智能配电与能源管理系统——提升能源效益的理想选择

1.概述

上海良信电器股份有限公司主要致力于低压配电产品的研发和生产，近年来投入力量对智能电网配电产品进行了研究与开发。经过数年技术积累，无论在元件产品的开发还是配电管理平台方面的开发都有了一定成果，并在新厂区的建设中，建立起了基于配电产品的能源管理系统，使新产品和新系统得到验证。

2.系统方案

目前的能源管理系统着眼于电能的管理，暂未纳入水和气的管理。本公司的能源管理系统可理解为一个平台、两条线路和三个层次。一个平台是能源管理平台，两条线路是指供电线路有两条，三个层次分别为框架断路器层、塑壳断路器层、微型断路器层。从中压变换到400V后，即进入框架断路器的范围。

构成能源管理系统的电气拓扑如图1所示。

图1 电气拓扑图

3.系统组成结构

（1）元件产品

带通信功能的框架断路器、带通信功能的塑壳断路器、带通信功能的自动转换开关，以及带自动重合闸功能的塑壳断路器均可通过外接控制端子，实现远程分合闸操作。框架断路器、塑壳断路器都采用高性能的MCU作为处理核心。采用按钮整定方式，除实现各种精确的选择性匹配过电流特性保护外，还具有数值显示、发光指示、故障记录、各种报警触头输出、实现接地保护、负荷监控保护等功能。自动转换开关具有自投自复、自投不自复等多种工作模式，以确保重要负荷（如消防负荷）工作的连续、安全、可靠，可广泛应用于医院、商场、银行、化工、高层建筑、军事设施、消防设施等不允许断电的重要场所。

带通信功能的故障电弧断路器，可提高整个系统的可靠性。

（2）平台选择

在对国内外多个组态软件比较的基础上，选择了力控电力电气监控组态软件pNetPower TM6.0作为二次开发平台。该软件结合了通用组态软件和电力专业技术，是使用先进的计算机软件编程技术开发的专业电力系统自动化的组态软件，适用于变电站综合自动化、电厂电气监控（ECS）、企业供配电自动化、水电站综合自动化及楼宇配电自动化等后台监控系统。该软件也可以广泛应用于工业企业各电压等级的变配电室和市政建设、智能大厦、水利、环保、港口等领域的智能变配电系统，是工企业进行机电一体化的综合管理平台，并且可以和GIS（地理信息系统）、MIS（电力企业管理信息系统）、CIS（用户信息系统）等进行完美的结合。

（3）协议选择

基于对于通信协议和通信速度的选择进行了综合比较，系统采用了流行的MODBUS的通信协议，波特率选择9600bit/s或19600bit/s中的一种进行数据传输，通信链路采用RS485方式，将多个设备通过RS485集线器连接在一起。

1）所有RS485回路通信遵循主/从方式，最多可连接255个设备；

2）主站将连接和控制所有在RS485通信链路上的设备；

3）任意一个从站都不会主动启动通信；

4）所有RS485链路上的通信都以包方式发送，每个包的字节构成标准异步串行数据，并按8位数据位，1位停止位，无校验位的方式传递串行数据流；

5）任何情况从站只能响应主站一个请求。

（4）系统组件

系统包括工控机、触摸屏、交换机、串行接口服务器、I/O端子模块、UPS、打印机以及GSM模块等。

4.系统功能

（1）实时保护

系统内的所有配电产品以及终端类的产品，都在实时保护线路和设备。(www.xing528.com)

（2）能源管理

能源管理或者称为能效管理，在发电到用电的各个环节都非常重视。近年来，在低压配电领域，越来越多的公司在一些相关项目中投入力量，积极发展能源管理，一方面提高用电效率，另一方面将分散的能源有效地管理起来，包括各种分布式的能源（如风能发电、太阳能发电、潮汐发电）。

对于区域用电，通过多功能表计，对各区域的用电情况进行统计。可按天、按周、按月、按季度形成报表，并可将形成的Excel电子文档发给事先约定的人员，报告用电情况。用电情况包括时段内的峰值电流和电压、次高电流和电压、峰值功率、次高功率，按早晚分列用电情况，以及按种类分列的用电情况。使得公司的相关决策部门对于内部各区域的用电情况有一个明晰地了解，可以辅助决策。尤其是各区域内的每度电的产能情况，可以做经营上的辅助判断。

对于经常过负荷运转的部门，给予及时地提醒，帮助确定是否需要降低能耗，或者相关部门进行扩容处理，防止用电情况的可能恶化。

（3）远程操作

相关人员无需到配电监控现场了解情况，即可实现远程操作。

（4）地理信息与报警

在平台中，对于每一个可反馈的节点，都分配了相对应的地理信息，当出现预警情况时，分析相同区域内其他回路是否存在同样的情况，并通过平台的软件确定相对准确的预警位置。在有故障跳闸出现时，可通过系统中的短信处理发送平台，向事先确定的维护人员和管理人员，发送带有明确地理位置的信息，方便定位故障点。

（5）报表与趋势曲线

在实际运行的过程中，将历史数据记录下来，既能反应实时的运行情况，也能反映过去的用电情况，趋势曲线图如图2所示。

图2 趋势曲线图

5.应用案例

公司在新厂区的建设中，涉及多个方面，包括研发中心、试验站、生产厂房和地下车库。公司成功地将上述智能配电产品应用起来，组成了一个相对完整的能源管理系统。新厂区的一期配电的电气图如图3和图4所示。

在公司新厂房的建设中，特别增加了与能效相关的处理措施，包括用电高峰的预警处理，在用电达到限额时可进行拉闸限电处理，拉闸前的状态信息预警和公司OA系统关联的处理，拉闸限电后恢复供电的及时通知处理，以及最长拉闸时限的分区域处理。

为进一步节约能源，充分利用不同时段的电价差，公司特别在6～9月、11～2月各四个月的工作日时间段中，根据实时的温度情况，提前开启空调器。在早晨8点前关闭空调器，转为人工模式，保证上班的员工进入一个相对比较舒服的环境，让同事不再忍受严寒酷暑之苦，同时充分利用分时电价的低谷电价，有效降低了电费。

系统平台还有在公司内网范围内全网可视的处理，在特定权限管理情况下，可在办公室实现远程分合闸操作。

图3 配电电气图（一）

图4 配电电气图（二）

6.总结

能源管理平台中包含电气拓扑图、电气原理图、历史曲线图、报表处理、报警处理。对于系统中支持数据通信的元件，可以实现遥测、遥调、遥信、遥控这四遥功能，对于一些不支持数据通信的元件，也能通过I/O端子模块反馈当前元件的分合闸状态。

能源管理系统目前主要处理低压侧的相关设备，同时留有接口，可方便与中高压的管理平台进行连接。

通过这样的能源管理平台，结合带有智能功能的各种配电产品，可以有效地实现能源管理，为所在区域的节能减排贡献一份力量。

（作者：上海良信电器股份有限公司 李柏 蒋爱贤 范建国）