基于组态软件的电能监控系统

发布时间：2024-12-04 16:22

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1. 引言

随着经济的飞速发展，全球能源供应日趋紧张，各种能源费用都呈上升趋势，成为企业成本的重要组成部分，在今后企业的发展和生存中将成为一个决定性因素，因此节能降耗是发展企业的首要任务。其中，电能在所有能源中消耗量较大，只有实现对各用电点电能数据的精确测量，才能找到节电的空间，实现真正意义上的节能。

建立电能计量和用电有效是企业节电的基础。建立完善的企业电能计量才能清楚地了解企业用电情况，分析个用电环节，对有节电空间的环节采取一定节电措施来调节和控制；用电有效是促进用电部门改进用电效率推进节电管理、节电改造，无论从理论和实践来讲，管理是提高企业资源利用率最有效的手段[1]。组态软件是一些数据采集与过程控制的专用软件, 它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境, 使用灵活的组态方式, 为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。

本文介绍了万洲电气股份有限公司的配网智能优化节电系统，它是基于自主研发的组态软件搭建的电能监测系统，实现对配电系统电能数据的全面监控和有效的电能管理，极大地提升企业能耗监控的信息化水平，在水泥行业等工业控制领域有着广泛的应用。

2. 组态软件

2.1 组态及组态软件的概念

“组态”的概念最早来自英文configuration，含义是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到使计算机或软件按照预先设置，自动执行待定任务，满足使用者要求的目的。也就是通过对软件采用非编程的操作方式，进行参数填写、图形连接和文件生成等，使得软件乃至整个系统具有某种指定的功能[2]。

二次开发人员根据具体的系统要求，建立模块（创建对象）然后定义参数（对象属性），最后生成可供运行的应用程序。组态实际上是生成一系列可以直接运行的程序代码，这些程序代码可以在用于组态的计算机上直接运行，也可以下装到其他的计算机上。组态可以分为离线组态和在线组态两种。组态软件的更确切称呼应该是人机界面HMI（Human Machine Interface）/ 监控与数据采集SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）软件。

图1 组态软件的功能示意图

②实时数据显示

图5 实时数据显示

③实时曲线显示：每个数据都可以查看它的实时曲线，该曲线始终显示近五分钟之内的数据变化情况。

图6 实时曲线显示

（5）电量和电费等电能数据的查询、统计、分析和报表

图7 电量与电费分析

上图为月电量与电费的尖、峰、谷、平的电量比例走势分析图，以及电费的趋势分析，根据图形分析结果给用户提出较经济的电费计费方式。

在系统中采集的量主要是：电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、有功电度、无功电度等电能数据。在系统分析模块中可以对历史数据如用电量和电费进行时间段的查询，统计时间段内的电能消耗情况，分析某设备的运行状况并针对存在的问题提出节能改造的建议。同时支持报表的查询、输出和打印功能。

（6）报警功能

当出现报警时，界面中间出现弹出的报警信息对话框，报警信息包括报警类型、报警描述、报警发生的时间、报警的设备和报警的脚本表达式，同时给用户提供对报警的三种处理方式：进入报警、确认报警、不处理。当选择“进入报警”时进入系统的报警记录界面查看详细的报警信息，当选择“确认报警”时对当前报警进行了确认，当选择“不处理”时不对该报警作任何处理。在报警界面中，可以点击报警信息进入该报警对应设备所在的界面。

（7）日志功能

系统记录的日志类别包括：系统信息、设备控制、设备维护、事件顺序记录(SOE)、异常信息。在日志记录的界面中可以对某时间段内的各类型的日志信息进行查看。

1.五、结论

本文介绍了万洲电气股份有限公司的配网智能优化节电系统，系统实时提供配网电压与电流波形、各相负载情况、运行效率、功率因数、电能质量、谐波畸变率以及三相负载不平衡、电网损耗等状况，为企业的管理者提供了实时决策分析、优化配电的可靠依据，提升了企业能耗监控的信息化水平，提高了企业的电能利用率，有效实现节能降耗，带来显著的经济效益和社会效益。

