上海新华红星广场项目远程预付费电能管理系统的设计与应用

缪建梅
安科瑞电气股份有限公司，上海 嘉定 201801

摘要：介绍苏州阳光能源组件1GW改造工程电能管理系统，采用智能电力仪表采集配电现场的各种电参量和开关信号。系统采用现场就地组网的方式，组网后通过现场总线通讯并远传至后台，通过Acrel-3000型电能管理系统实现配电回路用电的实时监控和电能管理。

关键词：阳光能源组件；智能电力仪表;Acrel-3000型；Acrel-3000型

0  概述 
  本项目为苏州阳光能源组件1GW改造工程电能管理系统。根据配电系统管理的要求，需要对苏州阳光能源组件1GW改造工程的变电所的进出线回路进行电能管理，以保证用电的安全、可靠和。
Acrel-3000型智能配电系统充分利用了现代电子技术、计算机技术、网络技术和现场总线技术的发展，对变配电系统进行分散数据采集和集中监控管理。对配电系统的二次设备进行组网，通过计算机和通讯网络，将分散的配电所的现场设备连接为个有机的整体，实现电网运行的远程监控和集中管理。
1  系统结构描述
  本监控系统主要实现苏州阳光能源组件1GW改造工程的0.4kV配电系统进行用电监控与电能管理；监控范围为低压进出线线柜进行远程实时监控和电能管理。该系统总计有112只AEM96L仪表，分6条总线，变电所仪表直接拉至变电所的串口服务器，并由光纤收发器转为光纤信号至后台电脑，实现仪表与监控主机的数据连通。
本监控系统采用分层分布式结构，即站控层，通讯层与间隔层；
如图（1）所示：

图（1）网络拓扑图

  间隔设备层主要为：多功能网络电力仪表。这些装置分别对应相应的次设备安装在电气柜内，这些装置均采用RS485通讯接口，通过现场MODBUS总线组网通讯，实现数据现场采集。
网络通讯层主要为：串口服务器及光纤收发器，其主要功能为把分散在现场采集装置集中采集，同时远传至站控层，完成现场层和站控层之间的数据交互。
  站控管理层：设有高性能工业计算机、显示器、UPS电源、打印机等设备。监控系统安装在计算机上，集中采集显示现场设备运行状况，以人机交互的形式显示给用户。
  以上网络仪表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通讯协议，RS485采用屏蔽线传输，般都采用二根连线，接线简单方便；通讯接口是半双工通信即通信的双方都可以接收、发送数据但是在同时刻只能发送或接收数据，数据zui高传输速率为10Mbps。
  RS485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰能力增强，总线上允许连接多达30个设备，zui大传输距离为1km。
2  电能管理系统主要功能
2.1  数据采集与处理
  数据采集是配电监控的基础，数据采集主要由底层多功能网络仪表采集完成，实现远程数据的本地实时显示。需要完成采集的信号包括：三相电压U、三相电流I、频率Hz、功率P、功率因数COSφ、电度Epi、远程设备运行状态等数据。
数据处理主要是把按要求采集到的电参量实时准确的显示给用户，达到配电监控的自动化化和智能化要求，同时把采集到的数据存入数据库供用户查询。
2.2  人机交互
  系统提供简单、易用、良好的用户使用界面。采用全中文界面，CAD图形显示低压配电系统电气次主接线图，显示配电系统设备状态及相应实时运行参数，画面定时轮巡切换；画面实时动态刷新；模拟量显示；开关量显示；连续记录显示等。
2.3  历史事件
  历史事件查看界面主要为用户查看曾经发生过的故障记录、信号记录、操作记录、越限记录提供方便友好的人机交互，通过历史事件查看平台，您可以根据自己的要求和查询条件方便定位您所要查看的历史事件，为您把握整个系统的运行情况提供了良好的软件支持。
2.4  数据库建立与查询
  主要完成遥测量和遥信量定时采集，并且建立数据库，定期生成报表，以供用户查询打印。
2.5  用户权限管理
  针对不同级别的用户，设置不同的权限组，防止因人为误操作给生产，生活带来的损失，实现配电系统的安全，可靠运行。可以通过用户管理进行用户登录、用户注销、修改密码、添加删除等操作，方便用户对账号和权限的修改。
2.6  远程报表查询
  报表管理程序的主要功能是根据用户的需要设计报表样式，把系统中处理的数据经过筛选、组合和统计生成用户需要的报表数据。本程序还可以根据用户的需要对报表文件采用定时保存、打印。同时本程序还向用户提供了对生成的报表文件管理功能。
  报表具有自由设置查询时间实现日、月、年的电能统计，数据导出和报表打印等功能。
3  案例分析
  苏州阳光能源组件1GW改造工程电能管理系统包含变电所电表，对变电所的低压配电回路进行远程实时监控和电能管理。
  变电所采用AEM96L多功能仪表，其是针对电力系统、工矿企业、公共设施、智能大厦的电力监控需求而设计的网络电力仪表，它能测量常规电力参数，如：三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电度、无功电度等多种电参量。该系列网络电力仪表主要应用于变电站自动化、配电网自动化、小区电力监控、工业自动化、能源管理系统及智能建筑等领域。
  低压配电次图见图（2），功能有电量遥测主要监测运行设备的电参量，其中包括：线三相电压，电流，功率，功率因数，电能，频率等电参量及配出回路的三相电流；遥信功能实现显示现场设备的运行状态，主要包括：开关的分、合闸运行状态和通讯故障报警。 

