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楊軍軍
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定
摘 要：隨著電力網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，用電負(fù)荷的持續(xù)增長，各種新型負(fù)載的不斷涌現(xiàn)，用戶更加關(guān)注電能質(zhì)量的問題，同時對節(jié)能減排也提出了更加嚴(yán)格的要求。用戶需要更加有效的電能管理解決方案，來應(yīng)對上述變化帶來的挑戰(zhàn)，以實現(xiàn)變配電系統(tǒng)的持續(xù)、高效、低耗的運(yùn)行。
關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)監(jiān)測；智能電表；電能管理軟件。
0 引言
配電自動化，是一項集計算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、控制技術(shù)、現(xiàn)代化設(shè)備及管理于一體的綜合信息管理系統(tǒng)。其目的是提高供電可靠性，改善電能質(zhì)量，向用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，降低運(yùn)行費(fèi)用，減輕運(yùn)行人員的勞動強(qiáng)度。
隨著電力網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，用電負(fù)荷的持續(xù)增長，各種新型負(fù)載不斷涌現(xiàn)，用戶更加關(guān)注電能質(zhì)量問題，同時也對電能質(zhì)量提出了更加嚴(yán)格的要求。用戶需要更加有效的電力監(jiān)控管理解決方案來應(yīng)對上述變化帶來的挑戰(zhàn)，以實現(xiàn)配電系統(tǒng)持續(xù)可靠、高效低耗的運(yùn)行。
本文以常熟滌綸有限公司電能管理系統(tǒng)為例，介紹電能管理系統(tǒng)在企業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。
1 項目概況
常熟滌綸有限公司（原常熟市滌綸廠）是高強(qiáng)低伸滌綸長絲及FDY高強(qiáng)低收縮滌綸工業(yè)絲（細(xì)旦）專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)，并擁有自營進(jìn)出口權(quán)。公司創(chuàng)建于 1983 年，地處長江三角洲的常熟市董浜鎮(zhèn)徐市。 廠占地面積 49900 平方米，建筑面積 27319 平方米，共有四個生產(chǎn)廠區(qū)。由于常熟滌綸工廠用電量比較大，并且為響應(yīng)國務(wù)院制定的一系列促進(jìn)節(jié)能減排的政策措施，更好的對配電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控管理。因此建立了后臺電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)，對配電進(jìn)行智能化管理。
該工廠變配電系統(tǒng)主要由工廠一樓高壓電機(jī)出線和三樓配電室進(jìn)行變配電管理，共計一個高壓出線回路，32個低壓出線回路，均安裝PZ72-E4/KC可編程電測表，工廠三樓配電室提供整個常熟滌綸的生產(chǎn)所需電力。監(jiān)控值班室設(shè)置在工廠的二樓監(jiān)控室。
2 用戶需求
為了能實現(xiàn)對整個廠房用電量進(jìn)行自動采集、遠(yuǎn)傳和存儲、預(yù)處理、線損統(tǒng)計及分析的電能綜合管理平臺，廠房需采用一套電能管理系統(tǒng)軟件，將各個用電回路的用電狀況及用電量進(jìn)行管理，將各種用電量及相關(guān)數(shù)據(jù)通過圖、表等方式展現(xiàn)給本地網(wǎng)絡(luò)的管理層，并預(yù)留接口，為日后向上級管理平臺提供用電量分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。達(dá)到自動采集、集中管理的一個智能化電能管理系統(tǒng)。
3 設(shè)計方案
3.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)
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
DL/T5137-2001 《電測量及電能計量裝置設(shè)計技術(shù)規(guī)程》
GB2887 計算站場地技術(shù)條件
3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
Acrel-3000電能管理系統(tǒng)以監(jiān)控主機(jī)、通訊設(shè)備、測控單元為基本工具，為大型公共建筑的實時數(shù)據(jù)采集、開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測及遠(yuǎn)程管理與控制提供了基礎(chǔ)平臺，它可以和檢測、控制設(shè)備構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要采用分層分布式計算機(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)場設(shè)備層。
1）站控管理層
站控管理層針對電能管理系統(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)級計算機(jī)、打印機(jī)、UPS電源等組成。監(jiān)測系統(tǒng)軟件具有良好的人機(jī)交互界面，對采集的現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)信息計算、分析與處理，并以圖形、數(shù)顯、聲音等方式反映現(xiàn)場的運(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)召喚打印或自動打印圖形、報表等。
UPS：保證計算機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)的正常供電，在整個系統(tǒng)發(fā)生供電問題時，保證站控管理層設(shè)備的正常運(yùn)行，提供足夠的時間進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。
2）網(wǎng)絡(luò)通訊層
通訊層設(shè)備為CP134U-I擴(kuò)展卡。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁，負(fù)責(zé)對現(xiàn)場設(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，轉(zhuǎn)達(dá)上位機(jī)對現(xiàn)場設(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)議實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備與上位機(jī)的實時通訊。
3）現(xiàn)場設(shè)備層
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，采用具有高可靠性、帶有現(xiàn)場總線連接的分布式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)。測量儀表擔(dān)負(fù)著最基層的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，其監(jiān)測的數(shù)據(jù)必須完整、準(zhǔn)確并實時傳送至監(jiān)控主機(jī)。
3.3 現(xiàn)場儀表
對于主進(jìn)線回路的監(jiān)測，采用安科瑞的PZ42-E4/KC，實現(xiàn)對該回路的主要電參量的測量，其中包括三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、有功電度、無功電度、頻率、功率因數(shù)、電能的峰平谷電能、以及斷路器分合狀態(tài)信號等。
對于其他的配電柜出線回路，采用的都是PZ72-E4/KC電力儀表，PZ72-E4/KC多功能電表，為嵌入式安裝，可安裝在動力箱或低壓出線柜門板上，面板尺寸為72mm×72mm，規(guī)格為220/380V、5A，電流經(jīng)互感器接入，精度0.5級，廣泛應(yīng)用于高、低壓進(jìn)線柜、聯(lián)絡(luò)柜、出線柜、動力柜等場合，帶RS485接口，Modbus通訊協(xié)議,詳細(xì)儀表清單如表一所示：
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回路編號
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回路名稱
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儀表型號
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PT
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CT
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AH16
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1
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高壓電機(jī)
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PZ72-E4/KC
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100
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5AA1
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1
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主進(jìn)線
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PZ72-E4/KC
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1
