能源管理系统是可持续发展社会的节能基础

发布时间：2012-02-04 05:04:56

0　引言

每天消耗的能源是否创造了更多的价值?每月是否知道高昂的能源费用如何产生？持续发展的社会需要一个节能的能源基础！“可持续发展”亦称“持续发展”。1987年挪威首相布伦特兰夫人在她任主席的联合国世界环境与发展委员会的报告《我们共同的未来》中，把可持续发展定义为“既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展”，这一定义得到广泛的接受，并在1992年联合国环境与发展大会上取得共识。我国有的学者对这一定义作了如下补充：可持续发展是“不断提高人群生活质量和环境承载能力的、满足当代人需求又不损害子孙后代满足其需求能力的、满足一个地区或一个国家需求又不损害别的地区或人群满足其需求能力的发展”。还有从“三维结构复合系统”出发定义可持续发展的。美国世界观察研究所所长莱斯特R.布朗教授则认为,"持续发展是一种具有经济含义的生态概念……一个持续社会的经济和社会体制的结构，应是自然资源和生命系统能够持续维持的结构。

持续发展强调对不同属性的资源，要采取不同的对策。如对矿物、油、气和煤等非可更新资源，要提高其利用率，加强循环利用，尽可能用可更新资源代替，以延长其使用的寿命。对可更新资源的利用，要限制在其再生产的承载力限度内，同时采用人工措施促进可更新资源的再生产。要保护生物多样性及生命的支持系统，保证可更新生物资源的持续利用。可以说，可持续发展社会的能源基础是建立在对能源高效率利用的基础上。

1　 对能源高效率利用必然需要采用能源管理系统

能源管理工作是整个工厂管理的一个重要组成部分，它又是国家和地方能源管理系统的终端部分。工厂能源管理工作涉及的范围是很广泛的，除了做好工厂能源的计划，储存和保证供应外，很重要的是做好能源的合理使用和节约，提高能源的利用率，力求以最小的能源消耗，取得最大的生产效果．

2004年夏天，全国出现大面积能源紧缺，各级政府大力倡导建筑节能降耗，有关专家对工厂、楼宇内整个系统中各项设备进行分析，提出了有可能应用并具有较好投资回报周期的管理节能措施，包括冷冻水泵变频节能；冷却水泵变频节能；冷却塔节能监控；免费冷却热回收系统；变风量节能监控；系统能耗测试评估；水／风系统节能平衡调试；排风余热回收系统；水蓄冷系统；直燃机烟气余热回收；制冷主机变频节能；照明节能管理；电源品质管理系统等，基本囊括了目前建筑能源领域的节能先进技术，他们希望能够通过有针对性的应用能源管理计划中的各项方案，显著降低建筑能耗，做到经济效益和社会效益的双重收益。

随着国民经济的飞速发展，电力能源的短缺已成为全国的普遍形势。

缺电──要求对电力更有效的应用

缺电──要求对负荷进行更严格的控制

缺电──要求对电力消耗进行更有效的监控

“限电”已经成为绝大多数企业面临的实际情况，许多中、大型企业安装了电力部门的负荷监控仪，电力系统将根据企业超过规定负荷的情况进行罚款，甚至断电。

而在企业受到严格负荷控制的情况下，对能源进行有效监控成为企业必须的手段，否则会造成由于次要负荷超标，连带重要负荷一起被断电的不必要的损失。

面对这种情况，企业对能源管理系统提出了更高的要求：

全面性：要求监控到每一个中压、低压回路；

经济性：提供系列产品，可供全面选择。可对电流或电流、电度进行监测；

灵活性：可根据工厂实际及时调整负荷控制方案；

可靠性：性能可靠、少维护。

针对以上情况，上海安科瑞电气股份有限公司（Acrel）提供的Acrel-3000能源管理系统为能源管理系统提供了全新手段。

2 　Acrel-3000能源管理系统

2.1 概述

当今，随着计算机网络技术在各行各业的深入，配电监控功能的集成在广阔的工业技术领域和服务部门中的应用日益增多。事实上，配电系统完善的管理已经离不开状态监控和处理系统。作为电能传输、变换与分配的各类变电站、配电室的监测、控制管理的自动化问题已经提到了议事日程。其中心管理系统早已纳入智能化监控管理范畴。

