智能建筑電力監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用

李婧婧

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

引言

       所謂智能建筑就是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)對(duì)建筑的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控，對(duì)信息資源進(jìn)行管理和為用戶提供信息服務(wù)等。美國(guó)智能建筑研究機(jī)構(gòu)把智能建筑定義為：通過(guò)對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)和管理四個(gè)基本要素以及它們之間的內(nèi)在聯(lián)系的*優(yōu)組合來(lái)提供一個(gè)投資合理，又具有高效、舒適、便利的環(huán)境。對(duì)于建筑管理者來(lái)說(shuō)，智能建筑應(yīng)當(dāng)具有一套管理、控制、維護(hù)和通信設(shè)施，能夠在花費(fèi)比較少的條件下，有效地進(jìn)行環(huán)境控制、**檢查、報(bào)警監(jiān)視，能夠?qū)崟r(shí)地與城市管理部門(mén)取得聯(lián)系。

       智能電力監(jiān)控系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)、計(jì)量保護(hù)裝置和總線技術(shù)，對(duì)中、低壓配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、開(kāi)關(guān)狀態(tài)及遠(yuǎn)程控制進(jìn)行了集中，集中管理。該電力監(jiān)控系統(tǒng)可以為企業(yè)提供“監(jiān)控一體化”的整體解決方案，主要包括實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件、電力自動(dòng)化軟件、“軟”控制策略軟件、通信網(wǎng)關(guān)服務(wù)器、OPC產(chǎn)品、Web門(mén)戶工具等，可以廣泛地應(yīng)用于企業(yè)信息化、DCS系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)。

 

一、智能建筑電力監(jiān)控自動(dòng)化的思路形成

 

1.智能建筑的發(fā)展歷程

       智能建筑并不是我國(guó)的產(chǎn)物，它*早出現(xiàn)在美國(guó)，上世紀(jì)八十年代中期，由于智能技術(shù)的發(fā)展，美國(guó)建筑行業(yè)中出現(xiàn)了新的建筑概念。1984年，美國(guó)城市廣場(chǎng)的建成，標(biāo)志著世界上**座實(shí)質(zhì)意義的智能建筑產(chǎn)生。從此之后，美國(guó)建筑行業(yè)中掀起了一股智能化浪潮，到了九十年代末，美國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)百分之七十的辦公大樓智能化。我國(guó)的智能建筑同發(fā)達(dá)國(guó)家相比起步較晚，這一概念是在上世紀(jì)九十年代末期引入到中國(guó)的，而實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展，還是在二十一世紀(jì)，隨著我國(guó)電子技術(shù)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，為職能建筑的建設(shè)提供了技術(shù)支持，而且由于國(guó)家同世界聯(lián)系的加大和現(xiàn)代化建設(shè)的深化，職能建筑的市場(chǎng)龐大，成為我國(guó)的一項(xiàng)新興產(chǎn)業(yè)。智能建筑是時(shí)代和科技發(fā)展的要求，也是未來(lái)建筑業(yè)的一大趨勢(shì)。

 

2.電力監(jiān)控自動(dòng)化在智能建筑中的功能發(fā)揮

       (1)在智能建筑中，自動(dòng)化的電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)方便快捷的人機(jī)交互。這一系統(tǒng)能夠顯示建筑中的各種電壓網(wǎng)絡(luò)配置線路情況，并且通過(guò)系統(tǒng)對(duì)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面的隨時(shí)切換以及導(dǎo)航輔助。除此之外，這種電力監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中能夠進(jìn)行非正常環(huán)節(jié)的智能化著色，直觀地反映問(wèn)題。由于數(shù)據(jù)的處理能力的強(qiáng)大特性，顯示狀況的刷新率高，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。這些性能共同組成了友好的監(jiān)控界面，更有利于人機(jī)交互。

       (2)自動(dòng)化電力監(jiān)控系統(tǒng)可以做到對(duì)于智能建筑中各項(xiàng)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和自動(dòng)處理。監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)建筑中的各項(xiàng)指標(biāo)(比如電流、頻率、電器運(yùn)行狀況、溫度等等)實(shí)施定時(shí)或是全時(shí)段的數(shù)據(jù)采集，并且根據(jù)需要和事先設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分析和處理，將*后的各項(xiàng)信息傳遞給使用者。并且系統(tǒng)內(nèi)帶有自動(dòng)儲(chǔ)存功能，方便使用者的調(diào)出。

