zhuān)用DSP運(yùn)算后輸出電能脈沖），通過(guò)脈沖送到MCU中，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時(shí)段完成分時(shí)有功、無(wú)功電量計(jì)量和最大需量計(jì)算，分別作出相應(yīng)處理，并存貯到EEPROM中；同時(shí)實(shí)現(xiàn)顯示和輸出、RS485串行數(shù)據(jù)傳輸。具體設(shè)計(jì)框圖如圖2。

圖2  三相DTSF1352電表原理框圖

3　大型公建電能計(jì)量宜采用電力儀表

大型公共建筑電能計(jì)量宜采用電力儀表作為內(nèi)部管理電表，不宜用收費(fèi)電表。兩者主要特點(diǎn)歸納如下（見(jiàn)表1）
表1 收費(fèi)電表與電力儀表之比較
 

供電部門(mén)一般給用戶實(shí)施一戶一表的收費(fèi)制度，即收費(fèi)電表由供電部門(mén)統(tǒng)一安裝。因此，收費(fèi)電表除了要有技監(jiān)局發(fā)放的計(jì)量器具許可證外，還需要當(dāng)?shù)厥?、市電力?/SPAN>

門(mén)的許可才可安裝使用。在大型公共建筑電能管理中，供電部門(mén)一般會(huì)在總進(jìn)線處安裝收費(fèi)電表。

電力儀表在用戶安裝收費(fèi)電表的基礎(chǔ)上，考慮內(nèi)部電能計(jì)量與節(jié)能管理的需要安裝，用于內(nèi)部電能管理。因此用戶可自主選擇采購(gòu)，但應(yīng)注意制造商是否有電力儀表（電能部分）的計(jì)量許可證。電力儀表可以完成對(duì)各回路、各樓層或各功能區(qū)的分項(xiàng)電能數(shù)據(jù)的采集，通過(guò)后臺(tái)電能管理系統(tǒng)完成對(duì)大型公共建筑的電能分項(xiàng)計(jì)量。

4　電力儀表在電能分項(xiàng)計(jì)量中的選型方案

電力儀表，是針對(duì)電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公用設(shè)施、智能大型公共建筑的電力監(jiān)控與電能管理需求而設(shè)計(jì)的。它能高精度的測(cè)量所有常用的電力參數(shù)，如三相電壓、三相電流、有功功率、無(wú)功功率、頻率、功率因數(shù)、四象限電能等，采用可視度高的LCD來(lái)顯示儀表測(cè)量參數(shù)和電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行信息。電力儀表功能、型號(hào)繁多，價(jià)格也各不相同，電能計(jì)量方案也多種多樣，因此，應(yīng)合理選配，達(dá)到較佳的性價(jià)比。

根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部114號(hào)文件，對(duì)大型公共建筑能耗數(shù)據(jù)實(shí)行分類(lèi)、分項(xiàng)計(jì)量，對(duì)電能按動(dòng)力用電、照明與插座用電、空調(diào)用電和特殊用電進(jìn)行分項(xiàng)計(jì)量管理。因此，針對(duì)宿舍、寫(xiě)字樓、商鋪、病房等應(yīng)計(jì)量到經(jīng)濟(jì)核算單元的地方，可采用DDS1352或DDSF1352電表；

DDS1352單相電表，用于單相電能計(jì)量，DIN35mm導(dǎo)軌安裝，寬度為1個(gè)模數(shù)（即寬為18mm），一次最大接入單相電流30A，精度1.0級(jí)。優(yōu)點(diǎn)是尺寸小，價(jià)格低，缺點(diǎn)是沒(méi)有通訊功能，不能組網(wǎng)。

DDSF1352單相電表，同樣為DIN35mm導(dǎo)軌安裝，寬度為4個(gè)模數(shù)，一次最大接入單相電流為80A，精度1.0級(jí)，具有峰、平、谷電能分時(shí)復(fù)費(fèi)率計(jì)量功能，帶RS485接口，Modbus協(xié)議或DL/T645規(guī)約，可組網(wǎng)。主要應(yīng)用于對(duì)單相電能的計(jì)量，常用在配電箱內(nèi)。DDS1352及DDSF1352單相電表外形及應(yīng)用如圖3所示：

