配網(wǎng)自動化能源管理系統(tǒng)的應(yīng)用

單乃軍 吳艷萍

（1.中國聯(lián)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(yè)與政府等全社會的共同責(zé)任。各類水、電、氣設(shè)備與分類能耗是工業(yè)設(shè)施、社會基礎(chǔ)設(shè)施與各類建筑建設(shè)投資和日常運(yùn)營成本的主要構(gòu)成部分之一，合理布局能源設(shè)施配置和管控功能可以顯著提高設(shè)施與能源利用效率并降低成本。能源管理系統(tǒng)采用分層分布式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，對建筑和企業(yè)內(nèi)的電力、燃?xì)?、水等各分類能耗?shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理，并分析建筑和企業(yè)能耗狀況，實現(xiàn)建筑和企業(yè)節(jié)能應(yīng)用等。

通過能源計劃、能源監(jiān)控、能源統(tǒng)計、能源消費(fèi)分析、重點能耗設(shè)備管理以及能源計量設(shè)備管理等多種手段，使企業(yè)管理者對企業(yè)的能源成本比重，發(fā)展趨勢有準(zhǔn)確的掌握，并將企業(yè)的能源消費(fèi)計劃任務(wù)分解到各個生產(chǎn)部門車間，使節(jié)能工作責(zé)任明確，促進(jìn)企業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展。

下面以某汽輪機(jī)股份公司配置的HE2000配網(wǎng)自動化能源管理系統(tǒng)為例來闡述、分析系統(tǒng)的功能以及實現(xiàn)方法。

圖1 配網(wǎng)自動化能源管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成圖Fig.1 Distribution automation energy management system network diagram

1 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成如圖1所示。系統(tǒng)內(nèi)單元層設(shè)備選用帶有RS485通信接口的智能電氣設(shè)備，主要包括電能表、電機(jī)軟起動器、變頻器、電機(jī)智能保護(hù)器、電力儀表等設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)選用HE2000配網(wǎng)自動化能源管理系統(tǒng)監(jiān)控軟件，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)智能電氣設(shè)備的系統(tǒng)化監(jiān)控管理。

系統(tǒng)采用分層分布式控制系統(tǒng)的設(shè)計原則設(shè)計，系統(tǒng)具有高可靠性、靈活性、可擴(kuò)展性以及系統(tǒng)構(gòu)成和維護(hù)的簡易性，能充分滿足配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的可靠性、實時性、實用性的要求。

系統(tǒng)按照分層分布式控制系統(tǒng)的設(shè)計原則，分為單元層、監(jiān)控層兩層。

單元層：由系統(tǒng)內(nèi)所有智能電氣設(shè)備，主要包括電力儀表、電機(jī)軟起動器、變頻器、電機(jī)智能保護(hù)器、智能開關(guān)等設(shè)備構(gòu)成，設(shè)備通過其所帶的通訊接口接入監(jiān)控層。其可將各電氣設(shè)備所采集的電信號、狀態(tài)信號等通過通信網(wǎng)絡(luò)上送到監(jiān)控層進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與顯示。

監(jiān)控層：也稱為管理層，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的信號處理和后臺監(jiān)控管理、維護(hù)等功能，主要由通訊管理機(jī)和后臺監(jiān)控電腦及HE2000監(jiān)控軟件來完成。通訊管理機(jī)每個端口可以根據(jù)現(xiàn)場實際情 況 實 現(xiàn) RS232、RS485、CAN 等 現(xiàn) 場 總線通訊以及網(wǎng)絡(luò)通訊。監(jiān)控層是整個配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的監(jiān)控平臺和人機(jī)對話的窗口，主要完成各種畫面監(jiān)視、圖形曲線的調(diào)用，各種報表、數(shù)據(jù)庫的生成、數(shù)據(jù)分析、能源管理、打印、事故報警、維護(hù)、故障診斷等功能。監(jiān)控層可配一臺電腦，也可配兩臺或多臺電腦作為監(jiān)控管理工作站。

2 HE2000配網(wǎng)自動化能源管理監(jiān)控軟件

HE2000配網(wǎng)自動化能源管理監(jiān)控軟件通過以下兩個方面來實現(xiàn)配網(wǎng)系統(tǒng)電氣管理，數(shù)據(jù)分析后進(jìn)行輔助決策。