图（2）低压配电次图

  遥信和遥测报警功能，主要完成对低压各出线回路的开关运行状态和负载进线监控，对开关变位和负载越限弹出报警界面，指示具体的报警位置并声音报警，提醒值班人员及时处理。具备历史查询功能。见图（3）。

图（3） 实时遥信报警信息

  参数抄表功能，主要对低压各出线回路的电参数进线查询。支持任意时刻电参数查询，具备数据导出和报表打印等功能。该报表查询配电箱出线回路的电参数，主要包括：三相电压、电流、功率因数、有功功率和有功电度。该报表各回路名称和数据库关联，方便用户修改回路名称。见图（4）。

                    图（4） 参数抄表

  用电量报表功能，可选择时间段进行查询，支持任意时间段电度累计查询，具备数据导出和报表打印等功能。为值班人员提供了可靠的电能报表。该报表各回路名称和数据库关联，方便用户修改回路名称。用户可以直接打印报表，可以以EXCEL格式另存到其他位置。 见图（5）。

图（5） 电能报表

  系统通讯结构示意图，主要显示系统的组网结构，系统采用分层分布式结构，同时监测间隔层设备的通信状态。红色表示通讯正常，绿色表示通讯故障。
4  结束语
  随着社会的发展及电力的广泛应用，电能管理系统已成为全各地重点工程项目、标志性建筑/大型公共设施等大面积多变电所用户的必然选择，本文介绍的Acrel-3000电能管理系统在苏州阳光

缪建梅

安科瑞电气股份有限公司，上海 嘉定 201801；

摘要：介绍上海新华红星广场预付费管理系统项目，采用智能远程水表，采集各租户实时用水量，通过智能远程预付费计量系统，进而实现先售电后用电。系统采用现场就地组网的方式，组网后通过现场总线通讯传至后台，通过Acrel-3200型远程预付费电能管理系统实现各租用水收费、监控和管理。

关键词： 上海新华红星广场；商业建筑;远程预付费电能管理系统;Acrel-3200;

0  概述 

  新华•红星广场位于上海中外环之间，坐落于吴中路与虹井路路口，项目南临吴中路、西靠虹井路、北沿先锋街、东至金汇路，位于大虹桥、古北和徐家汇商圈的三区域交汇处，属于吴中路商圈的中心位置。

本项目是为上海新华红星广场设计套智能计量管理系统，本系统主是针本对商户用水，实现商户用水的智能化管理，为保证商户用水的独立性，采用户表的方案。针对本项目为商业用户配置智能远传水表来独立计量每个商业用户的用水量。通讯管理机通过RS-485总线采集所有终端计量仪表的数据。通讯管理机将数据通过由光纤组成的网络将数据传输至中心管理计算机。系统管理软件对数据进行存储、处理，形成物业管理方需要的图形、文字等形式的文件，以此实现整个项目商户用水的智能化管理。

1  参考标准

ISO/IEC11801 《综合布线标准》

GB/50198   《监控系统工程技术规范》

GB50052-2016 《供配电系统设计规范》

GB50054-2015 《低压配电设计规范》

IEC 61587   《电子设备机械结构系列》

DL/T448-2016  《电能计量装置技术管理规程》

DL/T 698.1-2009   《1部分：总则》

DL/T 698.2-2010   《2部分：主站技术规范》

DL/T 698.31-2010   《3.1部分：电能信息采集终端技术规范-通用要求》

DL/T/814-2013    《配电自动化系统功能规范》

DL/T5137-2001    《电测量及电能计量装置设计技术规程》

GB2887     《计算站场地技术条件》

2  系统方案

  安科瑞Acrel-3200远程预付费电能管理系统根据上海新华红星广场预付费管理系统远程预付费电能管理系统项目实际情况进行组网设计，对楼层租户加装智能远传水表，采用就地组网，远端仪表采用数据采集箱采集，通过光纤传输至后台，智能远传水表通过手拉手方式接入采集器。整体网络结构如下图所示：站控管理层、网络通讯层和现场设备层。