圖3 DDS1352電表外形，DDSF1352電表外形及其應(yīng)用

針對(duì)用電設(shè)施按照明與插座用電、動(dòng)力用電、空調(diào)用電、特殊用電進(jìn)行分項(xiàng)計(jì)量，對(duì)學(xué)校教室、醫(yī)療病房、賓館客房按樓層或功能分區(qū)計(jì)量時(shí)，可選用DTSF1352或ACR120EL電表。

采用DTSF1352三相四線電表（見(jiàn)圖4），用于三相電能計(jì)量，具有尖、峰、平、谷電能分時(shí)復(fù)費(fèi)率計(jì)量功能，DIN35mm導(dǎo)軌安裝，寬度為7個(gè)模數(shù)，可安裝在照明箱或動(dòng)力箱中，一次最大接入三相電流80A，80A以上可經(jīng)電流互感器采集，精度0.5級(jí)，帶RS485接口，Modbus協(xié)議或DL/T645規(guī)約，可組網(wǎng)。

圖4 DTSF1352電表外形及其在動(dòng)力箱中的應(yīng)用

采用ACR120EL多功能電表，該表為嵌入式安裝，可安裝在動(dòng)力箱或低壓出線柜門(mén)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)，可測(cè)量電流、電壓、功率、頻率、功率因數(shù)、四象限電能等電參量，帶Modbus通訊協(xié)議。 

一些重要場(chǎng)合需檢測(cè)諧波的，可采用ACR230ELH多功能電表，針對(duì)進(jìn)線回路或重要出線回路，采用ACR230ELH多功能電表，嵌入式安裝在配電柜門(mén)板上，面框尺寸為96mm×96mm，除測(cè)量所有電參量外，還具有最大需量，2-31次電流、電壓諧波分量、電壓波峰系數(shù)、電流K系數(shù)、電話波形因子、電流電壓不平衡度、正負(fù)零序分量分析等功能。ACR120EL，ACR230ELH多功能電表外形及其在低壓配電柜中的實(shí)際應(yīng)用如圖5所示。

圖5 ACR120EL、ACR230ELH多功能電表外形

及其在配電抽屜柜中的應(yīng)用

5　系統(tǒng)軟件介紹
5.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Acrel-3000電能管理系統(tǒng)可對(duì)低壓設(shè)備消耗的電能進(jìn)行分項(xiàng)計(jì)量，該系統(tǒng)由站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層三部分組成。
　　現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層采用安科瑞低壓智能計(jì)量箱AZX J，內(nèi)部安裝預(yù)付費(fèi)電能表以及卡軌式電能表。通過(guò)低壓智能計(jì)量箱配合電能管理監(jiān)控系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)、后臺(tái)監(jiān)控管理軟件和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，將采集到的用電設(shè)備的能耗數(shù)據(jù)上傳到統(tǒng)一的監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)用電系統(tǒng)的監(jiān)控管理，對(duì)高能耗用電設(shè)備的合理控制，最終使整套用電系統(tǒng)達(dá)到節(jié)能效果。電能管理系統(tǒng)網(wǎng)拓?fù)鋱D見(jiàn)下圖。

5.2系統(tǒng)功能

安科瑞終端用電管理系統(tǒng)是指通過(guò)在商業(yè)建筑、寫(xiě)字樓、農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)、宿舍等建筑物內(nèi)安裝導(dǎo)軌式及預(yù)付費(fèi)電能計(jì)量裝置，采用遠(yuǎn)程傳輸?shù)仁侄渭皶r(shí)采集各監(jiān)測(cè)點(diǎn)電能數(shù)據(jù)并對(duì)用電量進(jìn)行預(yù)付費(fèi)管理，采用先買(mǎi)電后用電的模式，可以用來(lái)轉(zhuǎn)移經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，并能提前收回電費(fèi)，減少了后期運(yùn)營(yíng)的人員的工作量；實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時(shí)操作，實(shí)時(shí)計(jì)量監(jiān)控，即時(shí)售退電、即時(shí)通斷電的控制效果。徹底解決了以往由載波通信電表等電能采集設(shè)備組成的電能管理系統(tǒng)用電管理繁瑣、系統(tǒng)穩(wěn)定性差、數(shù)據(jù)不透明、欠費(fèi)不交等的諸多問(wèn)題，并可通過(guò)自助終端機(jī)或者互聯(lián)網(wǎng)自助充值，無(wú)需進(jìn)行人工繁雜的充值過(guò)程。通過(guò)終端用電管理系統(tǒng)能合理的控制用電，對(duì)超標(biāo)使用的電費(fèi)嚴(yán)格收取，企業(yè)或者用戶可根據(jù)購(gòu)電情況發(fā)現(xiàn)用電的合理性并進(jìn)行管理。

