分布式企業(yè)級電氣監(jiān)控與能量管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：國家提出了節(jié)能減排的戰(zhàn)略發(fā)展目標，特別是對于我國的工業(yè)企業(yè)而言，采取何種方式實現(xiàn)節(jié)能減排，合理利用電能提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益，成為當前工業(yè)企業(yè)亟待解決的首要問題之一?；诖它c，文章就分布式企業(yè)級電氣監(jiān)控與能量管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)進行論述。

關(guān)鍵詞：分布式企業(yè)級；電氣監(jiān)控；能量管理；電氣節(jié)能

中圖分類號：TM734 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）14-0107-02

1 構(gòu)建分布式企業(yè)級電氣監(jiān)控與能量管理系統(tǒng)的必要性

據(jù)有關(guān)部門的調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，我國的能源利用率約為33%，這一數(shù)字較之國外發(fā)達國家要落后20年左右，由此可見，合理有效利用能源將是我國未來一段時期的重點研究課題。由于電力供應(yīng)本身具有的一定特殊性，與發(fā)電、輸電以及供電相比，作為末端環(huán)節(jié)的用電往往得不到應(yīng)有的重視，而終端用戶群體的能耗與節(jié)能是我國當前智能電網(wǎng)建設(shè)過程中較為重要的環(huán)節(jié)之一。就國內(nèi)的工業(yè)企業(yè)而言，它們既是用電大戶，也是極具節(jié)能潛力的一個部分，但是，這些企業(yè)獲得的能源專業(yè)化關(guān)懷卻十分不足。因此，建立起一個完善的分層分布式企業(yè)電氣監(jiān)控與能量管理系統(tǒng)就顯得尤為重要。

分布式企業(yè)級電氣監(jiān)控與能量管理系統(tǒng)能夠為一些大型的工業(yè)企業(yè)解決以下四個方面的問題：其一，可以為廠房布局較為分散的工業(yè)企業(yè)的用電能耗設(shè)備提供有效的運行監(jiān)視和管理；其二，借助儲能設(shè)備以及自備的分布式電源能夠進一步確保企業(yè)在電網(wǎng)發(fā)生故障時給關(guān)鍵負荷提供不間斷的電能，有利于確保生產(chǎn)的連續(xù)性；其三，該系統(tǒng)的實現(xiàn)可以使企業(yè)電網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)獲得顯著優(yōu)化，并為企業(yè)提供更加優(yōu)質(zhì)的電能；其四，利用智能優(yōu)化技術(shù)和動態(tài)規(guī)劃可實現(xiàn)生產(chǎn)和能耗管控一體化，從而給企業(yè)提供符合國家及行業(yè)標準的高效節(jié)能生產(chǎn)方案。綜上所述，為了實現(xiàn)節(jié)約電能的目標，應(yīng)當構(gòu)建分布式電氣監(jiān)控與能量管理系統(tǒng)。

2 分布式企業(yè)級電氣監(jiān)控與能量管理系統(tǒng)的具體設(shè)計

2.1 電氣監(jiān)控與能量系統(tǒng)的總體設(shè)計方案

從節(jié)約能耗的角度上講，設(shè)計該系統(tǒng)的最終目的就是為了給相關(guān)企業(yè)一套完善的電氣能耗實時監(jiān)控和電能配電傳輸電氣管理的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的總體設(shè)計可從以下兩個方面予以實現(xiàn)：一方面是功能設(shè)計。具體可劃分以下幾個模塊：信息監(jiān)控及顯示模塊。該模塊的作用是通過合理傳感器的配置，實現(xiàn)對企業(yè)電氣設(shè)備能耗的實時監(jiān)測，并將所獲得的數(shù)據(jù)利用網(wǎng)絡(luò)傳輸給控制中心，從而進行實時顯示，同時還能根據(jù)用戶的實際需求進行數(shù)據(jù)存儲及相關(guān)曲線的顯示；數(shù)據(jù)查詢模塊。該模塊是借助對各個電氣設(shè)備能耗數(shù)據(jù)的存儲提供相應(yīng)的查詢功能，并提供數(shù)據(jù)的曲線顯示以及電能消耗時間段分析等，借此來使用戶更加直觀地了解用電詳情，并評估這種用電是否合理；報表生成模塊。該模塊能夠按照用戶選定的數(shù)據(jù)分析功能，自行生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)報表，連接打印設(shè)備后還能自動完成報表打印，可為企業(yè)生產(chǎn)負責人提供決策基礎(chǔ)信息；另一方面是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的規(guī)劃設(shè)計。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)規(guī)劃大體上包括以下幾個模塊：前端傳感器、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、后臺控制中心等等，系統(tǒng)開發(fā)采用當前主流的B/S架構(gòu)，系統(tǒng)共分為三個層次，即數(shù)據(jù)采集層、傳輸層和管理層，前臺配置傳感器，主要負責采集相關(guān)數(shù)據(jù)，后臺配置管理軟件，負責對相關(guān)的分析和管理，該系統(tǒng)構(gòu)建后，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)企業(yè)電氣能量的智能化管理，有利于企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排的目標。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計原則