       (3)自動(dòng)化電力監(jiān)控具有遙信、遙測(cè)、遙調(diào)、遙控和遙設(shè)功能，俗稱(chēng)“五遙”。這是智能建筑中電力監(jiān)控的重要的系統(tǒng)功能，具有十分強(qiáng)大的控制能力。遙信功能能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于開(kāi)關(guān)組的自動(dòng)監(jiān)控和自動(dòng)預(yù)警；遙測(cè)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于素具的自動(dòng)分析和處理，并自動(dòng)生成報(bào)表；遙調(diào)則能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)變壓器；遙控則是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)實(shí)行操作的關(guān)鍵；遙設(shè)用于遠(yuǎn)方修改分散繼電保護(hù)裝置的定值以及對(duì)各種設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的調(diào)整。

 

二、智能建筑電力監(jiān)控自動(dòng)化實(shí)踐運(yùn)用

 

1.常規(guī)電力監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)用

       常規(guī)監(jiān)控是指，為了能夠有效地對(duì)電力系統(tǒng)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電流電壓、功率電能、運(yùn)行狀態(tài)等進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)，參數(shù)統(tǒng)計(jì)和分析，并能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)警和自動(dòng)控制，在電力系統(tǒng)中建立的一種監(jiān)控手段。下面就某高校的電力控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際分析。該高校自身?yè)碛辛鶄€(gè)十千伏級(jí)別的變電站，每個(gè)變電站有三臺(tái)三百八十伏的變壓器，每個(gè)變電站的內(nèi)部有六十條低壓輸出線。為了能夠保障校區(qū)的正常運(yùn)作，學(xué)校采用了電力監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際情況將整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)分為了六個(gè)子工作平臺(tái)和對(duì)這些平臺(tái)實(shí)施遠(yuǎn)程控制的監(jiān)控中心，通過(guò)一百兆的光纖以太網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行主要通訊，子平臺(tái)中運(yùn)用了modbus總線來(lái)實(shí)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，在監(jiān)控中心分別設(shè)立進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析的服務(wù)器和實(shí)施監(jiān)控的服務(wù)器。在設(shè)備的配置方面，運(yùn)用了目前較為常規(guī)的設(shè)備。

 

2.自動(dòng)化電力監(jiān)控總體運(yùn)用

       首先在運(yùn)用前要做好智能建筑的實(shí)際分析，要對(duì)建筑中的各項(xiàng)系統(tǒng)有充分的了解，以便獲知建筑對(duì)于電力監(jiān)控的需求；其次要將整個(gè)智能建筑的電力系統(tǒng)實(shí)行劃分，按照不同電壓等級(jí)或者是不同分布情況分為若干個(gè)區(qū)域，這樣方便自動(dòng)電力監(jiān)控系統(tǒng)的布置和安裝；要在每個(gè)區(qū)域內(nèi)的每條回路中設(shè)置具體的如遙控遙信等裝置。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和配置過(guò)程中，要遵循一定的規(guī)律，比如對(duì)于建筑內(nèi)中比較重要的電力線路要實(shí)現(xiàn)至少三遙和電能質(zhì)量監(jiān)視等功能，網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的集成要聘用具有專(zhuān)業(yè)集成能力的運(yùn)營(yíng)商來(lái)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化。在電力監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方面，可以采用MODBUS協(xié)議，它的特點(diǎn)是具有很高的開(kāi)放和通用性，在對(duì)建筑中其他系統(tǒng)的接入過(guò)程中不容易產(chǎn)生沖突。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也是自動(dòng)化電力監(jiān)控運(yùn)用中十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

 

3.電能質(zhì)量監(jiān)控運(yùn)用

       對(duì)于一些特殊的智能建筑而言，對(duì)于自動(dòng)電力監(jiān)控系統(tǒng)除了要實(shí)現(xiàn)常規(guī)的電力監(jiān)控外，還要對(duì)于一些特別的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，比如諧波，電壓以及頻率等方面的波動(dòng)進(jìn)行監(jiān)控，以便滿足特殊建筑的要求。下面就某工業(yè)建筑的該系統(tǒng)運(yùn)用進(jìn)行介紹和分析，該建筑中一共擁有三條相互獨(dú)立的四十千瓦的輸入線，十千瓦母線分段運(yùn)行，每個(gè)母線中擁有八個(gè)四百伏的變壓器，每個(gè)變壓器中有七十條回線。在整個(gè)系統(tǒng)中，采用的是CM4000電力監(jiān)控系統(tǒng)，首先要實(shí)現(xiàn)對(duì)于電能質(zhì)量的監(jiān)控，主要是THD的諧波變形和擾動(dòng)監(jiān)控，其次實(shí)現(xiàn)事件和數(shù)據(jù)的采集和儲(chǔ)存。