继第三代控制系统CCS（CCS：Computer Control System中央控制计算机系统）之后，为了提高系统的可靠性，人们又研发推出了第四代控制系统DCS（DCS：Disrtibuted Control System分布式控制系统），DCS系统在过程控制领域获得了极大的成功。但在变电站配电室所特有的变化快，强干扰环境下，DCS系统使用效果不尽人意。随着计算机网络技术的发展和智能器件研发的长足进步，第五代控制系统FCS（FCS：Fieldbus Control System现场总线控制系统）在变电站、配电室的监控环境下应运而生。

Acrel-3000能源管理系统（又称为：智能配电系统）正是这样一套独立完整的监控系统。整个监控网络就象一台巨大的计算机，各个网络节点间交换信息均采用数字通讯方式，完全摒弃了变送器方式下的4~20mA模拟信号，代之以采用RS485、现场总线等接口传输数字信号。

比较起DCS系统，Acrel-3000能源管理系统大大减少了现场各种接口的数量和相应的工作量，提高了网络的智能化程度和信息交换速度，提高了系统的可靠性和抗干扰性。

Acrel公司的Acrel-3000系列能源管理系统以当今变配电领域为基础，利用当今配电自动化发展的最新技术，结合中国配电系统实际情况，集成了许多变配电系统的特点，此外Acrel-3000还在原有基础上增加了配电设备管理、配电网络分析和故障定位等功能，为用户配电自动化提供一套完整的解决方案。

Acrel-3000能源管理系统配合Acrel公司的智能配电仪表可与现场开关柜设备进行信息交换并实施监控，可对中、低压开关设备进行保护、状态读取和对具有电操机构的断路器进行控制。Acrel公司的Acrel-3000能源管理系统在通讯方面具有开放性（MODBUS－RTU），它向上可连接BA或工厂上层管理系统的高速以太网并提供开放的协议，向下可联接各种开关器件和各型智能配电仪表。Acrel公司的Acrel-3000能源管理系统还能为用户提供变电站配电室内的公众电气图纸和全部元器件清单，极大地方便用户进行技术管理和物料管理。

Acrel公司的Acrel-3000能源管理系统在通讯方面具有开放性（MODBUS－RTU），它与BAS（智能建筑系统）可以非常可靠的连接。Acrel-3000能源管理系统可以提供标准的MODBUS－RTU给BAS，也可以提供符合IEC标准的OPC SEVER给BAS（智能建筑系统），这些接口得到了包括JOHNSON CONTROL,HONEYWELL,SIMENS等主流厂商的支持。除此之外，Acrel-3000能源管理系统还提供LONWORKS、PROFIBUS-DP、DEVICENET、ETHERNET等多种现场总线接口。

Acrel公司的Acrel-3000能源管理系统是完全的中文操作系统，画面清晰内容丰富、人机界面友好，使用非常方便。而且该系统的稳定性极强，硬件系统的抗干扰性能极强。另外，Acrel公司的Acrel-3000能源管理系统还具有二次开发特性，您可以通过系统增减被监控对象的数量、电路逻辑关系和负荷能量分配。

为了供配电网络的安全、可靠与供电连续性，对电力质量必须进行有效的监控。在智能化电力管理系统中，Acrel公司的Acrel-3000能源管理系统是实施企业变电站配电室监控管理的理想工具。

Acrel-3000型电能管理系统可对低压设备消耗的电能进行分项计量。其软件运行于windows操作系统，包括windows2000、windows NT、windowsXP等windows系列操作系统。系统除了与本公司自主研发的仪表良好兼容外，还支持数百种硬件设备，包括目前流行的各种板卡、仪表、PLC等。支持各种常用电力通信规约，如部颁CDT规约、POLLING、1801、101、DNP等电力规约。

按照国家对电能计量的相关要求，本系统对耗电量进行分项计量，包括：

（1）照明插座用电：为建筑物主要功能区域的照明、插座等室内设备用电。主要包括建筑物内的照明和插座用电、应急照明用电、室外景观照明用电等。

（2）空调用电：主要包括冷热站用电、空调末端用电。

（3）动力用电：主要包括电梯用电、水泵用电、通风机用电等。

（4）特殊用电：主要包括信息中心、洗衣房、厨房餐厅、游泳池、健身房或者其他特殊用电。

2.2 功能

Acrel-3000能源管理系统是专业应用于变电站配电室的电力软件。是专业解决企业对供电质量和可靠性的高要求，以及巨大的电费支出不透明等情况而开发的专用软件。该系统具备如下功能：