●實現(xiàn)對整個配網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)各智能設(shè)備信息的大融合，通過匯總后進(jìn)行監(jiān)控中心數(shù)據(jù)分析。

●減少能源消耗，通過系統(tǒng)實時能源監(jiān)控、分項設(shè)備能源數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，重點能耗設(shè)備的數(shù)據(jù)監(jiān)控、能耗費(fèi)率分析等多種手段，使管理者能夠準(zhǔn)確掌握配網(wǎng)中各能源成本的比重和發(fā)展趨勢，制訂經(jīng)濟(jì)有效的節(jié)能方案。

HE2000配網(wǎng)自動化能源管理監(jiān)控軟件系統(tǒng)功能模塊組成主要由以下幾部分。

2.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集管理以配網(wǎng)系統(tǒng)中所涉及的各種控制設(shè)備，監(jiān)測儀表，計量表計等為基礎(chǔ)，支持OPC、DDE、ODBC等相關(guān)接口，全面采集各種智能設(shè)備的數(shù)據(jù)。

現(xiàn)場采集內(nèi)容包含配網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的所有智能電氣設(shè)備。其中主要關(guān)注重要設(shè)備的運(yùn)行狀況、主要能耗設(shè)備的狀態(tài)等數(shù)據(jù)。將全廠配網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的智能電氣設(shè)備的實時狀態(tài)采集進(jìn)入系統(tǒng)，供數(shù)據(jù)監(jiān)測、存儲、狀態(tài)報警、數(shù)據(jù)分析和計算、統(tǒng)計平衡等使用。主要功能是整合現(xiàn)場各種控制系統(tǒng)；整合全廠內(nèi)各個耗能、產(chǎn)能、用能的零散信息系統(tǒng)；將各零散點進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，整合進(jìn)系統(tǒng)。

2.2 控制調(diào)度中心

系統(tǒng)采用了云計算技術(shù)，提供利用同一平臺管理配網(wǎng)系統(tǒng)中所有電力設(shè)備的無限容量的架構(gòu)，能夠在同一平臺下接入目前主流自控廠家的產(chǎn)品，可以兼容的協(xié)議包括：IEC60870-5-101/102/103/104、LonWorks、DLT-645、CDT、Profibus、Modbus 等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議， 以及部分廠家的自定義通信協(xié)議。技術(shù)人員可遠(yuǎn)程了解現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、運(yùn)行狀態(tài)，實現(xiàn)全過程的遠(yuǎn)程管理。該平臺基于云架構(gòu)技術(shù)，還可為專家和技術(shù)人員提供遠(yuǎn)程維護(hù)和故障診斷功能。系統(tǒng)包含的子系統(tǒng)是變配電調(diào)度系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、無功補(bǔ)償裝置、電源系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、中央空調(diào)控制系統(tǒng)以及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。

2.3 報警管理

系統(tǒng)具有多種報警方式，包括模擬量越限報警、保護(hù)事件報警、重大變化連續(xù)重復(fù)報警、硬件設(shè)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(shè)備報警、電源故障報警、通訊故障報警、環(huán)境質(zhì)量報警等幾種形式。另外，報警優(yōu)先級別可以設(shè)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(shè)備管理

配網(wǎng)自動化能源管理系統(tǒng)的對象覆蓋配網(wǎng)系統(tǒng)的各種電力設(shè)施。通過對電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)實時監(jiān)控和記錄、指導(dǎo)維護(hù)保養(yǎng)，提高電力設(shè)備效率，實現(xiàn)電力設(shè)備閉環(huán)能源管理。設(shè)備管理的主要功能是設(shè)備運(yùn)行、停止?fàn)顟B(tài)記錄、實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)查詢；設(shè)備故障、維修記錄查詢；設(shè)備的維修、保養(yǎng)計劃管理；設(shè)備基礎(chǔ)信息管理；設(shè)備的維護(hù)成本，運(yùn)行成本分析。

2.5 計劃管理與實效對比

根據(jù)配網(wǎng)系統(tǒng)能源分配計劃、設(shè)備檢修計劃、歷史耗能數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析、系統(tǒng)能源消耗的預(yù)算、能源提供情況，能源管理系統(tǒng)可自動計算出能源消耗計劃和外購計劃，繼而制定出詳細(xì)的企業(yè)能源管理指標(biāo)，指導(dǎo)相關(guān)部門按照供需計劃進(jìn)行配電。

