能源系統(tǒng)監(jiān)控與節(jié)能技術(shù)的探討

安科瑞陳海霞

上海安科瑞電氣股份有限公司   嘉定   201801

1 　概述

　　隨著全球能源供應(yīng)的日趨緊張，各種能源費(fèi)用都呈上升趨勢，成為企業(yè)成本的重要組成部分，在今后企業(yè)的發(fā)展和生存中將成為一個(gè)決定性因素。另外能源動(dòng)力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，是企業(yè)正常生產(chǎn)、經(jīng)營的重要保證。因此，建立企業(yè)能源動(dòng)力系統(tǒng)的綜合監(jiān)控，在保證能源動(dòng)力供給安全可靠的基礎(chǔ)上，通過對能源動(dòng)力系統(tǒng)的自動(dòng)化監(jiān)控、信息化管理，降低產(chǎn)品能源成本，對企業(yè)的經(jīng)營發(fā)展和提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義；通過節(jié)能技術(shù)的引進(jìn)，大幅度降低企業(yè)能源消耗，不僅具有經(jīng)濟(jì)意義，而且具有更大的社會效益。
　　根據(jù)Acrel(安科瑞)在電力自動(dòng)化、工業(yè)自動(dòng)化及節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域的研究和多年工程實(shí)踐，開發(fā)設(shè)計(jì)了智能電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)，提出一系列相關(guān)的節(jié)能技術(shù)。

Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)是基于10kV及以下變配電系統(tǒng)的監(jiān)測與管理，該系統(tǒng)由管理層（站控層）、通信層（中間層）、間隔層（現(xiàn)場監(jiān)控層）三部分組成，見下圖。

1）站控管理層

站控管理層針對電力監(jiān)控系統(tǒng)的管理人員，是人機(jī)交互的直接窗口，也是系統(tǒng)的最上層部分。主要由系統(tǒng)軟件和必要的硬件設(shè)備，如工業(yè)級計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、UPS 電源等組成。監(jiān)測系統(tǒng)軟件具有良好的人機(jī)交互界面，對采集的現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)信息計(jì)算、分析與處理，并以圖形、數(shù)顯、聲音等方式反映現(xiàn)場的運(yùn)行狀況。

監(jiān)控主機(jī)：用于數(shù)據(jù)采集、處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。為系統(tǒng)內(nèi)或外部提供數(shù)據(jù)接口，進(jìn)行系統(tǒng)管理、維護(hù)和分析工作。

打印機(jī)：系統(tǒng)召喚打印或自動(dòng)打印圖形、報(bào)表等。

UPS：保證計(jì)算機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)的正常供電，在整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生供電問題時(shí)，保證站控管理層設(shè)備的正常運(yùn)行，提供足夠的時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。

2）網(wǎng)絡(luò)通訊層

通訊層設(shè)備為由串口擴(kuò)展卡。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁，負(fù)責(zé)對現(xiàn)場設(shè)備回送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、分類和傳送等工作的同時(shí)，轉(zhuǎn)達(dá)上位機(jī)對現(xiàn)場設(shè)備的各種控制命令。

通訊介質(zhì)：系統(tǒng)主要采用屏蔽雙絞線，以RS485 接口，MODBUS 通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備與上位機(jī)的實(shí)時(shí)通訊。

3）現(xiàn)場設(shè)備層

現(xiàn)場設(shè)備層是數(shù)據(jù)采集終端，主要由智能儀表組成，采用具有高可靠性、帶有現(xiàn)場總線連接的分布式I/O 控制器構(gòu)成數(shù)據(jù)采集終端，向數(shù)據(jù)中心上傳采集的數(shù)據(jù)。測量儀表擔(dān)負(fù)著最基層的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，其監(jiān)測的數(shù)據(jù)必須完整、準(zhǔn)確并實(shí)時(shí)傳送至監(jiān)控主機(jī)。

2 　系統(tǒng)特點(diǎn)

