智能建筑电力监控自动化系统的实践应用

引言
       所谓智能建筑就是采用计算机技术和通讯技术对建筑的设备进行自动监控，对信息资源进行管理和为用户提供信息服务等。美国智能建筑研究机构把智能建筑定义为：通过对建筑物的结构、系统、服务和管理四个基本要素以及它们之间的内在联系的*优组合来提供一个投资合理，又具有高效、舒适、便利的环境。对于建筑管理者来说，智能建筑应当具有一套管理、控制、维护和通信设施，能够在花费比较少的条件下，有效地进行环境控制、安全检查、报警监视，能够实时地与城市管理部门取得联系。
       智能电力监控系统利用计算机、计量保护装置和总线技术，对中、低压配电系统的实时数据、开关状态及远程控制进行了集中，集中管理。该电力监控系统可以为企业提供“监控一体化”的整体解决方案，主要包括实时历史数据库、工业自动化组态软件、电力自动化软件、“软”控制策略软件、通信网关服务器、OPC产品、Web门户工具等，可以广泛地应用于企业信息化、DCS系统、PLC系统、SCADA系统。
 
一、智能建筑电力监控自动化的思路形成
 
1.智能建筑的发展历程
       智能建筑并不是我国的产物，它*早出现在美国，上世纪八十年代中期，由于智能技术的发展，美国建筑行业中出现了新的建筑概念。1984年，美国城市广场的建成，标志着世界上座实质意义的智能建筑产生。从此之后，美国建筑行业中掀起了一股智能化浪潮，到了九十年代末，美国已经实现百分之七十的办公大楼智能化。我国的智能建筑同发达国家相比起步较晚，这一概念是在上世纪九十年代末期引入到中国的，而实现快速发展，还是在二十一世纪，随着我国电子技术和信息技术的不断发展，为职能建筑的建设提供了技术支持，而且由于国家同世界联系的加大和现代化建设的深化，职能建筑的市场庞大，成为我国的一项新兴产业。智能建筑是时代和科技发展的要求，也是未来建筑业的一大趋势。
 
2.电力监控自动化在智能建筑中的功能发挥
       (1)在智能建筑中，自动化的电力监控系统能够实现方便快捷的人机交互。这一系统能够显示建筑中的各种电压网络配置线路情况，并且通过系统对实现现场画面的随时切换以及导航辅助。除此之外，这种电力监控系统在运行过程中能够进行非正常环节的智能化着色，直观地反映问题。由于数据的处理能力的强大特性，显示状况的刷新率高，实时性强。这些性能共同组成了友好的监控界面，更有利于人机交互。
       (2)自动化电力监控系统可以做到对于智能建筑中各项数据的自动采集和自动处理。监控系统可以根据实际需要对建筑中的各项指标(比如电流、频率、电器运行状况、温度等等)实施定时或是全时段的数据采集，并且根据需要和事先设计对数据进行自动分析和处理，将*后的各项信息传递给使用者。并且系统内带有自动储存功能，方便使用者的调出。
       (3)自动化电力监控具有遥信、遥测、遥调、遥控和遥设功能，俗称“五遥”。这是智能建筑中电力监控的重要的系统功能，具有十分强大的控制能力。遥信功能能够实现对于开关组的自动监控和自动预警；遥测能够实现对于素具的自动分析和处理，并自动生成报表；遥调则能够自动调节变压器；遥控则是实现自动实行操作的关键；遥设用于远方修改分散继电保护装置的定值以及对各种设备运行状态的调整。
 
二、智能建筑电力监控自动化实践运用
 
1.常规电力监控系统的运用
       常规监控是指，为了能够有效地对电力系统中的各个节点的电流电压、功率电能、运行状态等进行数据检测，参数统计和分析，并能够实现预警和自动控制，在电力系统中建立的一种监控手段。下面就某高校的电力控制系统进行实际分析。该高校自身拥有六个十千伏级别的变电站，每个变电站有三台三百八十伏的变压器，每个变电站的内部有六十条低压输出线。为了能够保障校区的正常运作，学校采用了电力监控系统，根据实际情况将整个监控系统分为了六个子工作平台和对这些平台实施远程控制的监控中心，通过一百兆的光纤以太网络来进行主要通讯，子平台中运用了modbus总线来实行现场监控，在监控中心分别设立进行数据采集和分析的服务器和实施监控的服务器。在设备的配置方面，运用了目前较为常规的设备。
 
2.自动化电力监控总体运用
       首先在运用前要做好智能建筑的实际分析，要对建筑中的各项系统有充分的了解，以便获知建筑对于电力监控的需求；其次要将整个智能建筑的电力系统实行划分，按照不同电压等级或者是不同分布情况分为若干个区域，这样方便自动电力监控系统的布置和安装；要在每个区域内的每条回路中设置具体的如遥控遥信等装置。在系统的设计和配置过程中，要遵循一定的规律，比如对于建筑内中比较重要的电力线路要实现至少三遥和电能质量监视等功能，网络和系统的集成要聘用具有集成能力的运营商来进行，实现网络的优化。在电力监控的网络构建方面，可以采用MODBUS协议，它的特点是具有很高的开放和通用性，在对建筑中其他系统的接入过程中不容易产生冲突。网络架构也是自动化电力监控运用中十分关键的环节。
 
