基于工業(yè)以太網(wǎng)的電能計(jì)量管理系統(tǒng)的應(yīng)用

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

針對(duì)目前電能管理系統(tǒng)的現(xiàn)狀，本文提出的電能管理系統(tǒng)是以工業(yè)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的三層架構(gòu)的電能管理系統(tǒng)。 電能管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。 該系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集分析，通過工業(yè)以太網(wǎng)的對(duì)電能進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和管理。

圖1 電能管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)的**級(jí)架構(gòu)是基站現(xiàn)場采集網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)圖如圖2所示的局部基站現(xiàn)場采集網(wǎng)絡(luò)圖?；粳F(xiàn)場采集網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)基站現(xiàn)場用電數(shù)據(jù)等信息的分類采集，在數(shù)據(jù)傳輸過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)解析、協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)加密保護(hù)和保存等。利用鏈路結(jié)構(gòu)的形式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)蕉?jí)數(shù)掘匯集中心。

圖2 局部基站現(xiàn)場采集網(wǎng)絡(luò)圖

中端數(shù)據(jù)匯總網(wǎng)絡(luò)中心是系統(tǒng)的*2級(jí)架構(gòu)，主要負(fù)責(zé)匯集從各基站現(xiàn)場采集網(wǎng)絡(luò)發(fā)出的數(shù)據(jù)，并對(duì)用電數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，匯總。*后根據(jù)上*級(jí)中心設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類上傳，分時(shí)間段上傳至上*級(jí)。

*后一層架構(gòu)是終端數(shù)據(jù)中心，即省級(jí)數(shù)據(jù)處監(jiān)控平臺(tái)。終端數(shù)據(jù)中心會(huì)搭建一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件平臺(tái)，對(duì)收集來自接受全省的用電信息數(shù)據(jù)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和管理，并將之分類后進(jìn)行存儲(chǔ)，定時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份。根據(jù)備份時(shí)間和數(shù)據(jù)分析管理的內(nèi)容對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，生成各種類型的統(tǒng)計(jì)報(bào)表。根據(jù)報(bào)表的內(nèi)容來制定管理流程制度，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能數(shù)據(jù)的*準(zhǔn)化，使得電能管理更加人性化。

文中主要對(duì)電能管理系統(tǒng)的以太網(wǎng)式的監(jiān)控模塊和PLC主控模塊進(jìn)行了分析與研究。其中電能管理系統(tǒng)中涉及到了單片機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)和通信技術(shù)等多項(xiàng)領(lǐng)域。

2控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在電能管理系統(tǒng)中，基于以太網(wǎng)的監(jiān)控模塊的大致可分為5個(gè)模塊，分別為PLC主控制模塊，數(shù)據(jù)采集模塊，回路通斷控制模塊，系統(tǒng)電能監(jiān)控模塊，和人機(jī)界面模塊。

2.1PLC主控制模塊

系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。系統(tǒng)硬件有三部分組成：控制端，被控端，被控對(duì)象。文中的電能管理系統(tǒng)是以可編程邏輯控制器作為系統(tǒng)的控制核心，PLC主控制模塊種有多個(gè)數(shù)據(jù)采集端口，每一個(gè)端口上有一百多個(gè)采集點(diǎn)，因而可以將主控制模板分布在各個(gè)監(jiān)控區(qū)域；通過工業(yè)以太網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)主控制模板互通進(jìn)而組成一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)。實(shí)現(xiàn)過程如下：各個(gè)監(jiān)控區(qū)域通過采集點(diǎn)收集數(shù)據(jù)信息，PLC主控制模塊將采集到的信息進(jìn)行整合運(yùn)算，將處理好的數(shù)據(jù)反饋給用戶并且將之進(jìn)行分類存儲(chǔ)，以便用戶進(jìn)行查看調(diào)用，歸檔的數(shù)據(jù)可以通過以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交流，分類好的數(shù)據(jù)會(huì)被發(fā)送到控制中心。電能管理系統(tǒng)的工作人員可以使用PC機(jī)來實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶的用電情況，并能利用PC機(jī)發(fā)送遠(yuǎn)程的控制指令。如進(jìn)行斷電搶修，對(duì)違章用戶實(shí)施斷電懲罰等。

此外，可以將主控制模塊和系統(tǒng)電能監(jiān)控模塊兩者配合使用，來達(dá)到采集電信號(hào)的目的，并以此來實(shí)現(xiàn)線路的通斷電控制。

圖3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

2.2數(shù)據(jù)采集模塊

在基于以太網(wǎng)的電能管理系統(tǒng)中，不可缺少的環(huán)節(jié)是數(shù)據(jù)采集模塊。數(shù)據(jù)采集模塊的采集端口接收的信號(hào)是電壓電流信號(hào)，在本系統(tǒng)中使用電流和電壓互感器來采集電信號(hào)。如圖4所示為采集終端的結(jié)構(gòu)圖。通過電壓電流互感耦合器將信號(hào)傳遞給數(shù)據(jù)處理中心，由于大的電流電壓信號(hào)不易傳遞，因此需要將之按比例縮小為易于測(cè)量 的小信號(hào)，該信號(hào)將先經(jīng)過系統(tǒng)的電能監(jiān)控模塊，*后傳輸?shù)娇刂浦行摹?/p>