  现场设备层主要为：智能远传水表。这些装置分别安装在相应租户的供水主管道，这些装置均采用RS485通讯接口，通过现场MODBUS总线组网通讯，实现数据现场采集。

  网络通讯层主要为：通讯服务器，其主要功能为把分散在现场采集装置集中采集，同时传至站控层，完成现场层和站控层之间的数据交互。

  站控管理层：设有高性能工业服务器、显示器、UPS电源、打印机等设备。监控系统安装在服务器上，集中采集显示现场设备运行状况，以人机交互的形式显示给用户。

  智能仪表现场连接

  现场智能装置（远程预付费电度表）以手拉手方式通过屏蔽双绞线(RVVSP2*1.0)进行通讯连接，每根总线连接智能仪表数量在32只以内，不同种类的智能装置连接在不同的总线上，然后将数据上传至采集器，进而将数据上传至监控主机。

  本项目中共计5栋商业综合体，其中1-4#楼部分设计套远程预付费系统，5#楼以及地下商场部分设计套远程预付费系统。两套系统共涉及智能远传水表800余台。本项目后期会有两家物业分别管理两部分的租户用水，收费等事宜。

鉴于以上情况，现以1-4#楼中的1#楼做简单的系统组网介绍。

1#楼：1#楼的4层以下部分的基本结构如下图所示：

  区域划分：

  根据其1#楼的平面图，将其分为三个区域，分别命名为1#楼西、1#楼中、1#楼东。每个区域再根据其具体的仪表位置以及数量，分为两个部分。如将1#楼西分为紫色圆圈之内和之外两个区域，1#楼中、1#楼东分为矩形内和矩形外两部分。每个部分铺设根通讯线和根电源线。

  布线要求：

  以1#楼西这个区域为例，圆圈内以及圆圈外各铺设组线缆（通讯线和电源线），然后线缆通过中间的强电间连接到相应的采集设备以及开关电源。

  其他楼层与1#楼原理相同，此处不做详细介绍。

  数据采集设备与系统后台主机之间的通讯，通过甲方已经铺设的光纤内网实现，同时甲方IT部门为每个采集器以及系统后台主机分配固定IP。由此实现数据层的数据链接。

  本项目中1-4#楼远程预付费系统共计划分了8个区域，配置8套数据采集设备，以及系统后台。

  5#楼以及地下商业部分远程预付费系统共计划分了6个区域，配置6套数据采集设备，以及系统后台。

3  系统功能

  整个系统软件设计分为三个大块，分别是集中抄表服务系统，远程预付费电能管理系统，以及用户查询系统。

  集中抄表服务程序常年运行，不间断定时对所有表进行远程抄表；远程预付费系统包含所有开户、售电、遥控及报表功能；用户查询机系统用于商铺查询个人信息、充值和用电情况；另外还可配置手机端查询网zhan，可用于商铺用户在手机网zhan终端上实时查询个人信息、充值、远程控制及每日用电情况，如果条件满足，还支持用户使用支付宝银联等方式远程自助购电。

主要特点如下：

  快速配置，即装即用：将电表和通讯管理机配置导入系统就可以使用；

  远程集中抄表：免去人工抄表，电表状态实时性zui高可到3分钟以内；

  支持单独计价、多费率、阶梯电价：可对每块电表单独设置电价、费率和阶梯电价；

  远程售电：财务集中管理，电量实时下发，并比对充值次数防止作bi；

  数据安全：网络数据传输采用金融级的3DES加密算法，防止数据作bi窃电；

  手机短信提醒：当金额不足或金额欠费，共三级预警，都可及时短信通知商户；

  远程控制：可对任意块电表执行远程拉闸或保电等系列远程控制操作，方便管理；

  能耗分析及查询：用户和管理员都可查询预付费表或各类接入的计量仪表每天的用能状况；

  个人手机查询网zhan：支持手机端用户自主购电，自主查询。

  传统的IC卡预付费售电管理系统实现了先交费后用电的管理模式，但由于抄收电表数据依赖于购电卡，用户用电数据滞后于发生时间，不仅需要人工抄表，也无法有效进行用电管理、监控和实时控制。