参考文献

[1] 刘美凤,配电网集成监控系统的研制[J],湖南大学,2008.2

[2] 孟庆峰、胡正华等,基于组态软件的大型企业电能监测管理系统的应用,工程应用,2010年11月总第123期

[3] 殷飞、丁维明,组态软件设计中的模式研究,计算机测量与控制,2005.13（3）

[4] 赵维佺、冼钊龙,监控组态软件的研究与应用,工业控制计算机,2006年19卷第10 期

[5] 李文杰,电能管理系统在工业企业供电系统中的应用,电气时代,2007年底9期

2.2 组态软件的特点

组态软件的突出特点是实时多任务。

（1）提供开发环境和运行环境；

（2）采用客户/服务器模式；

（3）软件采用组件方式构成；

（4）采用DDE、OLE、COM/DCOM、Active X技术；

（5）提供ODBC、OPC、API接口；

（6）支持分布式应用；

（7）支持多种系统结构，如单用户、多用户（网络），甚至多层网络结构；

（8）支持Internet应用。

2.3 组态软件的设计

组态软件主要包括系统组态、数据库组态、图形界面组态、报警监视、日志处理、趋势曲线(实时曲线和历史曲线)、报表组态等部分。

3. 电能监测系统的组成

企业电能监测管理系统是指通过在企业安装电能计量装置，采用以太网现场总线的方式实时采集电能数据及重要的电力参数．根据电能的主要用途统计对其进行分项计量并对数据进行相应的统计和分析[3]。该系统从功能上可分为系统管理层、通讯层和设备层。系统结构图如图2所示。

图2 系统结构图

3.1 系统管理层

系统管理层针对电力监控系统的管理人员，是人机交互的直接用户，也是系统的最上层部分。主要由系统软件和必要的硬件设备，如工业级计算机、打印机、UPS 电源等组成[4]。

系统软件具有良好的人机交互界面，对采集的现场各类数据信息计算、分析与处理，并以曲线趋势、数字颜色、声音等方式反映现场的运行状况。系统软件在客户端上运行。

服务器：用于与现场设备通讯，进行数据采集、处理、保存和客户端请求应答。为系统内或外部提供数据接口，进行系统管理、维护和分析工作。

打印机：系统打印或自动打印图形、报表等。

UPS：保证计算机监测系统的正常供电，在整个系统发生供电问题时，保证系统管理层设备的正常运行，提供足够的时间进行数据采集和存储。

3.2 通讯层

通讯层是数据交换的桥梁，负责对现场设备回送的数据信息进行采集、处理和转发，同时向下转达上位机对现场设备的各种控制指令。通讯链路层是串口联网服务器或前端机与电量监测模块、1OkV微机综保装置电能表等设备之间的现场总线网络，以及串1：3联网服务器或前端机与电能监测管理系统计算机之间的以太网通讯。现场总线都具有校验功能，一旦出错，立即将报文自动重发，它们是现场管理层与现场监控层之间的网络．将采集到的数据传送到电能监测管理系统计算机。

3.3 设备层

智能电力监控管理系统的现场设备层包括：变电站发电机房或电气小间的串口联网服务器或前端机；专用电源附属设备监控变、配电设备的各种监控装置、元件或设备，如电量监测模块、RTU等；还有一些变、配电设备上的具有通讯功能的智能化装置，如：1OkV微机综保装置、电能表、变压器温控仪、发电机控制器等，也是现场监控层的一部分[5]。

4. 电能监测系统的应用案例

本文以万洲电气股份有限公司的配网智能优化节电系统为例，介绍电能监测系统的应用案例。配网智能优化节电系统的上位机软件是一套用与快速搭建和生成工业监控系统的组态软件，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际问题的方案，在工业控制领域有着广泛的应用，下面介绍该系统在大型配电系统中的应用案例。系统的功能包括以下几部分：

（1）用户权限

将用户分成系统管理员、工程师、操作工三种级别，不同等级的用户操作权限不同。操作的权限包括：开发系统、退出系统、系统设置的维护、设备的控制。

（2）图形化的系统监控界面

监控界面包括四种类型：系统图、电气连接一次图、网络拓扑图、数据采集。其中，系统图形象地展示系统的总体概貌、设备连接情况，并能反映设备运行的正常/故障/非经济运行状态；电气连接一次图反映的是系统的电气连接情况，采用图形化动态显示开关、断路器等其它类型设备的工作状态；网络拓扑图是根据配电系统的网络分布情况，将系统分成管理层、通讯层、设备层，分别用不同的颜色展示不同的通讯协议类型，反映整个系统的网络连接情况；数据采集是对系统采集到的所有数据进行集中的显示，