3.电能质量监控运用
       对于一些特殊的智能建筑而言，对于自动电力监控系统除了要实现常规的电力监控外，还要对于一些特别的参数进行监控，比如谐波，电压以及频率等方面的波动进行监控，以便满足特殊建筑的要求。下面就某工业建筑的该系统运用进行介绍和分析，该建筑中一共拥有三条相互独立的四十千瓦的输入线，十千瓦母线分段运行，每个母线中拥有八个四百伏的变压器，每个变压器中有七十条回线。在整个系统中，采用的是CM4000电力监控系统，首先要实现对于电能质量的监控，主要是THD的谐波变形和扰动监控，其次实现事件和数据的采集和储存。
 
三、安科瑞Acrel-2000Z电力监控系统解决方案
 
1.概述
       针对用户变电站（一般为35kV及以下电压等级），通过微机保护装置、开关柜综合测控装置、电气接点无线测温产品、电能质量在线监测装置、配电室环境监控设备、弧光保护装置等设备组成综合自动化的综合监控系统，实现了变电、配电、用电的安全运行和全面管理。监控范围包括用户变电站、开闭所、变电所及配电室等。
       Acrel-2000Z电力监控系统是安科瑞电气股份有限公司根据电力系统自动化及无人值守的要求，针对35kV及以下电压等级研发出的一套分层分布式变电站监控管理系统。该系统是应用电力自动化技术、计算机技术、网络技术和信息传输技术，集保护、监测、控制、通信等功能于一体的开放式、网络化、单元化、组态化的系统，适用于35kV及以下电压等级的城网、农网变电站和用户变电站，可实现对变电站全方位的控制和管理，满足变电站无人或少人值守的需求，为变电站安全、稳定、经济运行提供了坚实的保障。
 
2.应用场所
       适用于轨道交通，工业，建筑，学校，商业综合体等35kV及以下用户端供配电自动化系统工程设计、施工和运行维护。
 
3.系统架构
       Acrel-2000Z电力监控系统采用分层分布式设计，可分为三层：站控管理层、网络通信层和现场设备层，组网方式可为标准网络结构、光纤星型网络结构、光纤环网网络结构，根据用户用电规模、用电设备分布和占地面积等多方面的信息综合考虑组网方式。
 

4.系统功能
       4.1实时监测：直观显示配电网的运行状态，实时监测各回路电参数信息，动态监视各配电回路有关故障、告警等信号。

 
 
4.2电参量查询：在配电一次图中，可以直接查看该回路详细电参量。

 
4.3曲线查询：可以直接查看各电参量曲线。
 

4.4运行报表：查询各回路或设备指定时间的运行参数。

 
4.5实时告警：具有实时告警功能，系统能够对配电回路遥信变位，保护动作、事故跳闸等事件发出告警。

 
4.6历史事件查询：对事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。
 

4.7电能统计报表：系统具备定时抄表汇总统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况。

 
4.8用户权限管理：设置了用户权限管理功能，可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限。
 

4.9网络拓扑图：支持实时监视并诊断各设备的通讯状态，能够完整的显示整个系统网络结构。

 
4.10电能质量监测：可以对整个配电系统范围内的电能质量和电能可靠性状况进行持续性的监测。

 
4.11遥控功能：可以对整个配电系统范围内的设备进行远程遥控操作。

 
4.12故障录波：可在系统发生故障时，自动准确地记录故障前、后过程的各种电气量的变化情况。
 

4.13事故追忆：可自动记录事故时刻前后一段时间的所有实时稳态信息。
 

4.14Web访问：展示页面显示变电站数量、变压器数量、监测点位数量等概况信息，设备通信状态，用电分析和事件记录。
 

4.15APP访问：设备数据页面显示各设备的电参量数据以及曲线。
 

 
5.系统硬件配置



 
四、结语
       综上所述，从宏观方面来讲，智能建筑在国家发展、行业转型中发挥着巨大的作用，它甚至是一个国家科技文化水平、综合国力的象征。从微观方面来讲，智能建筑能够帮助人们提高工作效率，提高人们的生活质量，改善生活环境。在国家经济不断发展的今天，智能建筑已经成为一项新兴产业。智能建筑设计的内部系统很多，它是由各个不同职能系统组成的整体，其中，自动化的电力监控系统是关键，在整体中的作用十分突出，在实践运用的过程要多引进先进技术，和其他系统做好衔接，发挥出其*大的功能。
 
【参考文献】
[1]纪文革.智能建筑电力监控自动化的思路形成和实践.
[2]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版.
作者简介：
陈芳芳，女，现任职于安科瑞电气股份有限公司，主要从事电力监控系统的研发宇药业。