  利用远程预付费电能管理系统，无需IC卡，可以实现计算机远程集中抄表、实时监控、远程充值和远程控制，再通过预警信息和短信通知，以及手机网zhan，物管部门即可完成整个抄表、收费、控制和核查工作，实现高度信息化和自动化，大大提高用电营销管理效率和水平，节约人力物力的同时，也提高了经济效益，同时还具有防信息泄露防窃电的安全功能。

①集中抄表服务系统

  集中抄表服务程序包含三大模块，除了常年运行的定时对所有仪表进行集中远程抄表以外，还集成了报警短信发送服务，能将电费金额预警和欠费预警自动生成手机短信自发送给对应的商铺用户，该功能需要与硬件短信mao配合使用。

系统默认半小时对所有表进行次远程集中抄表，时间间隔支持个性化配置。

②远程预付费电能管理系统

  本系统分为五大模块，分别是操作员登陆模块、系统配置模块、用户（商铺）管理模块、售电管理模块、报表中心模块，系统大致运行和操作流程如下： 

本系统所有的报表及记录查询，都支持excel格式导出的功能。

1.登陆管理：管理操作员账户及权限分配，查看系统日志等功能；

2.系统设置：对建筑、通讯管理机、仪表及默认参数进行配置；

3.用户管理：对商铺用户执行开户、销户、远程分合闸、抄表导出及记录查询等操作；

4.售电管理：对已开户的表进行远程售电、退电、冲正及记录查询等操作；

5.报表中心：提供售电财务报表、用能报表、报警报表等查询。

  系统针对商铺开户不仅支持户表，也支持户挂多表的需要；同时支持和解决了项目改造后新老表切换时，老表金额转入的问题；支持峰谷电价，支持表电价；可对单表设置功率过载的阈值，也支持设置单表金额报警的两级阈值。

  批量远程操作场景中，系统提供了多项功能，针对开户、报警1、报警2、欠费、未开户、失联状态都有不同的颜色显示；并且支持远程对仪表进行遥控，遥控的命令类型如下：

1.电价下发；2.设置下发（下发报警金额阈值和过载功率阈值）；3.保电（强制仪表合闸）；4.恢复预付费（欠费自动跳闸的模式）；5.拉闸（强制断电）；6.抄表导出（导出当所有表状态为EXCEL）

售电

  系统还提供了多个报表以供查询，分别是日/月/年财务销售统计报表、失联表/通讯管理机查询报表、能耗查询报表、实时报警/历史报警查询报表，支持导出。以下是财务报表和预付费表日用能查询报表：

4  结束语

  商业建筑智能化管理是当下的主流趋势，在当下的主流智能配电系统的普及的市场情况下，更多资费管理和系统结合的需求成为市场的主流声音。

  从物业管理方的角度，业主的用能缴费直是个复杂的课题。先是各个业主缴费时间的不统，缴费的方式不统，迫使物业管理方在此部分要花费大量的人力物力去维护相关信，收缴相关费用。

  针对市场的主要痛点，我公司特提供成套的预付费解决方案，系统不但可以预收电费，实现“先交钱、后用电”，又可针对用户用电性质不同可在电力供应紧张或响应关于“节能减排”等号召时有选择性的进行限电。现场通过远程预付费的系统，实现了先交费后用电，可以避免物业公司的电费垫资问题，从而缓解了商业提刚刚运营的资金压力，另外将业主和配电区域隔离，防止了私接tou电的问题。

参考文献
[1].任致程 周中. 电力电测数字仪表原理与应用指南[M]. 北京. 中电力出版社. 2007. 4
[2].周中.电力仪表在大型商业酒店电能分项计量中的应用[J].现代建筑电气 2010. 6
[3].张恒.浅谈工商业用户IC卡预付费管理[J].城市燃气 2015.01

缪建梅，女，本科  安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为智能电网供配电

能源组件1GW改造工程的应用，可以实现对变电所低压配电回路用电的实时监控与电能管理，不仅能显示回路用电状况，还具有网络通讯功能，可以与串口服务器、计算机等组成电能管理系统。系统实现对采集数据的分析、处理，实时显示变电所内各配电回路的运行状态，对分合闸、负载越限具有弹出报警对话框及语音提示，并生成各种电能报表、分析曲线、图形等，便于电能的远程抄表以及分析、研究。该系统运行安全、可靠、稳定，为变电所用户解决用电问题提供了真实可靠的依据，取得了较好的社会效益。［2］

作者简介：
缪建梅，女，本科  安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为智能电网供配电