图3 网络拓扑图

（1）实时数据的采集和保存

数据服务器负责与下位机进行通讯，根据不同的协议，将收到的数据解析后给每个变量赋值，并按照一定的预设的存储机制保存到数据库中，作为统计和分析的依据。

（2）实时数据的显示、曲线

服务器将更新的变量数据实时地发送给每个客户端，客户端将收到的数据解析后更新内存中的变量值，并将更新的数据在监控界面中显示出来。

①设备的运行状况(正常运行/报警/故障/非经济运行)显示：可通过线路的颜色、背景颜色等实时更新显示，为企业的管理者提供了实时决策分析、优化配电的可靠依据，如图4。

摘要:针对制造业智能制造升级改造过程中，设备电能监控管理的需求，提出一种基于工业互联网理念的设备电能监控系统的架构体系，研究系统的网络架构以及平台架构，进行电能监测，系统功能、系统界面的设计与开发。该系统采用智能电表监测设备的电能参数，通过数据采集平台把电表的 Modbus 协议转换成MOTT协议，并上传到云平台。在某工厂实际场景下，进行系统的安装部署及应用，实现设备电能参数的实时采集、监控与统计分析，实现该工厂的设备、产线、车间用电的*确计量，提高了设备用电统计分析效率，有效地支撑了工厂电能管理、用电优化，提高机器生产效率。该系统具有建设成本低、容易实现、运行可靠利于复制推广的优点，可以基于工业互联网平台积累数据，进一步挖掘分析，构建能耗优化模型，实现工厂电能的智能管理。关键词: 电能监控；工业互联网；电能管理；能源管理；云平台；工业互联网平台0引言在我国的能源消耗中，企业是能源消耗的大户，企业能源消耗量占全国能源消耗总量的70%左右。电能消耗，是企业生产的主要成本，降低用电成本，是生产过程的主要关注点之一。建设一个集中统一的工厂电能监控系统，已成为近年研究的热点。通过获取机器详细用电数据，电能监控系统可实现对生产设备电能的集中采集、监控、计算、分析及处理，以直观的数据和图表向管理人员或者决策层展示设备能耗情况，便于找出高耗能点和不合理的耗能习惯，有利于电能消耗的*确分析与优化，有效节约能源，从而在企业能源平衡、调度与优化、设备运行与能源管理等方面发挥重要作用。近年来工业互联网发展日趋成熟，它融合了先进制造技术以及互联网、云计算、物联网、大数据等信息技术，是一种新型的网络化制造服务模式，是工业互联的信息*枢，是制造业与互联网融合的新型基础设施在智慧工厂建设或企业智能制造升级改造中，工业互联网正逐步应用于设备管理、生产过程控制、供应链管理安环管理!3-61等环节。本文将工业互联网的设计理念应用于设备电能监控系统，研究了基于工业互联网的工厂设备电能监控系统的架构体系，设计与开发了该系统，并在实际工厂中开展应用，实现了工厂设备电能的实时采集监控及处理与分析，有效地支撑了设备电能优化应用，优化生产计划，提高生产效率、机器效能，降低用电成本。1 架构设计1.1 网络架构该系统的网络构架如图1所示，由设备监控网、车间局域网、企业级网络组成。设备监控网主要负责设备层级联网，是指现场总线、工业以太网、Loral/WiFi/5G等设备层级局域网;车间局域网一般是以太网、光纤通信网或5G专网构建的车间级的监控网络；企业生产网是为企业生产与办公设计的以太网或光纤通信网。在*点高耗能设备上安装智能电表，在车间或产线侧部署数据采集终端，采集电表中的电能参数并发送至云端，云平台接收设备电能数据后，进行处理、存储与展示分析。1.2 基于工业互联网的系统平台架构基于工业互联网架构设计理念17-201设计的电能监控系统平台架构如图2所示，分别由边缘层、基础设施层(IaaS)、工业平台层(PaaS)、工业应用层 (SaaS) 及工业安全防护模块组成。边缘层面向工厂设备、传感器接入与数据采集而设计，在能源监控管理系统中，主要负责接入各类能源消耗相关传感器和仪表并采集数据。IaaS层是虚拟化的计算、存储、网络基础设施资源可以通过 OpenStack、VMware 等软件自行搭建，或者选用华为云、阿里云等商业云搭建。PaaS层主要包含中间件、通用PaaS平台、工业建模和数据分析、应用开发、工业微服务库等模块。其中中间件提供电表接入、数据接收、预处理及存储服务通用PaaS平台模块提供基础资源的管理与运维能力;工业建模和数据分析模块提供电能模型、设备建模、工厂建模等的建模与分析能力;应用开发与工业微服务库模块提供平台工具支撑系统的开发、运行与管理。