·系统采用全中文的界面。操作方便、实用性好、抗干扰能力强。

·系统不但能将强干扰抑制在变电站网络内、而且还能确保干扰信号不向系统外传输，保障高层系统网络安全。

·系统有良好开放性，连接多种系统。支持双网双主机，可连接多台前端机。

·系统即能提供管理信息又能提供实时信息。

·用户在系统中可对任意型号开关建立逻辑互锁关系以及能量管理逻辑关系。

·系统可为用户输出各种电参量数据，并能对分用户进行负荷分配和能量管理。

·系统为用户提供分级管理，对用户可以依据级别规定其操作权限。

·对于中压配电系统能实现完整的SCADA功能。

·对于低压配电系统能完成各种监控以及保护功能。

·系统支持各种类型的PLC组件和相关的通讯系统。

Acrel-3000能源管理系统是集监视、测量、控制和通信等多种功能于一体的智能监控系统，是一种开放式、网络化、单元化，可扩展化的能源管理系统。

前台人机交互界面

设计适合客户要求的交互界面；标准图元库，方便调用组合；实时数据采集和显示；数据信息的自动逻辑计算和处理；设备参数远程更改设定；合、分闸状态显示和强制操作。

曲线及报表管理设置

客户要求的电参量的趋势曲线；正/反向有/无功电度的历史趋势；设计满足客户需求的各种报表；自动生成电能计量的日、月、年报表；可根据常用的MS Excel设置模板并生成相应报表，使用户轻松使用；查询任意时刻报表、显示并打印。

后台数据库管理

应用广泛的数据库软件如Access、MSSQL；建立开放式、网络化数据库；存储指定年限或所有的数据信息；软件系统实现的动态链接库；实时数据信息更新安全可靠；支持C/S、B/S方式，实现数据远传。

多级权限用户管理

密码登录后台，保证设置安全；高权限对低权限管理，分级操作，各权限均具修改密码功能。

通讯管理设置

各串口自主配置，操作方便；不同设备的通讯协议选择；通讯波特率自主选择；系统根据选择结果自动对该前置机某端口所连各设备进行统一的遥控配置。

网络功能

双机热备功能，支持双机、双网、双设备等冗余，并采用热备份的形式确保系统稳定可靠的运行，配置简单、方便。网络上任意一台机器可指定为I/O服务器（即前置机），网络上的其他机器可方便地从该机器上获取数据。

2.3 Acrel-3000能源管理系统网络拓扑图

通过上层以太网，网络中的任何具有权限的监控站均可与Acrel-3000监控总站连接并且交换信息和传递控制命令。

Acrel-3000变电站监控中心是数据和信息的加工处理中心，所有信息均保存在系统数据库中，数据库中的数据保存时间依据硬盘的大小而定。

Acrel-3000变电站监控中心主机与系统前端机的通信接口符合RS485规约，网线长度小于1200米。若长度超过1200米需要引入调制解调器或安装中继装置。前端机安装于现场。

前端机对配电网的中压和低压部分众多的开关状态和各种电参量数，根据回路地址进行实时扫描和交换信息，所获得的信息发往系统监控主机。

前端机就是一个信息的搜集和中转站，同时完成并实现对各种不同的通信协议进行转换的功能。用户能在前端机的界面上对各回路实施控制和参数设置。

2.4 Acrel-3000能源管理系统优越性

·实现企业供电线路的故障诊断及非故障区域的恢复供电；

·实现以地理信息为支撑的配电系统设备管理、运行管理、提高供配电管理水平；

·提供EMS(能源管理系统)系统生产成本核算数据及负荷分配管理；

·掌握电力费用支出情况，为生产成本核算提供重要依据；

·可通过对电力参数的曲线变化监视设备运行状况；

·提高工作效率，缩短巡检时间，增加巡检次数；

·提高供电可靠性，降低人为事故发生机率；

·实现预警报告，防患于未然；

·提供准确数据，提高事故处理效率；

·减少工作量，实现真正意义上的减员增效；

软件界面

数据采集

可采集和处理电力系统常用的各种遥测量、遥信量、脉冲量等。如：遥测量：电压、电流、有功、无功等；遥信量：开关状态、刀闸位置、保护动作信号、事故跳闸总信号、预告信号等；脉冲量：电度量、周波、时间量、设备参数、保护定值等；非电量：温度、压力、湿度、火灾报警、防盗报警等。

主界面显示

可根据现场的设备安装情况及布局将其用图形界面形象的表示出来，图为低压系统的配电图。

月抄表数据的查询

显示某个月的电表数据，可进行自定义查询，打印输出。

系统运行状况图

系统开关量、模拟量、脉冲量一览表，记录开关量变位动作次数，系统各保护装置保护投退表、保护定值表、各微机装置内信号表，系统安全运行天数。系统各脉冲电量读取，日、月、年统计一览表等。