圖4 采集終端結(jié)構(gòu)框圖

2.3回路通斷控制模塊

回路通斷控制模塊由固態(tài)繼電器和PLC主控制模塊兩者之間相互配合來實(shí)現(xiàn)回路通斷控制的功能。固態(tài)繼電器是一種無觸點(diǎn)的具有隔離功能的電子開關(guān)，它被接在用戶供電設(shè)備的輸入端，當(dāng)控制中心反饋的是用戶超額用電信息時(shí)，控制中心將會(huì)向PLC主控制模塊發(fā)出斷電通知命令，主控制模塊通過固態(tài)繼電器來切斷電源。因此，回路通斷控制是通過固態(tài)繼電器來控制供電各線路的通斷電狀態(tài)。

2.4系統(tǒng)電能監(jiān)控模塊

系統(tǒng)電能監(jiān)控模塊的工作原理圖如圖5所示，系統(tǒng)電能監(jiān)控模塊的功能是對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊采集的信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的處理，將將模擬量傳感器和開關(guān)量傳感器的輸入的信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，比較分析，輸出主控制模塊能夠識(shí)別的安全信號(hào)。

電能監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)的過程是先將數(shù)據(jù)采集模塊采集的電流電壓信號(hào)分別進(jìn)行濾波處理，為了防止高頻信號(hào)對(duì)對(duì)測(cè)量的電信號(hào)進(jìn)行干擾，首先必須對(duì)高頻干擾信號(hào)進(jìn)行處理，處理方法是在電路中加入低通濾波器，被濾除高頻干擾的信號(hào)*后用運(yùn)算放大器對(duì)之進(jìn)行放大處理。

圖5 系統(tǒng)電能監(jiān)控模塊

系統(tǒng)電能監(jiān)控模塊是以太網(wǎng)電能管理系統(tǒng)的核心，它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多種信號(hào)的采集與對(duì)多種信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，如電流，電壓，功率因數(shù)等信號(hào)。現(xiàn)如今已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于學(xué)校、發(fā)電站等各個(gè)領(lǐng)域。

2.5人機(jī)界面模塊

電能管理系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了智能監(jiān)控的人機(jī)界面。當(dāng)監(jiān)控中心需要觀測(cè)用戶的實(shí)時(shí)用電情況時(shí)，系統(tǒng)便會(huì)通過工業(yè)以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)采集模塊采集的信息傳遞到監(jiān)控中心，電站管理人員可以通過人機(jī)界面觀看出主控模塊傳遞的用戶用電信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)基于人機(jī)界面對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控，監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)系統(tǒng)的操作平臺(tái)是基于工業(yè)以太網(wǎng)的PC機(jī)構(gòu)建而成。用戶用電數(shù)據(jù)信息通過PLC主控制模塊進(jìn)行分析、交流和互通，構(gòu)成了一個(gè)完整的電能管理系統(tǒng)，從而可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)電能管理系統(tǒng)的遠(yuǎn)程分析、控制與監(jiān)測(cè)功能。

因此，文中通過對(duì)基于工業(yè)以太網(wǎng)的電能管理系統(tǒng)電能監(jiān)控模塊的運(yùn)行過程的分析，對(duì)整個(gè)管理系統(tǒng)運(yùn)行情況以及實(shí)際應(yīng)用中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，和管理系統(tǒng)在現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用中的各部分運(yùn)行情況的分析，表明基于工業(yè)以太網(wǎng)的電能管理系統(tǒng)已經(jīng)取得了有效的成果。

3 安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案

3.1概述

用戶端消耗著整個(gè)電網(wǎng)80%的電能，用戶端智能化用電管理對(duì)用戶可靠、安全、節(jié)約用電有十分重要的意義。構(gòu)建智能用電服務(wù)體系，全面推廣用戶端智能儀表、智能用電管理終端等設(shè)備用電管理解決方案，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向良性互動(dòng)。用戶端急需解決的研究內(nèi)容主要包括：先進(jìn)的表計(jì)，智能樓宇、智能電器、增值服務(wù)、客戶用電管理系統(tǒng)、需求側(cè)管理等課題。

安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過對(duì)用戶端用電情況進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計(jì)，以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各分項(xiàng)用電的使用消耗情況，便于找出高耗能點(diǎn)或不合理的耗能習(xí)慣，有效節(jié)約電能，為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級(jí)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

3.2應(yīng)用場所

（1）辦公建筑（商務(wù)辦公、大型公共建筑等）；

（2）商業(yè)建筑（商場、金融機(jī)構(gòu)建筑等）；

（3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂場所等）；

（4）科教文衛(wèi)建筑（文化、教育、科研、醫(yī)療衛(wèi)生、體育建筑等）；

（5）通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數(shù)據(jù)中心等）；

（6）交通運(yùn)輸建筑（機(jī)場、車站、碼頭建筑等）。

【參考文獻(xiàn)】

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[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版.

審核編輯 黃宇