智能化供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

趙麗芳

（溫州電力設(shè)計(jì)有限公司 浙江省溫州市 325000）

當(dāng)前是一個(gè)經(jīng)濟(jì)全球化時(shí)代，我國(guó)供配電系統(tǒng)建設(shè)工作發(fā)展要與時(shí)俱進(jìn)，跟上時(shí)代前進(jìn)的腳步。智能化供配電系統(tǒng)最為重要的三大要素是自動(dòng)控制、測(cè)量以及監(jiān)視，企業(yè)通過科學(xué)有效搭建起專業(yè)完善的智能化供配電系統(tǒng)，能夠幫助自身全面準(zhǔn)確掌握了解到供配電系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境、運(yùn)行狀態(tài)以及電力消耗變動(dòng)等。基于智能化供配電系統(tǒng)運(yùn)行作用下，還可以更加高效管理所有關(guān)聯(lián)運(yùn)行設(shè)備，充分發(fā)揮出各項(xiàng)設(shè)備資源的價(jià)值作用。與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比較，我國(guó)智能化供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作還處于初級(jí)發(fā)展階段，還需要培養(yǎng)更多技術(shù)人才，引導(dǎo)他們積極參與到智能化供配電建設(shè)事業(yè)中，貢獻(xiàn)出自身最大價(jià)值。

1 常見智能化供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1.1 PCL（可編程序控制器）和遠(yuǎn)程I/O組成的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PCL（可編程序控制器）和遠(yuǎn)程I/O 組成的監(jiān)控系統(tǒng)核心控制部件是可編程序控制器，該監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成方式按照系統(tǒng)規(guī)模、可靠性要求以及監(jiān)控功能要求可以科學(xué)有效劃分為很多種，無論是哪種構(gòu)成方式的智能化監(jiān)控系統(tǒng)都需要基于可編程序控制器完成對(duì)傳統(tǒng)供配電柜的智能化與自動(dòng)化控制管理。企業(yè)技術(shù)人員要在該供配電管理系統(tǒng)中合理設(shè)置好可編程序控制器和遠(yuǎn)程I/O 功能模塊[1]，其能夠幫助現(xiàn)場(chǎng)工作人員實(shí)時(shí)采集獲取到斷路器及其他運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障問題會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)提醒，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)投切控制。

1.2 PCL（可編程序控制器）和智能監(jiān)控模塊組成的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

與上種智能化供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案一樣，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心控制部件也是可編程序控制器，技術(shù)人員要在該監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中合理設(shè)置好斷路器設(shè)備，并在其中有效加裝電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)。基于現(xiàn)場(chǎng)總線與智能監(jiān)控模塊功能的優(yōu)化布置設(shè)計(jì)，能夠充分發(fā)揮出可編程序控制器的作用，幫助現(xiàn)場(chǎng)工作人員實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器的實(shí)時(shí)監(jiān)控管理。

1.3 PLC（可編程序控制器）和帶智能脫扣器及通訊口的智能型斷路器組成的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在該智能化供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中，技術(shù)人員要注意的是實(shí)際選用斷路器設(shè)備必須確保其是智能型的，能夠自身攜帶好智能脫扣器和通訊接口。可編程序控制器能夠基于智能脫扣器和通訊口完成對(duì)斷路器運(yùn)行狀態(tài)和設(shè)備故障等信息數(shù)據(jù)的有效采集，同時(shí)還可以發(fā)出斷路器接通與分?jǐn)嗟目刂泼睢Ｔ谠撓到y(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，技術(shù)人員要確保可編程序控制器與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控計(jì)算機(jī)互聯(lián)在一起，然后利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)人-機(jī)的正常交流對(duì)話[2]，并且現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)設(shè)備能夠幫助企業(yè)做好對(duì)設(shè)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)的實(shí)施記錄保存，以便后期工作人員的信息查詢，采取相關(guān)安全故障的防范控制措施。

2 智能化供配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和監(jiān)控設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1：供配電監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