5.2.1 系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能
（1）實(shí)時(shí)用電監(jiān)控：統(tǒng)計(jì)記錄儀表的累計(jì)用電量、剩余電量、開(kāi)關(guān)狀態(tài)等參量，能方便的查詢每個(gè)房間、商鋪或整棟公寓樓的用電情況，省時(shí)省力。
（2）集中抄表：將房間每時(shí)每天的用電量自動(dòng)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，無(wú)論何時(shí)都可查詢到房間的用電量，做到用電透明，讓用戶明明白白消費(fèi)。
（3）歷史用電記錄：將用戶的用電記錄存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，并能按小時(shí)、天、月匯總，生成Excel報(bào)表。
（4）充值記錄查詢：管理記錄對(duì)預(yù)付費(fèi)電表的充值記錄。能方便的查詢充值金額、充值時(shí)間等信息。
（5）售電日志管理：日志記錄售電成功的信息、失敗的原因，回溯機(jī)制。
（6）自助充值：能通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)充值卡或自助終端機(jī)充值，方便用戶能實(shí)時(shí)的對(duì)儀表進(jìn)行預(yù)付費(fèi)，無(wú)需進(jìn)行人工排隊(duì)等待，但是不能在周期性斷電期間充值，充值失敗后，進(jìn)行數(shù)據(jù)回滾。
（7）充值卡管理：記錄充值卡的面值、有效期、狀態(tài)。
（8）退費(fèi)處理：在商戶或者宿舍人員變更時(shí)，可對(duì)房間剩余電量進(jìn)行退費(fèi)處理，并打印明細(xì)。
（9）余額不足短信、郵件提醒：在系統(tǒng)中可按需設(shè)置預(yù)警電量，當(dāng)小于等于預(yù)警電量時(shí)，由系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)用戶所留聯(lián)系信息進(jìn)行余額不足的提醒。
（10）設(shè)備管理：對(duì)儀表的地址、歸屬機(jī)構(gòu)、檢測(cè)周期等與后期控制有關(guān)的信息進(jìn)行統(tǒng)一管理維護(hù)。
（11）定時(shí)斷送電：按日期、時(shí)間、樓層、用戶類(lèi)別分類(lèi)控制，大大節(jié)省了后勤管理人員的工作量。
（12）自動(dòng)斷電提醒：當(dāng)余額不足時(shí)自動(dòng)斷電一段時(shí)間，之后自動(dòng)恢復(fù)供電。
（13）囤積電量設(shè)置：可通過(guò)售電系統(tǒng)對(duì)電表預(yù)置“囤積電量”，當(dāng)用戶的新購(gòu)電量與表內(nèi)的剩余電量之和大于預(yù)置的“囤積電量”時(shí)，電表拒絕接收卡中的新購(gòu)電量，只有當(dāng)表內(nèi)的剩余電量用至其與新購(gòu)電量之和小于“囤積電量”時(shí)，卡中的新購(gòu)電量方可追加到表中。
（14）階梯電價(jià)：把用戶用電量設(shè)置為若干個(gè)階梯分段或分檔次定價(jià)計(jì)算費(fèi)用。對(duì)用電實(shí)行階梯式遞增電價(jià)可以提高能源效率。
（15）負(fù)載安全限制：惡性負(fù)載、超功率自動(dòng)斷電功能，惡性負(fù)載、超功率排除后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)供電，保護(hù)用電環(huán)境。

5.2.2系統(tǒng)主要軟件界面

6  結(jié)論

應(yīng)用實(shí)踐表明，Acrel-3000電能管理系統(tǒng)的使用，使寫(xiě)字樓物業(yè)管理工作高效化、信息化，大大提高了員工的滿意度與工作效率，節(jié)約了企業(yè)管理成本；系統(tǒng)的決策支持模塊通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的綜合整理和分析，為管理者下一步計(jì)劃的實(shí)施提供了依據(jù)，使得管理決策更科學(xué)。

參考文獻(xiàn)：

[1]安科瑞電氣股份有限公司系統(tǒng)解決方案.2013.1版.

作者簡(jiǎn)介：

戴金花，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄茈娏ΡO(jiān)控與電能管理系統(tǒng)，Email: 2880157871@qq.com       手機(jī)：15052183915