SaaS层为微服务化部署的设备电能监测、产线电能监控、能耗预警、电能统计分析、电能对比分析、能耗优化分析等应用，支撑工厂电能全要素、多维度的监控实现数据驱动的分析改善，助力电能管理优化。2 电能监测2.1 电能监测点工厂中用电消耗关注点主要为高能耗的设备、产线车间，通用辅助设备、设施及工厂等。首先需对工厂全域进行电能监测点的统计。某工厂电能监测点统计示例如表1所示。2.2 智能电表选择工厂设备常用380 V三相电，考虑设备电能监测需要高精度、高质量、安全可靠和经济实惠，且外形紧凑具备通信接口，易于安装的需求，本文选择安科瑞三相电能表ACR230ELH/ACR330ELH进行设备的电能监测它是针对电力系统、工矿企业、公共设施等的电能监控需求而设计的，符合 Class 0.5S/Class 1精度标准，具有三相交流有功功率、无功功率和视在功率测量与显示具有 RS485 通信接口(Modbus RTU协议)，可用于供电质量的综合监控诊断以及电能管理。2.3 电能数据采集首先，通过串口服务器USR-N580-H7 连接智能电表，实现RS485-以太网接口转换，将电表接入设备监控网中。然后，采用工业网关、SCADA或数据采集软件实现电表参数的采集。由于电表的通信协议为 ModbusRTU，其协议栈简单，考虑低成本、自主可控因素，本文利用自行开发数据采集平台，进行设备的电能采集。3 系统设计3.1 系统功能设计电能监控系统的功能框图如图3所示。系统主要实现数据采集与处理、系统建模、数据展示与分析、能耗预警、权限控制等功能.(1) 数据采集与处理。在各用电计量节点及重要耗电设备的配电柜荃癌傲惫斑艾挨卑啊奔耙豹爱豹拆毙滁胺班苞袄奔榜苞堡报内安装智能电表，进行电能参数的监测，利用边缘侧的数据采集平台把电能参数发送到云端，云端中间件接收电能参数数据，进行数据的解析、处理与存储。(2)系统建模。系统建模包括工厂建模和设备建模工厂建模是指根据实施规划，进行工厂的实体建模，配置好工序、车间、工厂、基地、集团等关系，并按照管理要求构建用电成本中心;设备建模是指创建设备类型设备属性、设备配置，并实例化现场设备，包括:智能仪表、车间配电柜、网络设备等。(3) 数据展示与分析。能源图表以所建模型为原型将相关点设备数据及实时电能参数在模型上打点，显示实时采集数据值和电能流向，并以颜色差异提供初步状态提示，能按产线、按区域、按设备类型、按时段展示与分析，查询设备的实时电能参数与状态、历史数据数据曲线，生成分析报表等。(4)能耗预警。设置系统中的报警类型以及报警之后对应的应对措施。当设备发生能耗异常报警，以短信微信、邮件、页面消息等方式通知到对应的责任人。(5) 权限控制。主要是部门、角色、用户、菜单的系统账号及账号的权限管理。3.2 系统界面设计(1)设备电能监控界面系统通过监控界面进行数据展示与分析，设备电能监控界面如图4所示，主要实现设备、产线、车间的电能参数的实时监控与展示。(2)设备电能统计及趋势分析界面以一台 (套)机器的能耗作为分析对象，依据机器的性能及技术参数，结合生产运行数据，对机器的电能数据建模计算分析，以可视化的图表，展示机器的性能及生产运行是否经济、高效，生成计划、维护、维修建议，让机器保持高效运行。设备电能统计及趋势分析界面如图5所示。(3)厂区/车间/产线能耗对比分析界面系统能实现以时间为维度，查询与展示生产和非生产时段的设备、产线、车间的耗能情况以及趋势，能够进行电能数据分析、统计，可以展开厂区、车间、产线能耗同比、环比、量化对比分析。厂区、车间、产线能耗对比分析界面如图6所示。通过统计分析，整体把握工厂能耗情况，并与上一周、月或年的数据做横向对比，可结合产量，将能耗预分配到一个单位的产品耗能上。在此基础上细分，可下分到产线、班组、工位等。以此可分析出企业整体耗能情况，*点耗能区域，做总体量化自身趋势分析。根据不同的方式和算法进行分析处理，挖掘出其中的某种规律并给出节能优化建议，提供给管理人员作为参考决策实现工厂电能的优化管理。4系统实施4.1智能电表安装部署在某工厂现场实际设备的控制柜中安装电流互感器与智能电表。通过安装电流互感器感应回路中电流的大小，智能电表与电流互感器连接，进行回路电流、电压、功率、电耗等电能参数的监测，来获取车间、产线、机器的电能参数。4.2系统配置智能电表配置参数:协议ModbusRTU，波特率9600停止位1位，偶检验;串口服务器USR-N580-H7的配置参数是通信方式设置为双向透明传输，其他参数设置与智能电表相同:参数配置完成后，需要给智能电表串口服务器重新上电，实现重启。