上海新華紅星廣場項目遠程預付費電能管理系統(tǒng)的設計與應用

繆建梅
安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 201801

摘要：介紹蘇州陽光能源組件1GW改造工程電能管理系統(tǒng)，采用智能電力儀表采集配電現(xiàn)場的各種電參量和開關信號。系統(tǒng)采用現(xiàn)場就地組網(wǎng)的方式，組網(wǎng)后通過現(xiàn)場總線通訊并遠傳至后臺，通過Acrel-3000型電能管理系統(tǒng)實現(xiàn)配電回路用電的實時監(jiān)控和電能管理。

關鍵詞：陽光能源組件；智能電力儀表;Acrel-3000型；Acrel-3000型

0  概述 
  本項目為蘇州陽光能源組件1GW改造工程電能管理系統(tǒng)。根據(jù)配電系統(tǒng)管理的要求，需要對蘇州陽光能源組件1GW改造工程的變電所的進出線回路進行電能管理，以保證用電的安全、可靠和。
Acrel-3000型智能配電系統(tǒng)充分利用了現(xiàn)代電子技術、計算機技術、網(wǎng)絡技術和現(xiàn)場總線技術的發(fā)展，對變配電系統(tǒng)進行分散數(shù)據(jù)采集和集中監(jiān)控管理。對配電系統(tǒng)的二次設備進行組網(wǎng)，通過計算機和通訊網(wǎng)絡，將分散的配電所的現(xiàn)場設備連接為個有機的整體，實現(xiàn)電網(wǎng)運行的遠程監(jiān)控和集中管理。
1  系統(tǒng)結構描述
  本監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)蘇州陽光能源組件1GW改造工程的0.4kV配電系統(tǒng)進行用電監(jiān)控與電能管理；監(jiān)控范圍為低壓進出線線柜進行遠程實時監(jiān)控和電能管理。該系統(tǒng)總計有112只AEM96L儀表，分6條總線，變電所儀表直接拉至變電所的串口服務器，并由光纖收發(fā)器轉為光纖信號至后臺電腦，實現(xiàn)儀表與監(jiān)控主機的數(shù)據(jù)連通。
本監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結構，即站控層，通訊層與間隔層；
如圖（1）所示：

圖（1）網(wǎng)絡拓撲圖

  間隔設備層主要為：多功能網(wǎng)絡電力儀表。這些裝置分別對應相應的次設備安裝在電氣柜內(nèi)，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過現(xiàn)場MODBUS總線組網(wǎng)通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場采集。
網(wǎng)絡通訊層主要為：串口服務器及光纖收發(fā)器，其主要功能為把分散在現(xiàn)場采集裝置集中采集，同時遠傳至站控層，完成現(xiàn)場層和站控層之間的數(shù)據(jù)交互。
  站控管理層：設有高性能工業(yè)計算機、顯示器、UPS電源、打印機等設備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計算機上，集中采集顯示現(xiàn)場設備運行狀況，以人機交互的形式顯示給用戶。
  以上網(wǎng)絡儀表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通訊協(xié)議，RS485采用屏蔽線傳輸，般都采用二根連線，接線簡單方便；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)但是在同時刻只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)zui高傳輸速率為10Mbps。
  RS485接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾能力增強，總線上允許連接多達30個設備，zui大傳輸距離為1km。
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，數(shù)據(jù)采集主要由底層多功能網(wǎng)絡儀表采集完成，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)的本地實時顯示。需要完成采集的信號包括：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、遠程設備運行狀態(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時準確的顯示給用戶，達到配電監(jiān)控的自動化化和智能化要求，同時把采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫供用戶查詢。
2.2  人機交互
  系統(tǒng)提供簡單、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)電氣次主接線圖，顯示配電系統(tǒng)設備狀態(tài)及相應實時運行參數(shù)，畫面定時輪巡切換；畫面實時動態(tài)刷新；模擬量顯示；開關量顯示；連續(xù)記錄顯示等。
2.3  歷史事件
  歷史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、信號記錄、操作記錄、越限記錄提供方便友好的人機交互，通過歷史事件查看平臺，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，為您把握整個系統(tǒng)的運行情況提供了良好的軟件支持。
2.4  數(shù)據(jù)庫建立與查詢
  主要完成遙測量和遙信量定時采集，并且建立數(shù)據(jù)庫，定期生成報表，以供用戶查詢打印。
2.5  用戶權限管理
  針對不同級別的用戶，設置不同的權限組，防止因人為誤操作給生產(chǎn)，生活帶來的損失，實現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全，可靠運行?？梢酝ㄟ^用戶管理進行用戶登錄、用戶注銷、修改密碼、添加刪除等操作，方便用戶對賬號和權限的修改。
2.6  遠程報表查詢
  報表管理程序的主要功能是根據(jù)用戶的需要設計報表樣式，把系統(tǒng)中處理的數(shù)據(jù)經(jīng)過篩選、組合和統(tǒng)計生成用戶需要的報表數(shù)據(jù)。本程序還可以根據(jù)用戶的需要對報表文件采用定時保存、打印。同時本程序還向用戶提供了對生成的報表文件管理功能。
  報表具有自由設置查詢時間實現(xiàn)日、月、年的電能統(tǒng)計，數(shù)據(jù)導出和報表打印等功能。
3  案例分析
  蘇州陽光能源組件1GW改造工程電能管理系統(tǒng)包含變電所電表，對變電所的低壓配電回路進行遠程實時監(jiān)控和電能管理。
  變電所采用AEM96L多功能儀表，其是針對電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公共設施、智能大廈的電力監(jiān)控需求而設計的網(wǎng)絡電力儀表，它能測量常規(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、無功電度等多種電參量。該系列網(wǎng)絡電力儀表主要應用于變電站自動化、配電網(wǎng)自動化、小區(qū)電力監(jiān)控、工業(yè)自動化、能源管理系統(tǒng)及智能建筑等領域。
  低壓配電次圖見圖（2），功能有電量遙測主要監(jiān)測運行設備的電參量，其中包括：線三相電壓，電流，功率，功率因數(shù)，電能，頻率等電參量及配出回路的三相電流；遙信功能實現(xiàn)顯示現(xiàn)場設備的運行狀態(tài)，主要包括：開關的分、合閘運行狀態(tài)和通訊故障報警。 