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800
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5AA2
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1
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冷凍1#（東）
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PZ72-E4/KC
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1
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30
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2
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冷凍2#（西）
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PZ72-E4/KC
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1
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15
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3
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240M3空壓機(jī)控制電源
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PZ72-E4/KC
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1
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60
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5AA3
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1
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干燥1#
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PZ72-E4/KC
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1
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60
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2
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干燥除濕1#
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PZ72-E4/KC
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1
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60
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3
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紡絲2#
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PZ72-E4/KC
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1
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60
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4
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紡絲1#
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PZ72-E4/KC
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1
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60
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5AA4
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1
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紡絲5#
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PZ72-E4/KC
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1
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60
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2
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紡絲6#
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PZ72-E4/KC
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1
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60
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3
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空調(diào)1#
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PZ72-E4/KC
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1
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60
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4
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水泵1#
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PZ72-E4/KC
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1
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15
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5AA5
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1
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卷繞2#4-6
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PZ72-E4/KC
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1
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15
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2
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卷繞1#4-6
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PZ72-E4/KC
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1
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15
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3
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卷繞1#1-3
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PZ72-E4/KC
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1
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15
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4
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卷繞2#1-3
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PZ72-E4/KC
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1
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15
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5
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預(yù)熱爐+消防水泵
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PZ72-E4/KC
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1
