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电源质量对楼宇自动化系统的影响研究

智能建筑是一种新型的建筑形式,随着现代计算机技术、控制技术、通信技术、图形显示技术的发展而发展得越来越完善。智能建筑具有在建筑物内进行信息管理和信息综合利用的能力,能够给人们提供全面、高质量、安全、舒适的生活与工作环境。

智能建筑的目标主要体现在三个方面:第一,提供完全、舒适、快捷的优质服务;第二,建立先进与科学的综合管理机制;第三,节省能耗和降低人工成本。具备以上三个目标的系统还不能实现真正意义上的智能建筑,真正的智能建筑应具有反应和适应人工环境的能力,当环境发生改变时,系统可以自行进行各种运行参数的及时调整。智能建筑的各系统之间应能够进行信息交流,作为一个整体来管理和控制建筑物。

1楼宇自动化系统功能分析

楼宇自动化系统(BAS)是整个智能建筑系统的组成部分之一,其主要功能是实施对大厦内所实时监控系统的集成监控、联动和管理;其主要特点是具有对综合监控信号的处理和快速的I/O响应能力,以及对监控参数的统计、汇总和整理能力。

楼宇自动化系统主要包括暖通空调、给排水、供配电、照明、电梯、消防、安全防范等子系统。这些子系统的主要功能是收集建筑物内的相关信息指标,并根据居住人的具体要求自动调整建筑物内的温度、湿度等各项环境指标,同时协同各子系统提供优质的居住服务。而要实现这一目标,就要求楼宇自动化系统能够对建筑内各种机电设备的信息进行有效地分析、归类、处理、判断,并采用最优化的控制手段,对各系统设备进行集中监控和管理,使各子系统设备始终处于有条不紊、协同一致和高效、有序的状态下运行,从而提高智能建筑的现代化管理和服务,创造出一个高效、舒适、安全的工作环境。

在楼宇自动化系统中,电力系统是整个系统的核心,供电质量的好坏直接对各系统的运行有着直接的影响。如果供电质量下降,会给智能建筑中的电气设备、电子设备及楼宇智能化系统带来严重的危害和不良影响。

2楼宇自动化系统电源质量分析

智能建筑中存在大量的机电设备,这些设备如楼宇智能化设备、通信设备、办公自动化设备等对供电质量都要求较高,需要有稳定、可靠的电能支持,特别是对谐波的影响比较敏感。而在智能建筑中,绝大多数的用电设备都是非线性负荷,如大量的开关电源、计算机、UPS、打印机、电梯等,是智能建筑配电系统中主要的谐波源和波动源。这些设备在智能大厦中数量众多,因此,对电能质量的影响不容忽视。

智能建筑中的谐波对自动化系统造成的危害主要表现在以下几个方面:

(1)谐波电流对邻近通信线路产生谐波电压的静电干扰和谐波电流的电磁干扰,从而影响空调系统的运行状态,使空调系统的操作失去准确度;电梯、消防、安全各子系统也会因为谐波的干扰而使相关的电子装置产生干扰,造成误动或拒动[1]。

(2)谐波会降低楼宇自动化监控系统中的语音或图像的清晰度,严重时会引起信息丢失,使系统无法正常工作。

(3)各种传感器、电压表、电流表、电能表等仪器受谐波影响造成测量误差,从而引起连锁反应,造成楼宇自动化系统对环境的感知能力下降。

(4)缩短照明设施的寿命,造成变压器的线圈老化等问题。

3电能质量监控系统

目前,对智能建筑中电力监控主要集中在中低压回路的全电量测量、专业保护功能的监控、遥信采集功能、自动抄表功能。同时,电力监控的优点在于对风机、水泵、空调系统等的监控。而对于一些功能,电力监控还有很大的差距,例如分时电度计量还需要另行开发软件;对电能质量的监测不能做到谐波检测;对断路器触头损耗检测备用投入、时间顺序记录及故障录波等功能也欠缺。

针对以上问题,本文采用了电力监测系统与楼宇自动化系统合二为一的策略,通过综合布线系统及计算机网络技术,将火灾自动报警及联动控制系统、安全防范系统、停车场管理系统、信息发布系统、建筑设备监控系统等具有完整功能的独立子系统,以计算机网络为基础、软件为核心,通过信息交换和共享,实现系统综合管理,提高自动化维护的水平。