該系統(tǒng)在構(gòu)建過程中，應(yīng)當遵循以下三點原則：其一，可靠性原則。這是該系統(tǒng)設(shè)計時必須遵循的基本原則之一，系統(tǒng)應(yīng)當由平臺實現(xiàn)服務(wù)器運行狀態(tài)的監(jiān)控，一旦主服務(wù)器發(fā)生故障時，能夠及時切換到備用服務(wù)器上，確保服務(wù)始終不間斷；其二，開放性原則。系統(tǒng)應(yīng)當在各層次上實現(xiàn)開放性，軟硬件的運行環(huán)境也必須符合開放的工業(yè)標準和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，同時歷史數(shù)據(jù)和通信也應(yīng)當處于完全開放狀態(tài)；其三，國內(nèi)與國際標準。系統(tǒng)應(yīng)當采用標準的商業(yè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，并支持標準的SQL數(shù)據(jù)庫語言，同時還應(yīng)遵循ISO-OSI網(wǎng)絡(luò)參考模型，并采用標準的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。此外，在數(shù)據(jù)通信方面應(yīng)具備符合國際標準的ICE61850傳輸規(guī)約，并且還應(yīng)符合國內(nèi)頒布的DL系列標準。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1 分布式電氣化監(jiān)控。系統(tǒng)采用超大規(guī)模的集成電路，并借助非線性補償測量、嵌入式多智能體以及分布式故障診斷等技術(shù)，有效解決了工業(yè)企業(yè)用電設(shè)備智能化監(jiān)控保護和電氣控制在企業(yè)配電所以及生產(chǎn)車間的就地分散，從而實現(xiàn)了設(shè)備用電電能的自動調(diào)節(jié)和安全保護以及用電能耗自動測量等功能。系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)信息通過多種傳輸方式傳給通信服務(wù)器，確保了企業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的靈活性，對于一些復(fù)雜的工業(yè)企業(yè)而言，可采用周期短、組網(wǎng)方式靈活的無線通信，同時應(yīng)考慮能夠能量管理的實時性要求，采用現(xiàn)場CAN總線，并借助一體化的智能測控和保護裝置對耗電設(shè)備進行信號采集，然后再通過傳輸介質(zhì)，將數(shù)據(jù)信息傳給控制中心。

2.3.2 用電設(shè)備監(jiān)控。利用直觀的圖顯功能，在電氣監(jiān)控管理站便可再現(xiàn)企業(yè)配電設(shè)備實際運行狀態(tài)，具體包括實施狀態(tài)信息、設(shè)備歷史運行曲線以及電量潮流信息等，并且系統(tǒng)還具有相關(guān)的報警功能，對企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的設(shè)備動作、過負荷等情況會做出報警提示，對發(fā)生的故障問題可以快速、準確進行定位和排除，同時，系統(tǒng)還能按照配用電系統(tǒng)的實際運行情況，借助遠程控制開關(guān)對負荷回路進行調(diào)度，從而實現(xiàn)了電量峰谷時段的平衡，顯著提高了企業(yè)配電系統(tǒng)的運行效率。

2.3.3 電量統(tǒng)計與預(yù)測。在對配用點設(shè)備進行監(jiān)控的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)能夠?qū)Ψ骞葧r段的電量消耗情況進行統(tǒng)計和計算，而且還能對整個企業(yè)電量平衡情況進行計算，同時進行負荷分析，進而得出企業(yè)的階段能耗情況，然后按照負荷歷史運行曲線，再結(jié)合企業(yè)預(yù)計的生產(chǎn)計劃，準確預(yù)測出企業(yè)未來一天、一周和一月的用電負荷需求，從而為生產(chǎn)安排避開峰谷時段提供依據(jù)。

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作者簡介：鄒秋元（1966—），男，湖南祁東人，湖南衡陽二七二社區(qū)電氣工程師，碩士，研究方向：電氣能源節(jié)約和管理、工廠變配電技術(shù)、電氣自動化。

（責任編輯：趙秀娟）