4.3系统具体应用某工厂中实际场景下部署的设备电能数据采集平台如图7所示。系统实现了 75台智能电表的电能参数监测与采集，并以MOTT协议把采集到的电能参数上传云端。电能监控系统实际应用中的 WEB 界面(部分截图) 如图8所示。实现设备电能参数的实时采集、监控与统计分析，实现该工厂的设备、产线、车间用电的*确计量。在该工厂的实际应用中，通过设备电能监控系统实现了设备电能数据统计分析效率提高 300%，有效地支撑了工厂电能管理、用电优化。结合设备生产运行数据系统以可视化的图表展示机器的性能及生产运行是否经济、高效，为生产计划、设备维护、维修提供建议，提高机器生产效率。5 安科瑞Acrel-3000WEB电能管理解决方案5.1概述用户端消耗着整个电网80%的电能，用户端智能化用电管理对用户可靠、安全、节约用电有十分重要的意义。构建智能用电服务体系，推广用户端智能仪表、智能用电管理终端等设备用电管理解决方案，实现电网与用户的双向良性互动。用户端急需解决的研究内容主要包括：先进的表计，智能楼宇、智能电器、增值服务、客户用电管理系统、需求侧管理等课题。安科瑞Acrel-3000WEB电能管理解决方案通过对用户端用电情况进行细分和统计，以直观的数据和图表向管理人员或决策层展示各分项用电的使用消耗情况，便于找出高耗能点或不合理的耗能习惯，有效节约电能，为用户进一步节能改造或设备升级提供准确的数据支撑。5.2应用场所（1）办公建筑（商务办公、大型公共建筑等）；（2）商业建筑（商场、金融机构建筑等）；（3）旅游建筑（宾馆饭店、娱乐场所等）；（4）科教文卫建筑（文化、教育、科研、医疗卫生、体育建筑等）；（5）通信建筑（邮电、通信、广播、电视、数据中心等）；（6）交通运输建筑（机场、车站、码头建筑等）。5.3系统结构5.4系统功能1）实时监测系统人机界面友好，以配电一次图的形式直观显示配电线路的运行状态，实时监测各回路电压、电流、功率、功率因数、电能等电参数信息，动态监视各配电回路断路器、隔离开关、地刀等合、分状态，以及有关故障、告警等信号。2）电能统计报表系统以丰富的报表支撑计量体系的完整性。系统具备定时抄表汇总统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况，即该节点进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表。该功能使得用电可视透明，并在用电误差偏大时可分析追溯，维护计量体系的正确性。3）详细电参量查询在配电一次图中，当鼠标移动到每个回路附近时，鼠标指针变为手形，鼠标单击可查看该回路详细电参量，包括三相电流、三相电压、三相总有功功率、总无功功率、总功率因数、正向有功电能，并可以查看24小时相电流趋势曲线及24小时电压趋势曲线。4）运行报表系统具有实时电力参数和历史电力参数的存储和管理功能，所有实时采集的数据、顺序事件记录等均可保存到数据库，在查询界面中能够自定义需要查询的参数、指定时间或选择查询更新的记录数据等，并通过报表方式显示出来。用户可以根据需要定制运行日报、月报，支持导出Excel格式文件，还可以根据用户要求导出PDF格式文件。5）变压器运行监视系统对配电系统总进线、主变压器、重要负荷出线的运行状态进行在线实时监视，用曲线显示电流、变压器运行温度、有功需量、有功功率、视在功率、变压器负荷率等运行趋势，分析变压器负荷率及损耗，方便运行维护人员及时掌握运行水平和用电需求，确保供电安全可靠。6）实时报警系统具有实时报警功能，系统能够对配电回路断路器、隔离开关、接地刀分、合动作等遥信变位，保护动作、事故跳闸，以及电压、电流、功率、功率因数越限等事件进行实时监测，并根据事件等级发出告警。系统报警时自动弹出实时报警窗口，并发出声音或语音提醒。7）历史事件查询系统能够对遥信变位，保护动作、事故跳闸，以及电压、电流、功率、功率因数越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。8）电能质量监测系统可以对整个配电系统范围内的电能质量进行持续性的监测，运行维护人员可以通过谐波分析棒图、报表掌握进线、变压器、重要回路的电压、电流谐波畸变率、谐波含量、电压不平衡度等，及时采取相应的措施，降低谐波损耗，减少因谐波造成的异常和事故(该功能需要选配带谐波监测功能的电力仪表，不需要可删除。