圖（2）低壓配電次圖

  遙信和遙測報警功能，主要完成對低壓各出線回路的開關運行狀態(tài)和負載進線監(jiān)控，對開關變位和負載越限彈出報警界面，指示具體的報警位置并聲音報警，提醒值班人員及時處理。具備歷史查詢功能。見圖（3）。

圖（3） 實時遙信報警信息

  參數(shù)抄表功能，主要對低壓各出線回路的電參數(shù)進線查詢。支持任意時刻電參數(shù)查詢，具備數(shù)據(jù)導出和報表打印等功能。該報表查詢配電箱出線回路的電參數(shù)，主要包括：三相電壓、電流、功率因數(shù)、有功功率和有功電度。該報表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫關聯(lián)，方便用戶修改回路名稱。見圖（4）。

                    圖（4） 參數(shù)抄表

  用電量報表功能，可選擇時間段進行查詢，支持任意時間段電度累計查詢，具備數(shù)據(jù)導出和報表打印等功能。為值班人員提供了可靠的電能報表。該報表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫關聯(lián)，方便用戶修改回路名稱。用戶可以直接打印報表，可以以EXCEL格式另存到其他位置。 見圖（5）。

圖（5） 電能報表

  系統(tǒng)通訊結構示意圖，主要顯示系統(tǒng)的組網(wǎng)結構，系統(tǒng)采用分層分布式結構，同時監(jiān)測間隔層設備的通信狀態(tài)。紅色表示通訊正常，綠色表示通訊故障。
4  結束語
  隨著社會的發(fā)展及電力的廣泛應用，電能管理系統(tǒng)已成為全各地重點工程項目、標志性建筑/大型公共設施等大面積多變電所用戶的必然選擇，本文介紹的Acrel-3000電能管理系統(tǒng)在蘇州陽光

繆建梅

安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 201801；

摘要：介紹上海新華紅星廣場預付費管理系統(tǒng)項目，采用智能遠程水表，采集各租戶實時用水量，通過智能遠程預付費計量系統(tǒng)，進而實現(xiàn)先售電后用電。系統(tǒng)采用現(xiàn)場就地組網(wǎng)的方式，組網(wǎng)后通過現(xiàn)場總線通訊傳至后臺，通過Acrel-3200型遠程預付費電能管理系統(tǒng)實現(xiàn)各租用水收費、監(jiān)控和管理。

關鍵詞： 上海新華紅星廣場；商業(yè)建筑;遠程預付費電能管理系統(tǒng);Acrel-3200;

