鮑靜君

江蘇安科瑞電器制造有限公司，江蘇江陰，214405）

1　 智能電網用戶端涵義

智能電網是當前新技術和新產業(yè)發(fā)展熱點。國家電網公司正在建設全國統(tǒng)的堅強智能電網，其基本特征是電力系統(tǒng)的運營實現(xiàn)信息化、自動化、互動化和市場化，真正實現(xiàn)電能的利用。

根據(jù)智能電網研究框架體系，智能電網建設主要抓住發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調度六個環(huán)節(jié)。“配用電”環(huán)節(jié)即為電網的用戶端，按用戶屬性來分主要有三類：建筑樓宇，如賓館、商場、體育館、學校、寫字樓、等；工礦企業(yè)，如冶金、造紙、輕紡、機械、電子、煤礦等；基礎設施，如機場、港口、鐵路、公路、水利等。用戶端消耗著整個電網80%的電能，抓電網用戶端智能化建設，對用戶可靠、安全、節(jié)約用電有十分重要意義。用戶端環(huán)節(jié)建設內容主要為：構建智能用電服務體系；推廣應用智能電表、智能用電管理終端等智能設備；實現(xiàn)電網與用戶的雙向互動，提升用戶服務質量；建設智能用電小區(qū)和電動汽車充電站。用戶端急需解決的研究內容主要包括：的表計，智能樓宇、智能電器、增值服務、客戶用電系統(tǒng)、需求側管理等課題。

2　 能源管理系統(tǒng)構架及目標

智能電網用戶端從用戶側端來討論配電和用電系統(tǒng)的智能化和信息化，其范圍指電力公司計費電表出口以下，從電力變壓器到用電設備之間，對電能進行傳輸、分配、控制、保護和能源管理的所有設備及系統(tǒng)。

隨著科學技術的發(fā)展以及人民物質生活水平的提高，用電設備如電梯、水泵、照明、空調系統(tǒng)、家用電器等越來越多，用電負荷快速增長，設備的能效提高以及不同設備之間的匹配需要科學的管理，用戶端的能源管理因此受到越來越多的關注。

般的智能電網用戶端能源管理系統(tǒng)主要包括三方面的內容：計算機管理系統(tǒng)、通信網絡、傳感（計量）元件。傳感（計量）元件采集各種電量數(shù)據(jù)并通過通信網絡傳輸?shù)接嬎銠C管理系統(tǒng)，管理系統(tǒng)將分布采集的數(shù)據(jù)匯總、分析、報表等，出現(xiàn)故障狀況時根據(jù)預先設定的條件進行預警、報警甚至自動完成某些操作功能。的管理系統(tǒng)還包含智能控制設備，能自動檢測電網及用電設備的各種情況并據(jù)此對有關負荷進行自動控制，包括對儲能設備、可再生能源設備的控制。見圖1。

建設智能電網用戶端能源管理系統(tǒng)有三個目標：

（1）電能監(jiān)測與節(jié)能優(yōu)化：對用電系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)特別是耗能設備用電情況進行實時檢測計量、數(shù)據(jù)采集、匯總分析、縱橫比較等，發(fā)現(xiàn)電能使用不合理之處，通過人工干預或自動控制的方法進行改進，優(yōu)化用能設備，提高電能的使用效率。
　?。?）用戶端與電網公司管理系統(tǒng)的互動：在智能電網中，電網公司為提高電力設施的負荷率要求用戶端某些設備能夠需求響應，其使用能夠盡量避開用電高峰而在用電低谷時使用，幫助電網削峰填谷。

（3）管理分布式能源設備的接入：用戶端儲能設備、電動汽車以及可再生能源設備接入電網可能對電網產生重大沖擊，這些設備也可能將電能輸送的電網，所以需要個很好的能源管理系統(tǒng)進行管理。

3　 用戶端能源管理系統(tǒng)功能

3.1 主控制系統(tǒng)功能

主控制系統(tǒng)作為專家決策系統(tǒng)，是個SCADA軟件，將各個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入，并根據(jù)各種不同的情況決定各個子系統(tǒng)的控制。

3.2 配電監(jiān)控子系統(tǒng)功能

它由多種獨立的功能模塊組成，包括保護設備定值在線管理、事件報警管理、錄波數(shù)據(jù)管理等。
　　配電監(jiān)控子系統(tǒng)采集和處理的基本數(shù)據(jù)：模擬量（遙測）包括功率、電流、電壓、變壓器溫度、系統(tǒng)頻率等。數(shù)字量（遙信）包括開關位置信號、事故信號、微機保護信號、以及設備工作狀態(tài)等。