本系统采用模块化控制站+与WAP(wirelessapplicationprotocol)兼容的宽带局域网+信息综合管理系统,以综合布线系统为物理支撑,以IP网络为核心,建立基于独立集成平台的智能建筑集成管理系统。为了保证智能化电力监测系统的独立性、可靠性,系统单独建网,视智能化楼宇群的大小及设备容量的多少,设置若干台核心交换机作为交换核心设备,形成以电力质量监测为主导的智能化控制系统。

模块化控制站+与WAP兼容的宽带局域网+信息综合管理系统是一类最新结构的分布式控制系统,系统视规模及应用性能的具体要求,可以通过宽带或窄带网络,通过现场总线与现场的智能仪表进行通信和操作,具有互操作性、扩充维护方便的优点,将成为分布式控制系统的主流。

根据智能化建筑的具体特点,结合智能设备的具体应用,在电力监控系统的前端选择合理的监测点,配备具有电能质量监测功能的智能装置,用于连续监测变配电系统的谐波、三相不平衡度、电压波动、中性线电流、电压扰动、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率、双向电能、双向无功电能等。在设置监测点时,以功能使用为主要分区,形成模块化控制,以便系统的维护和扩充。

本系统采用以Modbus协议为主导的与WAP兼容的宽带局域网通信方式,Modbus协议具有良好的通用性,有利于信息在各种网络体系结构和多种设备间进行数据通信,例如PLC、控制面板、变频器、FO设备等都可以在Modbus协议的支持下来启动远程控制,完成远程的数据通信,同时Modbus协议也可以在串行链路和TCP/IP以太网的网络上实现数据传输,并配以全能网关以实现通信链路上的数据传输[2]。

为了适应无线网络时代的要求,本系统还设置了无线应用协议WAP代理服务器,以便于用户借助无线手持设备,如掌上电脑、手机、呼机、双向广播、智能电话等,通过WAP获取信息,从而形成无线操作平台。

本系统完成的功能有八项,分别为:数据采集与处理模块、安全监视监控模块、事件处理及控制功能模块、数据显示模块、标准数据及历史记录模块、操作及事故记录和统计模块、无功补偿模块、报警模块。

以上八个模块构成了电力监控及自动化控制的三个层次并完成了相应的功能:第一个层次为控制现场子系统,主要任务是采集现场信息和执行上级下达的控制命令,完成对现场控制对象的实时控制和调节传感器,将现场的模拟信号、数字信号、开关量信号采集后经现场和计算机的处理,并通过通信介质将信息发往主控端;现场PLC接收主控端发来的指令,由PLC输出控制信号,完成对控制对象的遥控和遥调功能,这一部分主要由PLC、远程I/O单元、保护单元、传感器、变送器和执行装置等构成。第二个层次为信息处理与控制子系统,主要功能是将主控端采集来的各种信息,经计算机系统加工处理后,再通过人机交互系统,以声、光、电、图像等形式报告给相关工作人员,以利于工作人员的监测和控制。第三个层次为人机交互子系统,主要是通过各种显示方式和报警方式为工作人员提供完整的实时运行状态信息,并将其与标准数据对比分析,以确定当前系统的运行状况,并根据相关情况调用历史数据,以便于工作人员对设备运行状态的判断,以保证系统安全、经济、稳定地运行。

4结语

智能建筑中的电能质量是一个不容忽视的问题。要解决楼宇自动化系统中的电能质量问题,首先要对智能建筑中的非线性负荷进行谐波治理,并且采用电能质量监测系统,对楼宇中的电能质量进行有效监控,以便随时获取电能质量的相关数据。本文采取了模块化控制+与WAP兼容的宽带局域网+信息综合管理系统的分布控制系统来实现智能建筑中各自动化子系统电能质量的监控方式,能够有效地对智能建筑的电能质量进行监测和控制,对实际应用具有指导作用。

参考文献:

[1]王锡凡.电力工程基础[M].西安:西安交通大学出版社,1998.

[2]陈小勇.基于DSP的并联有源电力滤波器的研究[D].南京:南京理工大学,2008.

作者:王有春;范永胜 来源:电源技术 2013.02 点击数: 发布时间:2013年12月25日
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