0  概述 

  新華•紅星廣場位于上海中外環(huán)之間，坐落于吳中路與虹井路路口，項目南臨吳中路、西靠虹井路、北沿先鋒街、東至金匯路，位于大虹橋、古北和徐家匯商圈的三區(qū)域交匯處，屬于吳中路商圈的中心位置。

本項目是為上海新華紅星廣場設計套智能計量管理系統(tǒng)，本系統(tǒng)主是針本對商戶用水，實現(xiàn)商戶用水的智能化管理，為保證商戶用水的獨立性，采用戶表的方案。針對本項目為商業(yè)用戶配置智能遠傳水表來獨立計量每個商業(yè)用戶的用水量。通訊管理機通過RS-485總線采集所有終端計量儀表的數(shù)據(jù)。通訊管理機將數(shù)據(jù)通過由光纖組成的網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳輸至中心管理計算機。系統(tǒng)管理軟件對數(shù)據(jù)進行存儲、處理，形成物業(yè)管理方需要的圖形、文字等形式的文件，以此實現(xiàn)整個項目商戶用水的智能化管理。

1  參考標準

ISO/IEC11801 《綜合布線標準》

GB/50198   《監(jiān)控系統(tǒng)工程技術規(guī)范》

GB50052-2016 《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》

GB50054-2015 《低壓配電設計規(guī)范》

IEC 61587   《電子設備機械結構系列》

DL/T448-2016  《電能計量裝置技術管理規(guī)程》

DL/T 698.1-2009   《1部分：總則》

DL/T 698.2-2010   《2部分：主站技術規(guī)范》

DL/T 698.31-2010   《3.1部分：電能信息采集終端技術規(guī)范-通用要求》

DL/T/814-2013    《配電自動化系統(tǒng)功能規(guī)范》

DL/T5137-2001    《電測量及電能計量裝置設計技術規(guī)程》

GB2887     《計算站場地技術條件》

2  系統(tǒng)方案

  安科瑞Acrel-3200遠程預付費電能管理系統(tǒng)根據(jù)上海新華紅星廣場預付費管理系統(tǒng)遠程預付費電能管理系統(tǒng)項目實際情況進行組網(wǎng)設計，對樓層租戶加裝智能遠傳水表，采用就地組網(wǎng)，遠端儀表采用數(shù)據(jù)采集箱采集，通過光纖傳輸至后臺，智能遠傳水表通過手拉手方式接入采集器。整體網(wǎng)絡結構如下圖所示：站控管理層、網(wǎng)絡通訊層和現(xiàn)場設備層。

  現(xiàn)場設備層主要為：智能遠傳水表。這些裝置分別安裝在相應租戶的供水主管道，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過現(xiàn)場MODBUS總線組網(wǎng)通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場采集。

  網(wǎng)絡通訊層主要為：通訊服務器，其主要功能為把分散在現(xiàn)場采集裝置集中采集，同時傳至站控層，完成現(xiàn)場層和站控層之間的數(shù)據(jù)交互。

  站控管理層：設有高性能工業(yè)服務器、顯示器、UPS電源、打印機等設備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在服務器上，集中采集顯示現(xiàn)場設備運行狀況，以人機交互的形式顯示給用戶。

  智能儀表現(xiàn)場連接

  現(xiàn)場智能裝置（遠程預付費電度表）以手拉手方式通過屏蔽雙絞線(RVVSP2*1.0)進行通訊連接，每根總線連接智能儀表數(shù)量在32只以內(nèi)，不同種類的智能裝置連接在不同的總線上，然后將數(shù)據(jù)上傳至采集器，進而將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控主機。

  本項目中共計5棟商業(yè)綜合體，其中1-4#樓部分設計套遠程預付費系統(tǒng)，5#樓以及地下商場部分設計套遠程預付費系統(tǒng)。兩套系統(tǒng)共涉及智能遠傳水表800余臺。本項目后期會有兩家物業(yè)分別管理兩部分的租戶用水，收費等事宜。

鑒于以上情況，現(xiàn)以1-4#樓中的1#樓做簡單的系統(tǒng)組網(wǎng)介紹。

1#樓：1#樓的4層以下部分的基本結構如下圖所示：

  區(qū)域劃分：

  根據(jù)其1#樓的平面圖，將其分為三個區(qū)域，分別命名為1#樓西、1#樓中、1#樓東。每個區(qū)域再根據(jù)其具體的儀表位置以及數(shù)量，分為兩個部分。如將1#樓西分為紫色圓圈之內(nèi)和之外兩個區(qū)域，1#樓中、1#樓東分為矩形內(nèi)和矩形外兩部分。每個部分鋪設根通訊線和根電源線。