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60
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Z-DP-2
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1
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卷繞6#1-3
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PZ72-E4/KC
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1
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100
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2
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卷繞6#4-6
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PZ72-E4/KC
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1
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120
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3
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卷繞5#4-6
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PZ72-E4/KC
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1
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120
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4
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卷繞5#1-3
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PZ72-E4/KC
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1
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120
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Z-DP-1
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1
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照明北
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PZ72-E4/KC
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1
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120
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2
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照明南
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PZ72-E4/KC
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1
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120
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3
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煅燒爐
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PZ72-E4/KC
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1
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120
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4
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備用2
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PZ72-E4/KC
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1
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120
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3.4 系統(tǒng)功能
上位機(jī)軟件為Acrel-3000電能管理系統(tǒng)組態(tài)軟件，該軟件是對現(xiàn)場電參量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與監(jiān)測的專用軟件，最大的特點是能以靈活多樣的“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)界面和簡捷的工程實現(xiàn)方法，只要將其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進(jìn)行簡單的“組態(tài)”，便可以非常容易地實現(xiàn)和完成對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測功能。Acrel-3000電能管理系統(tǒng)具有友好的人機(jī)交互界面，可實時和定時采集現(xiàn)場設(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)行實時顯示與存儲。系統(tǒng)還提供了實時曲線和歷史趨勢曲線分析，符合用戶設(shè)計需要的報表、事件記錄和故障報警等功能。整個系統(tǒng)可以實現(xiàn)所有回路用電量的采集和統(tǒng)計，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程自動抄表、電力監(jiān)控與電能管理功能。
1）數(shù)據(jù)采集和顯示
現(xiàn)場儀表測量并采集回路數(shù)據(jù)信息，上位機(jī)軟件再對現(xiàn)場儀表的數(shù)據(jù)進(jìn)行定時或周期采集并存儲，可以自由設(shè)置采集的時間周期，最小的系統(tǒng)支持的采集周期。可以隨時查看任一表計的瞬時表值、累計量等信息，記錄時間間隔內(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)信息可以自動保存到數(shù)據(jù)庫中，便于查詢。
系統(tǒng)具有友好的人機(jī)界面，便于普通的現(xiàn)場值班人員查看并記錄相關(guān)信息，系統(tǒng)一次圖不僅顯示了線路的開關(guān)狀態(tài)，還實時顯示電壓、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)庫中。
2）遠(yuǎn)程抄表
系統(tǒng)對所有采集到的數(shù)據(jù)都能實時的顯示，并保存到數(shù)據(jù)庫中，因此可以手動查詢每個回路的所有實時及歷史電參量數(shù)據(jù)，并以表格的形式展現(xiàn)給用戶，便于打印、保存。
3）電能報表與棒圖
系統(tǒng)采集的有功電度數(shù)據(jù)，按照回路名稱的不同，自動生成日報表、月報表和年報表并有報表打印功能，并可對某一回路的某一時間段內(nèi)的用電量進(jìn)行查詢與打印，同時這些報表也能以Excel的格式導(dǎo)出。
系統(tǒng)還可以根據(jù)生成的電能報表，對每一回路的用電量根據(jù)時間不同形成年用電棒圖、月用電棒圖以及每日的用電棒圖，便于查看。
4）電流、功率趨勢曲線對于所有回路，不僅可以對電流、功率進(jìn)行實時顯示與監(jiān)測，并可以根據(jù)保存的歷史數(shù)據(jù)做成趨勢曲線，可以查看實時和歷史變化趨勢，預(yù)測電力負(fù)荷容量，并可對電力故障進(jìn)行查詢，保證電力負(fù)荷的安全運(yùn)行。
5）事件記錄與報警
主要用于查看歷史報警信息；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。實時報警信息會即時彈出，提醒用戶所進(jìn)行的操作。并對所有操作具有自動事件記錄功能。
4 結(jié)束語
本文介紹的基于ACREL-3000的電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)，不僅可以實時顯示電力運(yùn)行狀態(tài)及用電狀況，還能對數(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，實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的分析、處理，其生成各種電能報表、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)的實時監(jiān)控與電能的遠(yuǎn)程抄表與分析研究，為工廠的節(jié)能技術(shù)提供參考。
參考文獻(xiàn)
任致程，周中. 電力電測數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南[M]. 北京. 中國電力出版社. 2007.4
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(jī)：15216816024 021-69151071 QQ:2880157877
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