智能配電與能源管理系統

李 柏 蔣愛賢 范建國 陳禮生

（上海良信電器股份有限公司，上海 200137）

自從美國奧巴馬總統提出了建設智能電網的概念，在世界范圍掀起了智能電網研究和建設的熱潮。中國政府也提出了建設堅強智能電網的概念，尤其注重于特高壓的骨干電網方面的建設。對于最為廣泛的低壓配電來說，各相關公司與研究所都投入人力物力進行智能電網方面的研究。良信公司在之前就開始智能配電產品的研究與開發，經過前幾年的技術積累，無論在元件產品的開發還是配電管理平臺方面的開發都有了一點成果，并在新廠區的建設中，建立初步的基于配電產品的能源管理系統。

1 系統方案

目前的能源管理系統著眼于電能的管理，暫未納入水和氣的管理。能源管理系統，分為一個平臺，兩條線路，三個層次。一個平臺是能源管理平臺，兩條線路是指供電線路有兩條，三個層次分別為框架斷路器層，塑殼斷路器層，微型斷路器層，從中壓變換到400V 后，即進入框架斷路器的范圍。

構成能源管理系統的電氣拓撲圖簡單示意如圖1所示。

圖1 能源管理系統電氣拓撲圖

2 系統功能

1）實時保護

系統內的所有配電產品以及終端類的產品，都在實時保護線路以及設備。

2）能源管理

能源管理，或者稱之為能效管理，從發電到用電的各個環節都非常重視的部分。近年來，在低壓配電領域，越來越多的公司都在一些相關項目中投入力量，積極發展能源管理。國家對于智能電網的建設，一方面是要提供用電的效率，另一方面，是要將分散的能源有效的管理起來，包括各種分布式的能源，如風能發電，太陽能發電，潮汐發電。

對于區域用電，通過多功能表計，對各區域的用電情況進行統計。可按天、按周、按月、按季度形成報表，并可將形成的excel 電子文檔發給事先約定的人員，報告用電情況。用電情況包括時段內的峰值電流電壓，次高電流電壓，峰值功率，次高功率，按早晚分列用電情況，以及按種類分列的用電情況。使得公司的相關決策部門對于內部各區域的用電情況有一個明晰的了解，可以輔助決策。尤其是各區域內的每度電的產能情況，可以做經營上的輔助判斷。

對于經常過負荷運轉的部門，給予及時的提醒，幫助確定是否需要降低能耗，或者相關部門進行擴容處理，防止用電情況的可能惡化。

3）遠程操作

相關人員無需到配電監控現場了解情況，即可實現遠程操作。

4）地理信息與報警

在平臺中，對于每一個可反饋的節點，都分配了相對應的地理信息，當出現預警情況時，同時分析相同區域內其他回路是否存在同樣的情況，通過平臺的軟件確定相對準確的預警位置，在有故障跳閘出現的時候，可通過系統中的短信處理發送平臺，向事先確定的維護人員和管理人員，發送帶有明確地理位置的信息，方便定位故障點。

5）報表與趨勢曲線

在實際運行的過程中，將歷時數據記錄下來，既能反應實時的運行情況，也能反映過去的用電情況，趨勢曲線圖簡單示意如圖2所示。

圖2 趨勢曲線圖

3 系統組成結構

1）元件產品

帶通信功能的框架斷路器，帶通信功能的塑殼斷路器，帶通信功能的自動轉換開關，以及帶自動重合閘功能的MCB，通過外接控制端子，都可實現遠程分合閘操作。框架斷路器、塑殼斷路器都采用高性能的MCU 作為處理核心，按鈕整定方式，除實現各種精確的選擇性匹配過流特性保護外，具有數值顯示，發光指示，故障記錄，各種報警觸點輸出，實現接地保護，負載監控保護等功能。自動轉換開關具有具有自投自復、自投不自復等多種工作模式，以確保重要負荷（如消防負載）工作的連續、安全、可靠，可廣泛應用于醫院、商場、銀行、化工、高層建筑、軍事設施、消防等不允許斷電的重要場所。

帶通信功能的故障電弧斷路器，進一步提高了整個系統的可靠性。

2）平臺選擇

在對國內外多個組態軟件比較的基礎上，選擇了力控電力電氣監控組態軟件pNetPower TM6.0 作為二次開發平臺。該軟件結合了通用組態軟件和電力專業技術， 是使用先進的計算機軟件編程技術開發的專業電力系統自動化的組態軟件，適用于變電站綜合自動化、電廠電氣監控（ECS） 、企業供配電自動化、水電站綜合自動化及樓宇配電自動化等后臺監控系統。 該軟件也可以廣泛應用于工業企業各電壓等級的變配電室和市政建設、智能大廈、水利、環保、港口等領域的智能變配電系統，是工企業進行儀電一體化的綜合管理平臺，并且可以和GIS（地理信息系統）/MIS（電力企業管理信息系統）/CIS（用戶信息系統）等進行完美的結合。

3）協議選擇

對于通信協議和通信速度的選擇進行了綜合比較，我們采用了流行的Modbus-RTU 的通信協議，波特率選擇9600bps 或19600bps 中的一種進行數據傳輸，通信鏈路采樣RS485 方式，將多個設備通過485 集線器連接在一起。

（1）所有RS-485 回路通信遵循主/從方式，最多可連接255 個設。

（2）主站將連接和控制所有在RS-485 通信鏈路上的設備。

（3）任意一個從站都不會主動啟動通信。

（4）所有RS-485 鏈路上的通信都以包方式發送，每個包的字節構成標準異步串行數據，并按8位數據位，1 位停止位，無校驗位的方式傳遞串行數據流。

（5）任何情況下從站只能響應主站一個請求。

4）系統組件

包括工控機、觸摸屏、交換機、串口服務器、I/O 端子模塊、UPS、打印機以及GSM 模塊等。

4 應用案例

公司在新園區的建設中，涉及到等多個方面，包括研發中心，試驗站，生產廠房和地下車庫。公司成功的將上述的智能配電產品應用起來，組成了一個相對完整的能源管理系統。新廠區的一期配電的電氣圖如圖3所示。

我公司新園區的建設中， 特別的，增加了與能效相關的處理措施，分別包括用電高峰的預警處理，到達用電限額時的拉閘限電處理，拉閘前的狀態信息預警和公司OA 系統關聯的處理，拉閘限電后恢復供電的及時通知處理，最長拉閘時限的分區域處理。

圖3 配電電氣圖

為進一步節約能源，充分利用不同時段的電價差，我司特別在6－9月，11－2月各四個月的工作 日時間段中，根據實時的溫度情況，提前開啟空調，在早晨8 點前關閉空調，轉為人工模式，保證上班的員工進入一個相對比較舒服的環境，讓同事不再忍受嚴寒酷暑之苦，而且有效的降低了費用。

平臺還有在公司內網范圍內全網可視的處理，在特定權限管理情況下，可在辦公室實現遠程分合閘操作。

5 結論

能源管理平臺中包含電氣拓撲圖，電氣原理圖，歷史曲線圖，報表處理，報警處理。對于系統中支持數據通信的元件，可以實現遙測、遙調、遙信、遙控這四遙功能，對于一些不支持數據通信的元件，也能通過I/O 端子模塊反饋當前元件的分合閘狀態。

能源管理系統目前主要處理低壓側的相關設備，同時留有接口，可方便與中高壓的管理平臺進行連接。

通過這樣的能源管理平臺，結合帶智能功能的各種配電產品，可以有效的實現能源管理，為所在區域的節能減排貢獻一份力量。