  布線要求：

  以1#樓西這個區(qū)域為例，圓圈內(nèi)以及圓圈外各鋪設組線纜（通訊線和電源線），然后線纜通過中間的強電間連接到相應的采集設備以及開關電源。

  其他樓層與1#樓原理相同，此處不做詳細介紹。

  數(shù)據(jù)采集設備與系統(tǒng)后臺主機之間的通訊，通過甲方已經(jīng)鋪設的光纖內(nèi)網(wǎng)實現(xiàn)，同時甲方IT部門為每個采集器以及系統(tǒng)后臺主機分配固定IP。由此實現(xiàn)數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)鏈接。

  本項目中1-4#樓遠程預付費系統(tǒng)共計劃分了8個區(qū)域，配置8套數(shù)據(jù)采集設備，以及系統(tǒng)后臺。

  5#樓以及地下商業(yè)部分遠程預付費系統(tǒng)共計劃分了6個區(qū)域，配置6套數(shù)據(jù)采集設備，以及系統(tǒng)后臺。

3  系統(tǒng)功能

  整個系統(tǒng)軟件設計分為三個大塊，分別是集中抄表服務系統(tǒng)，遠程預付費電能管理系統(tǒng)，以及用戶查詢系統(tǒng)。

  集中抄表服務程序常年運行，不間斷定時對所有表進行遠程抄表；遠程預付費系統(tǒng)包含所有開戶、售電、遙控及報表功能；用戶查詢機系統(tǒng)用于商鋪查詢個人信息、充值和用電情況；另外還可配置手機端查詢網(wǎng)zhan，可用于商鋪用戶在手機網(wǎng)zhan終端上實時查詢個人信息、充值、遠程控制及每日用電情況，如果條件滿足，還支持用戶使用支付寶銀聯(lián)等方式遠程自助購電。

主要特點如下：

  快速配置，即裝即用：將電表和通訊管理機配置導入系統(tǒng)就可以使用；

  遠程集中抄表：免去人工抄表，電表狀態(tài)實時性zui高可到3分鐘以內(nèi)；

  支持單獨計價、多費率、階梯電價：可對每塊電表單獨設置電價、費率和階梯電價；

  遠程售電：財務集中管理，電量實時下發(fā)，并比對充值次數(shù)防止作bi；

  數(shù)據(jù)安全：網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸采用金融級的3DES加密算法，防止數(shù)據(jù)作bi竊電；

  手機短信提醒：當金額不足或金額欠費，共三級預警，都可及時短信通知商戶；

  遠程控制：可對任意塊電表執(zhí)行遠程拉閘或保電等系列遠程控制操作，方便管理；

  能耗分析及查詢：用戶和管理員都可查詢預付費表或各類接入的計量儀表每天的用能狀況；

  個人手機查詢網(wǎng)zhan：支持手機端用戶自主購電，自主查詢。

  傳統(tǒng)的IC卡預付費售電管理系統(tǒng)實現(xiàn)了先交費后用電的管理模式，但由于抄收電表數(shù)據(jù)依賴于購電卡，用戶用電數(shù)據(jù)滯后于發(fā)生時間，不僅需要人工抄表，也無法有效進行用電管理、監(jiān)控和實時控制。

  利用遠程預付費電能管理系統(tǒng)，無需IC卡，可以實現(xiàn)計算機遠程集中抄表、實時監(jiān)控、遠程充值和遠程控制，再通過預警信息和短信通知，以及手機網(wǎng)zhan，物管部門即可完成整個抄表、收費、控制和核查工作，實現(xiàn)高度信息化和自動化，大大提高用電營銷管理效率和水平，節(jié)約人力物力的同時，也提高了經(jīng)濟效益，同時還具有防信息泄露防竊電的安全功能。

①集中抄表服務系統(tǒng)

  集中抄表服務程序包含三大模塊，除了常年運行的定時對所有儀表進行集中遠程抄表以外，還集成了報警短信發(fā)送服務，能將電費金額預警和欠費預警自動生成手機短信自發(fā)送給對應的商鋪用戶，該功能需要與硬件短信mao配合使用。