3.3 智能表計子系統(tǒng)功能

智能表計子系統(tǒng)（見圖2）能夠海量數(shù)據(jù)的采集、交換、通信、存儲與共享；企業(yè)用能實時監(jiān)控、分析和報表系統(tǒng)，故障報警和快速定位；用戶端電網諧波檢測和分析；能耗監(jiān)測、分析、評估，能耗分項計算以及碳排放計算；根據(jù)電力公司的需量限制對實際用電負荷進行預警和控制。通過智能表計實現(xiàn)智能電網中“雙向”互功功能，智能儀表通過網絡通訊設備實時通訊，提供用戶的能源需求數(shù)據(jù)給智能電網，同時將智能電網的不同時間段的電能信息傳遞給用戶端，讓用戶直接選擇電能消費。

3.4 設備監(jiān)控子系統(tǒng)功能

設備監(jiān)控子系統(tǒng)既是個設備監(jiān)控子系統(tǒng)，又是個可以自成體系、記錄各種能量變化并可實現(xiàn)互動控制的用戶能源管理系統(tǒng)。管理中心通過網絡連接多個分中心，每個分中心管理連接當?shù)氐倪@部分設備，通過能源管理控制器、電表、智能開關、繼電保護裝置和各種智能控制器實時采集主要耗能、儲能或生產能源設備的信息，對數(shù)據(jù)進行加工處理，根據(jù)能源控制中心下達給分中心的要求，調節(jié)每個設備的運行狀態(tài)，能源的消費和生產。

3.5 智能家居子系統(tǒng)功能

智能家居是目前智能電網比較關注的領域之。智能電表與智能家居有機結合才能更科學合理地控制家居內的家電設備，實現(xiàn)需求響應、削峰填谷、節(jié)能減排功能。

3.6 儲能設備、分布式能源設備、汽車充電設備監(jiān)控技術

分別研究低壓側（380V/220V）儲能設備、分布式能源設備和汽車充電設備在上位機系統(tǒng)中的表現(xiàn)形式和管理方法。

4　 關鍵技術

1）配電系統(tǒng)數(shù)字化網絡化控制技術：以變電站為基本單元，收錄電網重要信息，只有少量信息向網絡發(fā)送,網絡效率高；IP地址管理，各部分設備可以實現(xiàn)區(qū)域管理；底層的設備在網絡中具有獨立的通信功能，上位監(jiān)控PC可以直接遠程讀取底層設備信息以及事件數(shù)據(jù)、錄波數(shù)據(jù)等，可遠程讀取和修改其整定參數(shù)等；上位監(jiān)控PC可以遠程配置網絡中的節(jié)點，增加或減少設備節(jié)點。
　　2）電表雙向實時電價計費技術：包括有功電能和無功電能計量；分時計量、大需量測量；實時監(jiān)測電網運行狀態(tài)、電能質量和環(huán)境參量等;信息與數(shù)據(jù)的存貯、調用、輸出和顯示，電價方案顯示；雙向通信，可實現(xiàn)遠程管理，能提供互動性服務，可對戶內主要電器進行用電信息采集與控制；對電能雙向計費。
　　3）網絡化可編程控制技術：包括系統(tǒng)的現(xiàn)場總線及工業(yè)以太網通信協(xié)議規(guī)范研究與實現(xiàn)；指令編譯器、程序解釋運行器、高速總線技術；控制與通信集成技術。
　　4）數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸通信技術：研究智能電器和智能電表的通信技術，不同通信協(xié)議之間的數(shù)據(jù)轉換技術、以及有線網與無線網交叉融合技術；
　　5）用戶端海量數(shù)據(jù)融合及并行計算處理技術：研究海量數(shù)據(jù)的采集、交換、通信、存儲與共享機制；
　　6）商用樓宇和工礦企業(yè)節(jié)電運營技術：研究能耗監(jiān)測和分析、評估方法、碳排放參數(shù)計算；
　　7）管理和控制的體化技術：研究企業(yè)用能實時監(jiān)控、分析和報表系統(tǒng)，具有故障報警和快速定位功能；
　　8）電能質量測控技術：研究用戶端電網諧波檢測和分析方法，實現(xiàn)電能質量檢測；
　　9）電網側與用戶端之間的互動技術：研究進戶電表與用戶能源管理系統(tǒng)的互動、主系統(tǒng)與子系統(tǒng)的信息互動技術。

5 　案例應用

5.1 上海世博村項目A地塊VIP生活樓EMS

世博村A地塊VIP生活樓是2010年上海世博會配套的家超五酒店，見圖3。

該酒店落成后將成為整個世博會的至高點，達108米，同時也是整個世博工程中早開工，早竣工、投入使用的項目。系統(tǒng)采用Acrel-3000型電能管理系統(tǒng)，完成了生活樓變電所、柴油發(fā)電機房、冷凍機房、生活泵消防泵房及樓層動力箱、電源雙切供電系統(tǒng)所有電氣設備遠程監(jiān)測。

整個系統(tǒng)采用網絡分布式結構，監(jiān)控主機位于地下層變電所值班室內，各變電所配電柜內安裝有ACR230ELH、ACR220EFLK儀表共計200臺。系統(tǒng)采用開放的通訊協(xié)議，通過現(xiàn)場總線與高低壓配電系統(tǒng)、變壓器溫控裝置、發(fā)電機的智能接口、ATSE及EPS等相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊功能。同時監(jiān)視系統(tǒng)提供標準的RS485接口向上連接到BMS系統(tǒng)。

