配網自動化能源管理系統的應用

單乃軍 吳艷萍

（1.中國聯合工程公司，浙江 杭州 310001；2.杭州華光電氣有限公司，浙江 杭州 310001）

0 引言

今天，能源已成為人類社會不可或缺的基本要素。尋找提高能源利用效率的解決之道成為小到社會家庭，大到企業與政府等全社會的共同責任。各類水、電、氣設備與分類能耗是工業設施、社會基礎設施與各類建筑建設投資和日常運營成本的主要構成部分之一，合理布局能源設施配置和管控功能可以顯著提高設施與能源利用效率并降低成本。能源管理系統采用分層分布式系統體系結構，對建筑和企業內的電力、燃氣、水等各分類能耗數據進行采集、處理，并分析建筑和企業能耗狀況，實現建筑和企業節能應用等。

通過能源計劃、能源監控、能源統計、能源消費分析、重點能耗設備管理以及能源計量設備管理等多種手段，使企業管理者對企業的能源成本比重，發展趨勢有準確的掌握，并將企業的能源消費計劃任務分解到各個生產部門車間，使節能工作責任明確，促進企業健康穩定發展。

下面以某汽輪機股份公司配置的HE2000配網自動化能源管理系統為例來闡述、分析系統的功能以及實現方法。

圖1 配網自動化能源管理系統網絡組成圖Fig.1 Distribution automation energy management system network diagram

1 系統構成

系統網絡組成如圖1所示。系統內單元層設備選用帶有RS485通信接口的智能電氣設備，主要包括電能表、電機軟起動器、變頻器、電機智能保護器、電力儀表等設備。監控系統選用HE2000配網自動化能源管理系統監控軟件，實現系統內智能電氣設備的系統化監控管理。

系統采用分層分布式控制系統的設計原則設計，系統具有高可靠性、靈活性、可擴展性以及系統構成和維護的簡易性，能充分滿足配網自動化系統的可靠性、實時性、實用性的要求。

系統按照分層分布式控制系統的設計原則，分為單元層、監控層兩層。

單元層：由系統內所有智能電氣設備，主要包括電力儀表、電機軟起動器、變頻器、電機智能保護器、智能開關等設備構成，設備通過其所帶的通訊接口接入監控層。其可將各電氣設備所采集的電信號、狀態信號等通過通信網絡上送到監控層進行數據處理與顯示。

監控層：也稱為管理層，負責系統的信號處理和后臺監控管理、維護等功能，主要由通訊管理機和后臺監控電腦及HE2000監控軟件來完成。通訊管理機每個端口可以根據現場實際情 況 實 現 RS232、RS485、CAN 等 現 場 總線通訊以及網絡通訊。監控層是整個配網自動化系統的監控平臺和人機對話的窗口，主要完成各種畫面監視、圖形曲線的調用，各種報表、數據庫的生成、數據分析、能源管理、打印、事故報警、維護、故障診斷等功能。監控層可配一臺電腦，也可配兩臺或多臺電腦作為監控管理工作站。

2 HE2000配網自動化能源管理監控軟件

HE2000配網自動化能源管理監控軟件通過以下兩個方面來實現配網系統電氣管理，數據分析后進行輔助決策。

●實現對整個配網系統內各智能設備信息的大融合，通過匯總后進行監控中心數據分析。

●減少能源消耗，通過系統實時能源監控、分項設備能源數據統計分析，重點能耗設備的數據監控、能耗費率分析等多種手段，使管理者能夠準確掌握配網中各能源成本的比重和發展趨勢，制訂經濟有效的節能方案。

HE2000配網自動化能源管理監控軟件系統功能模塊組成主要由以下幾部分。

2.1 數據采集

數據采集管理以配網系統中所涉及的各種控制設備，監測儀表，計量表計等為基礎，支持OPC、DDE、ODBC等相關接口，全面采集各種智能設備的數據。

現場采集內容包含配網系統內的所有智能電氣設備。其中主要關注重要設備的運行狀況、主要能耗設備的狀態等數據。將全廠配網系統內的智能電氣設備的實時狀態采集進入系統，供數據監測、存儲、狀態報警、數據分析和計算、統計平衡等使用。主要功能是整合現場各種控制系統；整合全廠內各個耗能、產能、用能的零散信息系統；將各零散點進行數據采集，整合進系統。

2.2 控制調度中心

系統采用了云計算技術，提供利用同一平臺管理配網系統中所有電力設備的無限容量的架構，能夠在同一平臺下接入目前主流自控廠家的產品，可以兼容的協議包括：IEC60870-5-101/102/103/104、LonWorks、DLT-645、CDT、Profibus、Modbus 等標準協議， 以及部分廠家的自定義通信協議。技術人員可遠程了解現場設備運行數據、運行狀態，實現全過程的遠程管理。該平臺基于云架構技術，還可為專家和技術人員提供遠程維護和故障診斷功能。系統包含的子系統是變配電調度系統、智能照明系統、無功補償裝置、電源系統、消防系統、中央空調控制系統以及環境監控系統。