系統(tǒng)默認半小時對所有表進行次遠程集中抄表，時間間隔支持個性化配置。

②遠程預付費電能管理系統(tǒng)

  本系統(tǒng)分為五大模塊，分別是操作員登陸模塊、系統(tǒng)配置模塊、用戶（商鋪）管理模塊、售電管理模塊、報表中心模塊，系統(tǒng)大致運行和操作流程如下： 

本系統(tǒng)所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導出的功能。

1.登陸管理：管理操作員賬戶及權限分配，查看系統(tǒng)日志等功能；

2.系統(tǒng)設置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數(shù)進行配置；

3.用戶管理：對商鋪用戶執(zhí)行開戶、銷戶、遠程分合閘、抄表導出及記錄查詢等操作；

4.售電管理：對已開戶的表進行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作；

5.報表中心：提供售電財務報表、用能報表、報警報表等查詢。

  系統(tǒng)針對商鋪開戶不僅支持戶表，也支持戶掛多表的需要；同時支持和解決了項目改造后新老表切換時，老表金額轉入的問題；支持峰谷電價，支持表電價；可對單表設置功率過載的閾值，也支持設置單表金額報警的兩級閾值。

  批量遠程操作場景中，系統(tǒng)提供了多項功能，針對開戶、報警1、報警2、欠費、未開戶、失聯(lián)狀態(tài)都有不同的顏色顯示；并且支持遠程對儀表進行遙控，遙控的命令類型如下：

1.電價下發(fā)；2.設置下發(fā)（下發(fā)報警金額閾值和過載功率閾值）；3.保電（強制儀表合閘）；4.恢復預付費（欠費自動跳閘的模式）；5.拉閘（強制斷電）；6.抄表導出（導出當所有表狀態(tài)為EXCEL）

售電

  系統(tǒng)還提供了多個報表以供查詢，分別是日/月/年財務銷售統(tǒng)計報表、失聯(lián)表/通訊管理機查詢報表、能耗查詢報表、實時報警/歷史報警查詢報表，支持導出。以下是財務報表和預付費表日用能查詢報表：

4  結束語

  商業(yè)建筑智能化管理是當下的主流趨勢，在當下的主流智能配電系統(tǒng)的普及的市場情況下，更多資費管理和系統(tǒng)結合的需求成為市場的主流聲音。

  從物業(yè)管理方的角度，業(yè)主的用能繳費直是個復雜的課題。先是各個業(yè)主繳費時間的不統(tǒng)，繳費的方式不統(tǒng)，迫使物業(yè)管理方在此部分要花費大量的人力物力去維護相關信，收繳相關費用。

  針對市場的主要痛點，我公司特提供成套的預付費解決方案，系統(tǒng)不但可以預收電費，實現(xiàn)“先交錢、后用電”，又可針對用戶用電性質(zhì)不同可在電力供應緊張或響應關于“節(jié)能減排”等號召時有選擇性的進行限電?，F(xiàn)場通過遠程預付費的系統(tǒng)，實現(xiàn)了先交費后用電，可以避免物業(yè)公司的電費墊資問題，從而緩解了商業(yè)提剛剛運營的資金壓力，另外將業(yè)主和配電區(qū)域隔離，防止了私接tou電的問題。

參考文獻
[1].任致程 周中. 電力電測數(shù)字儀表原理與應用指南[M]. 北京. 中電力出版社. 2007. 4
[2].周中.電力儀表在大型商業(yè)酒店電能分項計量中的應用[J].現(xiàn)代建筑電氣 2010. 6
[3].張恒.淺談工商業(yè)用戶IC卡預付費管理[J].城市燃氣 2015.01

繆建梅，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

能源組件1GW改造工程的應用，可以實現(xiàn)對變電所低壓配電回路用電的實時監(jiān)控與電能管理，不僅能顯示回路用電狀況，還具有網(wǎng)絡通訊功能，可以與串口服務器、計算機等組成電能管理系統(tǒng)。系統(tǒng)實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的分析、處理，實時顯示變電所內(nèi)各配電回路的運行狀態(tài)，對分合閘、負載越限具有彈出報警對話框及語音提示，并生成各種電能報表、分析曲線、圖形等，便于電能的遠程抄表以及分析、研究。該系統(tǒng)運行安全、可靠、穩(wěn)定，為變電所用戶解決用電問題提供了真實可靠的依據(jù)，取得了較好的社會效益。［2］

作者簡介：
繆建梅，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