3 　能源管理表计的选型方案

3.1 高压回路或低压进线回路选ACR330ELH仪表

图1 ACR330ELH电力仪表

该表为电能质量分析仪表，主要功能有：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限电能计量、复费率电能统计；THDu，THDi、2-31次各次谐波分量；电压波峰系数、电话波形因子、电流K系数、电压与电流不平衡度计算；电网电压电流正、负、零序分量（含负序电流）测量；4DI+3DO（DO3做过压、欠压、过流、不平衡报警）；RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T645规约。外形尺寸：120×120mm，开孔尺寸：108×108mm。适用于高压重要回路或低压进线柜，见图1。

3.2 低压联络或出线回路选ACR220EL电力仪表

图2 ACR220EL电力仪表

该表主要功能有：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限电能计量、复费率电能统计、最大需量统计；4DI+2DO；RS485通讯接口、Modbus协议。外形尺寸：96×96mm，开孔尺寸：88×88mm。适用于低压联络柜、出线柜，见图2。

3.3 动力柜、照明箱选ACR120EL电力仪表或导轨式电表

图3 ACR120EL电力仪表

ACR120EL电力仪表主要功能有：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限电能计量、复费率电能统计、最大需量统计；2DI+2DO；RS485通讯接口、Modbus协议。外形尺寸：开孔尺寸80×80mm，开孔尺寸72×72mm。适用于动力柜，见图3。

图4 DTSD1352导轨式电表

DTSD1352导轨式电表主要功能：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限电能计量、复费率电能统计、最大需量统计；电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：126×89×74mm，7模数。适用于动力柜，见图4。

图5 DTSF1352导轨式电表

DTSF1352导轨式电表主要功能：电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：126×89×74mm，7模数。适用于照明箱的三相电能计量，见图5。

图6 DDSF1352导轨式电表

照明箱DDSF1352电表主要功能：电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：76×89×74mm，4模数。适用于照明箱的电流、电压测量；单相电能计量，见图6。

4 　系统报价

单位：元（RMB）

名称	型号		单位	面价	备注
监控主机	IPC610H/PIV2.8G/1G/120G/166x DVD/KB+MS/D-Link530+外设		台	8500	均可用户自备，以当时市场价格为准，该报价仅供参考
显示器	三星19寸液晶显示器		台	3000
	三星22寸液晶显示器		台	3800
打印机	HP LaserJet 1020 A4		台	2500
	EPSON-LQ1600KIIIH A3		台	4000
UPS电源	山特C1KS		台	5000
	山特C2KS		台	6500
通讯线缆	五类线		米	4.6
	屏蔽双绞线RVVP 2×1.0		米	5.6
	光纤（多模）		米	6.6
通讯机柜	1200×600×600		面	3000
	2200×600×600		面	5000
光电转换	HTB-1000		只	750	远距离传输
	终端盒		只	60
	尾纤		面	50
	耦合器		面	50
	熔接点		个	50
通讯转换	扩展卡ACRNET-PCI/4		块	3000	扩展卡
	串口服务器ACRNET-PORT(2口)		只	3000	串口服务器
	串口服务器ACRNET-PORT(4口)		只	5500
	通讯前置机ACRNET-UC02(2口)		只	4000	通讯前置机
	通讯前置机ACRNET-UC04(4口)		只	6000
	通讯前置机ACRNET-UC08(8口)		只	11500
	通讯管理机ACRHMI		台	30000	人机界面
组网设备	网络交换机EDS-208		台	3000	局域组网
	网络交换机EDS-408		台	8500
监控软件	Acrel监控组态软件V6.0	系统组态软件图形组态软件电能管理软件数据库软件	套	3万	设备数量1～10
				4万	设备数量11～20
				6万	设备数量21～40
				8万	设备数量41～80
				10万元以上	设备数量80以上
	双机版		套		单机价格×1.5
	数据转发	每+1用户	套	3000
	Web发布	每+1用户（总用户数≤5）	套	5000
电力仪表	ACR330ELH		台	4860
	ACR220ELH		台	4280
	ACR120EL		台	3580
导轨式电表	DTSD1352		台	2050
	DTSF1352		台	1200
	DDSF1352		台	600

注：电力仪表和导轨式安装电表可按上述报价的70%优惠供应。

5 　结束语

本文介绍的基于ACREL-3000能源管理系统，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，极大的方便了用户的使用，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。

参考文献

[1]江苏安科瑞电器制造有限公司产品手册.2010.08版.

[2]美国能源控制公司（AEC）AECONTROL能源管理系统产品手册.

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