2.3 報警管理

系統具有多種報警方式，包括模擬量越限報警、保護事件報警、重大變化連續重復報警、硬件設備異常報警等。用戶可以自定義各種報警，報警信息可以通過不同方式傳送至用戶。所有報警記錄均存檔。報警分為設備報警、電源故障報警、通訊故障報警、環境質量報警等幾種形式。另外，報警優先級別可以設置，報警輸出的形式包括彈出報警窗口、并伴有聲音、閃光等，同時報警信息可打印。

2.4 設備管理

配網自動化能源管理系統的對象覆蓋配網系統的各種電力設施。通過對電力設備的運行狀態實時監控和記錄、指導維護保養，提高電力設備效率，實現電力設備閉環能源管理。設備管理的主要功能是設備運行、停止狀態記錄、實時數據和歷史數據查詢；設備故障、維修記錄查詢；設備的維修、保養計劃管理；設備基礎信息管理；設備的維護成本，運行成本分析。

2.5 計劃管理與實效對比

根據配網系統能源分配計劃、設備檢修計劃、歷史耗能數據統計與分析、系統能源消耗的預算、能源提供情況，能源管理系統可自動計算出能源消耗計劃和外購計劃，繼而制定出詳細的企業能源管理指標，指導相關部門按照供需計劃進行配電。

收集和整理配網中各個子系統的實際能源消耗量數據，獲取系統進行能源分析所需的實效數據。通過能源消耗計劃與實效能源數據的比較和分析，對配網系統所有能耗數據進行有效的跟蹤，幫助管理者發現能耗問題，并對能耗大的部分進行分析、制定相應的節能策略。

能源實效數據可做成日能源、月能源、季能源、年能源等實效數據表。能源計劃也可做成日能源供需、月能源供需、季能源供需、年能源供需計劃表。計劃數據與實效數據的比較可通過多種形式顯示：如：柱狀圖，曲線圖，餅圖等；比較的方式也包含多種形式，如：計劃數據同比環比數據的比較分析；實效數據同比環比數據的比較分析；計劃數據與實效數據的比較分析。

2.6 能源的優化分析管

配網系統的能源供應和實際的能源消耗之間往往存在著較大的差異，且調整也復雜。能源管理系統通過對大量歷史數據進行分析運算，對能源的生產、儲存、輸送和使用各環節集中管理與控制，為能耗企業建立一套能源管理系統平衡優化模型，為企業能源的合理利用達到一個新的高度。系統主要功能包括能耗分析報告、各設備能耗比較、各設備能耗排名、日平均報告率、用電分析、偏差分析。

2.7 報表分析

通過對配網系統中各部門、各車間的能耗對比，重點耗能設備的分析、產量產值與能耗對比等多種數據分析，可以幫助企業準確計算出能源支出在企業經營成本中所占比例。系統中各報表可以自動生成，按實際需要實現手動打印或者自動打印，供運行管理人員使用。

報表類型包括：能耗調度數據日報表、能耗供需計劃數據報表、能耗實效數據報表、能耗成本數據報表、能耗單耗數據報表、能耗綜合數據報表、能耗設備備件報表、能耗設備狀態報表、能耗故障信息統計數據報表等。

2.8 能源的標準比較管理

能源管理系統可通過與國家標準、行業標準或競爭對手的相關指標進行比較，建立完善的持續改進流程。主要功能就是結合國家標準，對主要設備的單位能耗指標進行在線監測。對主要設備設置國家規定節能目標警戒線，對未達目標的指標進行自動報警。

2.9 權限管理

根據系統各功能模塊的不同維護需求和控制操作需求，系統提供權限維護管理模塊，可滿足復雜系統管理的需求。可進行權限管理的信息包括：用戶信息、角色權限管理、控制操作權限設置、系統維護、數據庫維護等。

3 結束語

HE2000配網自動化能源管理系統投入運行后，對全廠的配電網絡系統內各能耗設備的數據進行了采集和綜合運算分析，為企業管理人員提供了真實有效的能耗分析報告，為全廠的節能降耗改造提供了有力的數據依據以及改進方向。目前引入此系統后已成功完成了幾項節能改造項目，已取得了很好的效果。

［1］劉振亞.中國電力與能源[M].中國電力出版社，2012.

［2］陽憲惠.現場總線技術及其應用[M].清華大學出版社，1999.

［3］王士政.電網調度自動化與配網自動化技術[M].中國水利水電出版社，2006.