智能化供配電系統(tǒng)實(shí)質(zhì)是指一個(gè)局域網(wǎng)系統(tǒng)，其具備良好的全過程控制功能，能夠幫助企業(yè)更好采集儲(chǔ)存管理數(shù)據(jù)信息，全面提高對(duì)電網(wǎng)的管理質(zhì)量和效率。當(dāng)前智能化供配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)種類主要包括了分布式控制系統(tǒng)、集中式控制系統(tǒng)以及現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)等。技術(shù)人員要充分認(rèn)識(shí)到智能化供配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平會(huì)決定了整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，因此相關(guān)工作人員必須認(rèn)真做好前期規(guī)劃工作，嚴(yán)格遵循以下幾方面原則內(nèi)容：

（1）采取有效優(yōu)化設(shè)計(jì)措施，最大程度減少故障波及面，確保能夠?qū)崿F(xiàn)“危險(xiǎn)分散”；

（2）設(shè)計(jì)集中網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能，達(dá)到實(shí)時(shí)全面監(jiān)控工作要求；

（3）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要與智能化供配電系統(tǒng)建設(shè)管理規(guī)模相適應(yīng)，避免不必要的資源投資浪費(fèi)；

（4）有效提供拓展功能，方便后續(xù)系統(tǒng)的擴(kuò)展操作實(shí)現(xiàn)。

在現(xiàn)代企業(yè)建設(shè)過程中智能化供配電監(jiān)控系統(tǒng)通常設(shè)計(jì)采用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式具有多層次特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要被劃分為3 層，它們分別是集中控制層、管理層以及現(xiàn)場(chǎng)I/O 設(shè)備。其中控制層作為整個(gè)智能監(jiān)控系統(tǒng)的控制中心，主要負(fù)責(zé)對(duì)供電系統(tǒng)日常運(yùn)行的數(shù)據(jù)信息監(jiān)測(cè)和控制；管理層功能設(shè)計(jì)應(yīng)用則主要是負(fù)責(zé)對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的處理分析和存儲(chǔ)管理，方便工作人員的信息對(duì)話交流；現(xiàn)場(chǎng)I/O 設(shè)備主要負(fù)責(zé)采集獲取各項(xiàng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)和運(yùn)行參數(shù)等信息[3]，完成對(duì)所有相關(guān)運(yùn)行設(shè)備的控制操作目標(biāo)。如圖1所示，為供配電監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。如果企業(yè)本身系統(tǒng)規(guī)模設(shè)計(jì)要求偏小，則可以考慮減去控制層設(shè)計(jì)工作內(nèi)容，將該層功能科學(xué)有效分散到管理層，只需要增加通信控制器或者網(wǎng)關(guān)等設(shè)備。

2.2 監(jiān)控設(shè)備搭配設(shè)計(jì)

2.2.1 現(xiàn)場(chǎng)I/O 設(shè)備

在智能化供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作中，監(jiān)控設(shè)備搭配設(shè)計(jì)極為重要，現(xiàn)場(chǎng)I/O 設(shè)備裝配設(shè)計(jì)要求內(nèi)容主要包括了網(wǎng)絡(luò)電力儀表、綜合保護(hù)裝置、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊以及電能質(zhì)量檢測(cè)裝置等。設(shè)計(jì)人員需按照一層設(shè)備進(jìn)行對(duì)應(yīng)分布式配置I/O 設(shè)備，確保現(xiàn)場(chǎng)任何一個(gè)I/O 設(shè)備都保持獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)，為企業(yè)供配電系統(tǒng)提供檢測(cè)、保護(hù)、控制以及通訊交流等功能，幫助工作人員實(shí)時(shí)采集獲取到大量系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，充分掌握了解到系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)故障原因及時(shí)采取有效解決措施。工作人員針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)I/O 設(shè)備采用的配置方式主要有兩種，一種是分散式配置方式，一種是集中式配置方式[4]。集中式配置方式指的是將現(xiàn)場(chǎng)所有I/O 設(shè)備集中配置在監(jiān)控柜中，其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)監(jiān)控管理系統(tǒng)和配電柜的分別制造設(shè)置，無需復(fù)雜操作、協(xié)調(diào)配合較為簡(jiǎn)單，并且可以全面提升系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定可靠性。集中式配置方式的弊端在于需要工作人員在現(xiàn)場(chǎng)安裝大量線路，一定程度增加了員工工作任務(wù)量和企業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工成本。分散式配置方式是通過將現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)I/O 設(shè)備分別安裝設(shè)置在各個(gè)配電柜中，這樣就能夠組成智能化配電柜。該種配置方式應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于布線任務(wù)輕，工作人員只需要在現(xiàn)場(chǎng)正確安裝設(shè)置通信電纜和監(jiān)控系統(tǒng)電源線，其不足之處在于系統(tǒng)只能在現(xiàn)場(chǎng)展開調(diào)試作業(yè)，需要花費(fèi)較多的調(diào)試時(shí)間。