 

三、安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

 

1.概述

       針對(duì)用戶變電站（一般為35kV及以下電壓等級(jí)），通過(guò)微機(jī)保護(hù)裝置、開(kāi)關(guān)柜綜合測(cè)控裝置、電氣接點(diǎn)無(wú)線測(cè)溫產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置、配電室環(huán)境監(jiān)控設(shè)備、弧光保護(hù)裝置等設(shè)備組成綜合自動(dòng)化的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了變電、配電、用電的**運(yùn)行和**管理。監(jiān)控范圍包括用戶變電站、開(kāi)閉所、變電所及配電室等。

       Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)是安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)電力系統(tǒng)自動(dòng)化及無(wú)人值守的要求，針對(duì)35kV及以下電壓等級(jí)研發(fā)出的一套分層分布式變電站監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是應(yīng)用電力自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，集保護(hù)、監(jiān)測(cè)、控制、通信等功能于一體的開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的系統(tǒng)，適用于35kV及以下電壓等級(jí)的城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)變電站和用戶變電站，可實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站全方位的控制和管理，滿足變電站無(wú)人或少人值守的需求，為變電站**、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

 

2.應(yīng)用場(chǎng)所

       適用于軌道交通，工業(yè)，建筑，學(xué)校，商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動(dòng)化系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)。

 

3.系統(tǒng)架構(gòu)

       Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式設(shè)計(jì)，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層，組網(wǎng)方式可為標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，根據(jù)用戶用電規(guī)模、用電設(shè)備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網(wǎng)方式。

 

4.系統(tǒng)功能

       4.1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：直觀顯示配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路有關(guān)故障、告警等信號(hào)。

 

 

4.2電參量查詢：在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細(xì)電參量。

 

4.3曲線查詢：可以直接查看各電參量曲線。

 

4.4運(yùn)行報(bào)表：查詢各回路或設(shè)備指定時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)。

 

4.5實(shí)時(shí)告警：具有實(shí)時(shí)告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈愤b信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。

 

4.6歷史事件查詢：對(duì)事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

 

4.7電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表：系統(tǒng)具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來(lái)任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況。

 

4.8用戶權(quán)限管理：設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，可以定義不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限。

 

4.9網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D：支持實(shí)時(shí)監(jiān)視并診斷各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

 

4.10電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)：可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測(cè)。

 

4.11遙控功能：可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。

 

4.12故障錄波：可在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)準(zhǔn)確地記錄故障前、后過(guò)程的各種電氣量的變化情況。

 

4.13事故追憶：可自動(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)穩(wěn)態(tài)信息。

 

4.14Web訪問(wèn)：展示頁(yè)面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位數(shù)量等概況信息，設(shè)備通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。

 

4.15APP訪問(wèn)：設(shè)備數(shù)據(jù)頁(yè)面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)以及曲線。

 

 

5.系統(tǒng)硬件配置

 

四、結(jié)語(yǔ)

       綜上所述，從宏觀方面來(lái)講，智能建筑在國(guó)家發(fā)展、行業(yè)轉(zhuǎn)型中發(fā)揮著巨大的作用，它甚至是一個(gè)國(guó)家科技文化水平、綜合國(guó)力的象征。從微觀方面來(lái)講，智能建筑能夠幫助人們提高工作效率，提高人們的生活質(zhì)量，改善生活環(huán)境。在國(guó)家經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的今天，智能建筑已經(jīng)成為一項(xiàng)新興產(chǎn)業(yè)。智能建筑設(shè)計(jì)的內(nèi)部系統(tǒng)很多，它是由各個(gè)不同職能系統(tǒng)組成的整體，其中，自動(dòng)化的電力監(jiān)控系統(tǒng)是關(guān)鍵，在整體中的作用十分突出，在實(shí)踐運(yùn)用的過(guò)程要多引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，和其他系統(tǒng)做好銜接，發(fā)揮出其*大的功能。

 

【參考文獻(xiàn)】

[1]紀(jì)文革.智能建筑電力監(jiān)控自動(dòng)化的思路形成和實(shí)踐.

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版.

作者簡(jiǎn)介：

李婧婧，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電力監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)宇藥業(yè)。