●電力能源監(jiān)控：
　　采用自主研發(fā)的高性能ACR系列網(wǎng)絡(luò)電力儀表、M系列微機(jī)保護(hù)裝置、溫濕控制器、電動(dòng)機(jī)保護(hù)器和集成化監(jiān)控系統(tǒng)軟件包，實(shí)現(xiàn)變配電系統(tǒng)的綜合自動(dòng)化監(jiān)控。
　　●非電類能源監(jiān)控：
　　采用國內(nèi)外先進(jìn)的過程儀表和控制器，實(shí)現(xiàn)對鍋爐及蒸汽系統(tǒng)、空壓站及壓縮空氣系統(tǒng)、水泵房及供水系統(tǒng)、換熱站、空調(diào)系統(tǒng)的智能控制、工藝流程監(jiān)控、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、故障報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)記錄等功能。
　　●安防監(jiān)控：
　　建立完善的安防監(jiān)控系統(tǒng)，在重要設(shè)備或部門設(shè)置視頻監(jiān)控、紅外線探測報(bào)警、門禁等設(shè)備，可以提供重要設(shè)備實(shí)時(shí)的、直觀的視頻監(jiān)控，對重要部門或設(shè)備布防，有效阻止非法人員的闖入，采用數(shù)字化視頻技術(shù)將安防系統(tǒng)與能源管理信息系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，支持管理者在網(wǎng)絡(luò)上任何站點(diǎn)瀏覽和監(jiān)控。
　　●分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：
　　采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，監(jiān)控管理層采用先進(jìn)的冗余光纖環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，便于將分散在企業(yè)各處的水、電、汽、氣等子系統(tǒng)集成為一體，現(xiàn)地監(jiān)控層各子系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線與各種檢測儀表和智能裝置連接，具有良好的適應(yīng)能力和強(qiáng)大的擴(kuò)展能力。
　　●能源計(jì)量與統(tǒng)計(jì)考核：
　　通過能源動(dòng)力監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集各種能源信息，取代手工抄表、人工統(tǒng)計(jì)、手工錄入、計(jì)算機(jī)打印報(bào)表的落后模式，自動(dòng)完成記錄、計(jì)量、統(tǒng)計(jì)、考核等功能。
　　●經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析：
　　通過對動(dòng)力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息的采集、記錄、統(tǒng)計(jì)，分析設(shè)備運(yùn)行效率，自動(dòng)控制系統(tǒng)負(fù)荷和工況的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行。
　　●能源決策分析：
　　通過一定時(shí)間的數(shù)據(jù)累積，從不同角度對能源消耗進(jìn)行分析預(yù)測，提供防止能源浪費(fèi)、降低能源消耗、合理規(guī)劃使用能源的決策支持。
　　●系統(tǒng)管理與信息發(fā)布：
　　能源信息管理系統(tǒng)，可以全面提供實(shí)時(shí)、可靠、有效的各種能源信息，支持WEB發(fā)布，可以通過企業(yè)信息管理網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)能源信息的瀏覽和查詢。

3 　主要監(jiān)控與計(jì)量表計(jì)

3.1 高壓回路或低壓進(jìn)線回路選ACR330ELH儀表

該表為電能質(zhì)量分析儀表，主要功能有：LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計(jì)量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)；THDu，THDi、2-31次各次諧波分量；電壓波峰系數(shù)、電話波形因子、電流K系數(shù)、電壓與電流不平衡度計(jì)算；電網(wǎng)電壓電流正、負(fù)、零序分量（含負(fù)序電流）測量；4DI+3DO（DO3做過壓、欠壓、過流、不平衡報(bào)警）；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T645規(guī)約。外形尺寸：120×120mm，開孔尺寸：108×108mm。適用于高壓重要回路或低壓進(jìn)線柜，見圖1。

3.2 低壓聯(lián)絡(luò)或出線回路選ACR220EL電力儀表

該表主要功能有：LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計(jì)量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)、最大需量統(tǒng)計(jì)；4DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議。外形尺寸：96×96mm，開孔尺寸：88×88mm。適用于低壓聯(lián)絡(luò)柜、出線柜，見圖2。

3.3 動(dòng)力柜、照明箱選ACR120EL電力儀表或?qū)к壥诫姳?nbsp;

ACR120EL電力儀表主要功能有：LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計(jì)量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)、最大需量統(tǒng)計(jì)；2DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議。外形尺寸：開孔尺寸80×80mm，開孔尺寸72×72mm。適用于動(dòng)力柜，見圖3。

DTSD1352導(dǎo)軌式電表主要功能：LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計(jì)量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)、最大需量統(tǒng)計(jì)；電流規(guī)格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸：126×89×74mm，7模數(shù)。適用于動(dòng)力柜，見圖4。

DTSF1352導(dǎo)軌式電表主要功能：電流規(guī)格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸：126×89×74mm，7模數(shù)。適用于照明箱的三相電能計(jì)量，見圖5。

照明箱DDSF1352電表主要功能：電流規(guī)格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸：76×89×74mm，4模數(shù)。適用于照明箱的電流、電壓測量；單相電能計(jì)量，見圖6。