2.2.2 控制層

智能化供配電系統(tǒng)中的控制層設(shè)計(jì)應(yīng)用主要負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)信息的有效采集的安全有效儲(chǔ)存，同時(shí)基于控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)信息的傳遞。其作為整個(gè)智能化供配電系統(tǒng)的控制核心，組成部分主要包括了控制器和通信總線。控制層控制器設(shè)計(jì)應(yīng)用的類型有很多種，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模要求合理選用控制器，宜采用的控制器有可編程邏輯控制器、直接數(shù)字控制器、混合性控制型。就比如，在民用建筑智能化供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作中，如果沒有特殊要求工作人員可以直接采用直接數(shù)字控制器。控制層通信總線通信協(xié)議能夠采用的有CP/IP、Meter Bus、BACnet 等。

2.2.3 管理層

在智能化供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員要確保系統(tǒng)管理層具備以下幾個(gè)功能：

（1）檢測(cè)各個(gè)子系統(tǒng)對(duì)控制命令響應(yīng)情況，監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)各項(xiàng)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和實(shí)際狀態(tài)；

（2）清晰準(zhǔn)確顯示和記錄各項(xiàng)測(cè)量數(shù)據(jù)、故障報(bào)警以及狀態(tài)等數(shù)據(jù)信息；

（3）數(shù)據(jù)信息報(bào)表的生成和打印。

管理層作為整個(gè)智能化供配電監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控中心，其設(shè)計(jì)配置內(nèi)容主要包括了顯示屏幕、計(jì)算機(jī)服務(wù)器、監(jiān)控軟件、打印機(jī)、通訊機(jī)柜以及電源等設(shè)備。不同配置設(shè)備有著不同的功能作用，就比如計(jì)算機(jī)服務(wù)器起到的作用是人機(jī)對(duì)話界面，其設(shè)置數(shù)量要根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模要求進(jìn)行明確，如果是當(dāng)個(gè)變電站的小型供配電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，那么工作人員只需要合理設(shè)置一臺(tái)監(jiān)控計(jì)算器即可[5]。而如果是針對(duì)于多個(gè)變電站的中大型供配電監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)計(jì)人員則需要合理設(shè)置多臺(tái)計(jì)算機(jī)監(jiān)控設(shè)備，并安裝專業(yè)服務(wù)器專門負(fù)責(zé)對(duì)所有設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的處理分析和保存管理。

2.2.4 網(wǎng)絡(luò)通訊和應(yīng)用軟件

智能化供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的網(wǎng)絡(luò)通訊指的是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換各項(xiàng)通訊設(shè)備與線路的總稱，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)計(jì)內(nèi)容主要涵蓋了通訊電纜、以太網(wǎng)關(guān)、光纖收發(fā)器、交換機(jī)等，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員要結(jié)合不同項(xiàng)目實(shí)際情況合理設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并優(yōu)化配置現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備和電路，確保能夠在最低成本下創(chuàng)造出最大的經(jīng)濟(jì)效益。智能化供配電監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件主要包括了監(jiān)控軟件、數(shù)據(jù)采集軟件、能源管理軟件等，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在選用相關(guān)專業(yè)通用軟件時(shí)，要綜合考慮到以下幾方面因素：