收集和整理配網(wǎng)中各個子系統(tǒng)的實際能源消耗量數(shù)據(jù)，獲取系統(tǒng)進(jìn)行能源分析所需的實效數(shù)據(jù)。通過能源消耗計劃與實效能源數(shù)據(jù)的比較和分析，對配網(wǎng)系統(tǒng)所有能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的跟蹤，幫助管理者發(fā)現(xiàn)能耗問題，并對能耗大的部分進(jìn)行分析、制定相應(yīng)的節(jié)能策略。

能源實效數(shù)據(jù)可做成日能源、月能源、季能源、年能源等實效數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)與實效數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)同比環(huán)比數(shù)據(jù)的比較分析；實效數(shù)據(jù)同比環(huán)比數(shù)據(jù)的比較分析；計劃數(shù)據(jù)與實效數(shù)據(jù)的比較分析。

2.6 能源的優(yōu)化分析管

配網(wǎng)系統(tǒng)的能源供應(yīng)和實際的能源消耗之間往往存在著較大的差異，且調(diào)整也復(fù)雜。能源管理系統(tǒng)通過對大量歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析運(yùn)算，對能源的生產(chǎn)、儲存、輸送和使用各環(huán)節(jié)集中管理與控制，為能耗企業(yè)建立一套能源管理系統(tǒng)平衡優(yōu)化模型，為企業(yè)能源的合理利用達(dá)到一個新的高度。系統(tǒng)主要功能包括能耗分析報告、各設(shè)備能耗比較、各設(shè)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(wǎng)系統(tǒng)中各部門、各車間的能耗對比，重點耗能設(shè)備的分析、產(chǎn)量產(chǎn)值與能耗對比等多種數(shù)據(jù)分析，可以幫助企業(yè)準(zhǔn)確計算出能源支出在企業(yè)經(jīng)營成本中所占比例。系統(tǒng)中各報表可以自動生成，按實際需要實現(xiàn)手動打印或者自動打印，供運(yùn)行管理人員使用。

報表類型包括：能耗調(diào)度數(shù)據(jù)日報表、能耗供需計劃數(shù)據(jù)報表、能耗實效數(shù)據(jù)報表、能耗成本數(shù)據(jù)報表、能耗單耗數(shù)據(jù)報表、能耗綜合數(shù)據(jù)報表、能耗設(shè)備備件報表、能耗設(shè)備狀態(tài)報表、能耗故障信息統(tǒng)計數(shù)據(jù)報表等。

2.8 能源的標(biāo)準(zhǔn)比較管理

能源管理系統(tǒng)可通過與國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或競爭對手的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行比較，建立完善的持續(xù)改進(jìn)流程。主要功能就是結(jié)合國家標(biāo)準(zhǔn)，對主要設(shè)備的單位能耗指標(biāo)進(jìn)行在線監(jiān)測。對主要設(shè)備設(shè)置國家規(guī)定節(jié)能目標(biāo)警戒線，對未達(dá)目標(biāo)的指標(biāo)進(jìn)行自動報警。

2.9 權(quán)限管理

根據(jù)系統(tǒng)各功能模塊的不同維護(hù)需求和控制操作需求，系統(tǒng)提供權(quán)限維護(hù)管理模塊，可滿足復(fù)雜系統(tǒng)管理的需求?？蛇M(jìn)行權(quán)限管理的信息包括：用戶信息、角色權(quán)限管理、控制操作權(quán)限設(shè)置、系統(tǒng)維護(hù)、數(shù)據(jù)庫維護(hù)等。

3 結(jié)束語

HE2000配網(wǎng)自動化能源管理系統(tǒng)投入運(yùn)行后，對全廠的配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)各能耗設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集和綜合運(yùn)算分析，為企業(yè)管理人員提供了真實有效的能耗分析報告，為全廠的節(jié)能降耗改造提供了有力的數(shù)據(jù)依據(jù)以及改進(jìn)方向。目前引入此系統(tǒng)后已成功完成了幾項節(jié)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(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社，1999.

［3］王士政.電網(wǎng)調(diào)度自動化與配網(wǎng)自動化技術(shù)[M].中國水利水電出版社，2006.