4 　節(jié)能技術(shù)

　　除了通過能源動(dòng)力監(jiān)控與能源信息管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行外，還可以通過各種節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用達(dá)到節(jié)能目的。企業(yè)可以通過節(jié)能技術(shù)改造達(dá)到大幅節(jié)能效果，以下是我公司近期重點(diǎn)研究和推廣的節(jié)能技術(shù)：

●變頻節(jié)能技術(shù)
　　還有許多企業(yè)在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證生產(chǎn)的可靠性，各種生產(chǎn)機(jī)械在設(shè)計(jì)配用動(dòng)力時(shí)，都留有一定的富余量。這時(shí)如果采用變頻調(diào)速技術(shù)，使電機(jī)輸出功率與負(fù)載匹配，就可以達(dá)到節(jié)能目的。
　　特別是水泵、風(fēng)機(jī)類變轉(zhuǎn)矩設(shè)備，電機(jī)功率消耗與轉(zhuǎn)速的3次方成正比，所以通過變頻技術(shù)節(jié)能非常有效。考慮減速后效率下降和調(diào)速裝置的附加損耗，通過實(shí)踐的統(tǒng)計(jì)，風(fēng)機(jī)泵類通過調(diào)速控制可節(jié)能20％～50％，有些風(fēng)機(jī)負(fù)載節(jié)能比例達(dá)60%以上。

●電力系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能技術(shù)
　　Acrel(安科瑞)公司在多年電力自動(dòng)化系統(tǒng)研發(fā)、設(shè)計(jì)和工程實(shí)施的基礎(chǔ)上，推出一系列用于企業(yè)供配電系統(tǒng)的優(yōu)化節(jié)能技術(shù)，目前，我們重點(diǎn)研究推廣的主要節(jié)能技術(shù)如下：
　　○動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償SVC：基于TCR技術(shù)，采用DSP/CPLD/FPGA全數(shù)字化控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)供配電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償、抑制諧波、消除三相不平衡，保證電氣設(shè)備安全運(yùn)行，減少對弱電設(shè)備的干擾，從而達(dá)到優(yōu)化供電質(zhì)量、節(jié)能降耗的目的。
　　○變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行：在傳輸電量相同的條件下，通過擇優(yōu)選取最佳運(yùn)行方式和調(diào)整負(fù)載，使變壓器電能損失最低。我們根據(jù)變壓器運(yùn)行的這一特點(diǎn)，開發(fā)了變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析軟件，能夠?qū)ψ儔浩髌鞯倪\(yùn)行效率進(jìn)行實(shí)時(shí)分析、跟蹤，并可以根據(jù)分析結(jié)果自動(dòng)控制變壓器的投切，使系統(tǒng)盡可能運(yùn)行在高效率狀態(tài)，從而達(dá)到節(jié)約電能、降低能源成本的目的。

●空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能技術(shù)
　　我們認(rèn)為一個(gè)建筑物只有一個(gè)特定的空調(diào)系統(tǒng)能滿足它的要求（最舒適、最節(jié)能），而不是所有類型的空調(diào)系統(tǒng)都能滿足它的要求。在進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)當(dāng)?shù)啬茉唇Y(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)政策、建筑物周邊自然環(huán)境、管理方式和使用者的需求，采用合理節(jié)能技術(shù)手段，才能達(dá)到節(jié)能與節(jié)約能源成本的目的。

目前，我們重點(diǎn)研究推廣的主要節(jié)能技術(shù)如下：
○溫濕度獨(dú)立(控制)技術(shù)；
○新風(fēng)余熱回收及CO2濃度控制技術(shù)；
○復(fù)式水泵應(yīng)用及采暖水泵
○最低單位制冷成本控制
○趨勢化預(yù)測控制
○專家診斷系統(tǒng)

5 　監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)價(jià)

單位：元（RMB）

注：電力儀表和導(dǎo)軌式安裝電表可按上述報(bào)價(jià)的70%優(yōu)惠供應(yīng)。

6 　結(jié)束語

能源日益緊張，節(jié)能降耗是社會發(fā)展的必然選擇，Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)具有通用性好、可靠性高、組態(tài)靈活等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)對各種用電設(shè)備的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)進(jìn)行管理分析，便于維護(hù)人員明確設(shè)備狀況，制定詳細(xì)的設(shè)備維護(hù)計(jì)劃，減少工作人員，提高效率，從而降低整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)營成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]上海安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊.2010.08版.

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