（1）能夠滿足不同樓控系統(tǒng)、調(diào)度中心以及上級(jí)管理系統(tǒng)等的數(shù)據(jù)交換和管理要求；

（2）各系統(tǒng)軟件操作具有良好的人機(jī)界面，基礎(chǔ)功能應(yīng)有盡有；

（3）具有良好開放性的面向不同智能監(jiān)控設(shè)備的通訊驅(qū)動(dòng)程序。

3 智能化供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的節(jié)能措施應(yīng)用

3.1 科學(xué)選用變壓器

在傳統(tǒng)建筑供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，變壓器設(shè)備每年都會(huì)損耗上萬(wàn)至幾十萬(wàn)千瓦時(shí)的電能資源，這樣無疑會(huì)增大企業(yè)電力支出成本。針對(duì)于此，企業(yè)技術(shù)人員在智能化供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可以通過科學(xué)采取市場(chǎng)上新型節(jié)能變壓器設(shè)備，根據(jù)建筑規(guī)模用電大小明確變壓器容量，促使其負(fù)載率維持在0.5-0.7。工作人員可以通過采取適當(dāng)提升變壓器的功率因素，有效降低諧波含量等措施，幫助企業(yè)減少變壓器每年運(yùn)行25-35%的能源損耗。

3.2 合理調(diào)度負(fù)荷

在智能化供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員要確保系統(tǒng)當(dāng)兩個(gè)或者多個(gè)大容量電動(dòng)機(jī)負(fù)荷同時(shí)啟動(dòng)時(shí)，該系統(tǒng)能夠有效將多個(gè)大容量電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間進(jìn)行錯(cuò)開處理，這樣能夠幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)消減峰值負(fù)荷，降低電能資源消耗，節(jié)省更多電費(fèi)支出。而在夜間輕載時(shí)，智能化供配電系統(tǒng)能夠結(jié)合監(jiān)測(cè)到負(fù)荷數(shù)據(jù)信息情況，自動(dòng)或者經(jīng)過提示由人工改變配電系統(tǒng)運(yùn)行方式，科學(xué)有效切除掉一些負(fù)荷變壓器，避免過多變壓器的同時(shí)工作，這樣不僅能夠優(yōu)化改善企業(yè)的供配電質(zhì)量水平，還可以幫助企業(yè)最大程度降低變壓器的空載損耗。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，基于智能技術(shù)輔助應(yīng)用下的供配電系統(tǒng)具有供電連續(xù)性優(yōu)越、運(yùn)行安全可靠性高、節(jié)能功效良好的優(yōu)勢(shì)。因此，現(xiàn)代企業(yè)要主動(dòng)加強(qiáng)對(duì)智能化供配電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，無論是設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，還是施工操作環(huán)節(jié)都應(yīng)該提前做好認(rèn)真規(guī)劃工作，要結(jié)合系統(tǒng)規(guī)模大小建設(shè)要求合理采用對(duì)應(yīng)的技術(shù)和設(shè)備，這樣才能夠充分發(fā)揮出智能化供配電系統(tǒng)的作用價(jià)值，提高系統(tǒng)的整體運(yùn)行質(zhì)量和效率，為企業(yè)創(chuàng)造出更多經(jīng)濟(jì)效益。通過將智能化供配電系統(tǒng)實(shí)踐應(yīng)用在不同類型建筑中，不僅能夠保障建筑動(dòng)力系統(tǒng)安全可靠的可持續(xù)運(yùn)行，還可以幫助企業(yè)節(jié)省更多電力能源消耗，最大程度滿足市場(chǎng)用戶對(duì)于高質(zhì)量電力的需求，促進(jìn)整個(gè)電力行業(yè)建設(shè)穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展。