5.2 廣州亞運會開/閉幕式臨時配電中心

2010年第16屆廣州亞運會開/閉幕式在海心沙島隆重舉行（見圖4），當晚整個島內的供電由現(xiàn)場發(fā)電以及廣州市供電局供電兩部分組成，整個配電設施全部位于舞臺下方的地下空間，包括四個配電區(qū)域，所有涉及表演、噴泉、音響等重要回路全部由現(xiàn)場發(fā)電機供電，其余看臺、照明等由廣州市供電局供電。系統(tǒng)采用Acrel-2000型電力監(jiān)控系統(tǒng)，完成了四個配電區(qū)域所有配電房內包括10kV高壓配電柜、直流屏、0.4kV低壓配電柜、發(fā)電機、變壓器等所有電氣設備的數(shù)據(jù)采集和集中監(jiān)控管理.

圖4 廣州亞運會海心沙島

5.3 某工廠屋頂光伏電站電力監(jiān)控系統(tǒng)

2010年承接的上海某公司屋頂太陽能發(fā)電系統(tǒng)，可對太陽能光伏電站里的電池陣列、匯流箱、逆變器、交直流配電柜、太陽跟蹤控制系統(tǒng)等設備進行實時監(jiān)測和控制，通過各種樣式的圖表及數(shù)據(jù)快速掌握電站的運行情況，其友好的用戶界面、強大的分析功能、完善的故障報警確保了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的*可靠和穩(wěn)定運行。見圖5。

圖5 某工廠光伏監(jiān)控系統(tǒng)

系統(tǒng)主要實現(xiàn)的功能有：實時監(jiān)測太陽能電池板的電壓、電流及其運行狀況；防雷器狀態(tài)、斷路器狀態(tài)采集與顯示；實時監(jiān)控逆變器工作狀態(tài)，監(jiān)測其故障信息；系統(tǒng)詳細運行參數(shù)顯示；故障記錄及報警；具有電量累計、系統(tǒng)分析、歷史記錄功能；簡單易用的參數(shù)設置功能；系統(tǒng)輸出電流、電壓，瞬時發(fā)電功率、累計發(fā)電量，CO2、SO2減排量。

6　需求與市場前景分析

用戶端能源管理系統(tǒng)作為個新興產業(yè)，其需求與市場前景與下列因素有關：（1）智能電網的推進與用戶端的電力配電系統(tǒng)智能化需求；（2）工礦企業(yè)與建筑樓宇的節(jié)能減排；（3）新能源、新行業(yè)的發(fā)展需求；等等。

6.1用戶端的電力配電系統(tǒng)智能化需求及智能電網的推進

目前，電的生產、傳輸及用戶，如電信、銀行、石化等大用戶配電正在實現(xiàn)信息化、智能化。隨著智能電網的推進，電的生產、傳輸與使用將信息互通，智能電力儀表將是各個電網環(huán)節(jié)的信息“傳感器”，使智能電網下的電器設備信息“物物相聯(lián)”。因此，能源管理系統(tǒng)將隨用戶端配電智能化的普級而市場容量逐步擴大。

6.2 工礦企業(yè)與建筑樓宇的節(jié)能減排

國務院各部委以及地方政府，把節(jié)能減排作為工作之進行推進與落實。要求高能耗企業(yè)通過建立能源管理體系，采取降耗技術與措施，提高用能效率。為此，工礦企業(yè)實施合同能源管理，和大型公建實施能耗監(jiān)測（見建科[2008]114號文），電能作為主要的能源，用戶端用能大戶都應建立電能計量管理體系。因此，用于企業(yè)內部管理的智能電能管理系統(tǒng)將隨節(jié)能政策的推進而增加。

6.3新能源、新行業(yè)的發(fā)展需求

隨著社會的發(fā)展，對核電、水電、光能、風能等新能源的需求逐步擴大，以減少對能源的依賴。新能源的發(fā)展，也需要安裝監(jiān)控系統(tǒng)，提高新能源的發(fā)電能效。另外，隨著社會進步，對人生命安全的保障也越來越重視，為了安全用電，國家發(fā)布了多項設計規(guī)范，如JGJ16-2008《民用建筑電氣設計規(guī)范》，GB50016-2006《建筑設計防火規(guī)范》等等，規(guī)定對劇院、商場、展覽館、醫(yī)院、電信樓、廣播臺、高層建筑等人員密集或重要場所要加裝剩余電流式火災監(jiān)控裝置，建立電氣安全監(jiān)視系統(tǒng)，防止漏電引起的火災。

參考文獻：

[1]智能電網用戶端的整體解決方案.尹天文.《電氣技術》2010年04期.

[2]電力電測數(shù)字儀表原理與應用指南，任致程、周中編著.北京：中國電力出版社，2007.

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