9）遥控操作系统支持对断路器、隔离开关、接地刀等进行分、合遥控操作。系统具有严格的密码保护和操作权限管理功能，对于每次遥控操作，系统自动生成操作记录，记录内容包含操作人、操作时间、操作类型等。实现该功能需要断路器本身具有电操机构及保护保测控装置具备遥控功能等硬件设备的支持。10）用户权限管理系统为保障系统安全稳定运行，设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如配电回路名称修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。11）通讯状态图系统支持实时监视接入系统的各设备的通讯状态，能够完整的显示整个系统网络结构；可在线诊断设备通讯状态，发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。从而方便运行维护人员实时掌握现场各设备的通讯状态，及时维护出现异常的设备，保证系统的稳定运行。12）视频监控视频监控展示了当前实时画面（视频直播），选中某一个变配电站，即可查看该变配电站内视频信息。13）用户报告用户报告页面主要用于对选定的变配电站自动汇总一个月的运行数据，对变压器负荷、配电回路用电量、功率因数、报警事件等进行统计分析。14）APP支持电力运维手机支持“监控系统”、“设备档案”、“待办事项”、“巡检记录”和“缺陷记录”五大模块，支持一次图、需量、用电量、视频、曲线、温湿度、同比、环比、电能质量、各种事件报警查询，设备档案查询、待办事件处理、巡检记录查询等。5.5系统硬件配置清单应用场合型号图片功能电能管理软件Acrel-3000WEBAcrel-3000WEB电能管理软件全方监视用户配电系统的运行状态和电量数据，为用户提供更好的运维服务。平台提供用户概况、电力数据监测、电能质量分析、用电分析、日/月/年用能数据报表、异常事件报警和记录、运行环境监测等功能，并支持多平台、多终端数据访问。智能网关Anet-2E8S18路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP.DL/T645-1997、DL/1645-2007、CJT188-2004、OPC UA等协议的数据接入，ModbusT-c(主、从）、104（主、从）、建筑能耗、SNMP、MQTT等协议上传，支持不同协议向多平台转发数据;输入电源:AC/DC 22ov，导轨式安装。ANet-2E4SM4路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA、ModbusTCP（主、从）、104(主、从）、建筑能耗、SNMP、MOTT;（主模块）输入电源:DC 12 V ~36 V .支持4G扩展模块，485扩展模块。ANet-485M485模块:4路光耦隔离RS485ANet-M4GM4G模块:支持4G全网通35kV/10kV/6kV微机保护装置AM6系列35kV及以下配电系统线路、主变、配电变压器、电动机、电容器、PT监测/PT并列、母联/备自投等保护。35kV/10kV/6kV弧光保护ARB5-M主控单元，可接20路弧光信号或4个扩展单元，弧光保护〈8组）、失灵保护(4组）、TA断线监测（4组）、非电量保护、装置故障告警ARB5-E扩展单元，可以插接6块扩展插件，每个扩展插件可以采集5路弧光信号ARB5-S弧光探头，建议安装地点包括（但不限于）断路器室、电缆室、母线室，可面板开孔安装，亦可支架式安装。弧光探头的检测范围是一个角度为180°，半径0.5m的扇形区域。35kV/10kV/6kV进线柜电能质量在线监测APView500装置1024点波形采样，集谐波分析、波形采样、电压暂降/暂升/中断、闪变监测、电压不平衡度监测、事件记录、测量控制等功能为一体，能够满足110kV及以下供电系统电能质量监测的要求。35kV/10kV/6kV间隔智能操控、节点测温ASD500液晶屏显示一次回路动态模拟图、弹簧储能指示、高压带电显示及闭锁、验电、核相、3路温湿度控制及显示、远方/就地、分合闸、储能旋钮、预分预合闪光指示、分合闸完好指示、分合闸回路电压测量、人体感应、柜内照明控制、1路以太网、2路RS485、1路USB接口、GPS对时、高压内电气接点无线测温、全电参量测温、脉冲输出、4~20mA输出35kV/10kV/6kV传感器ATE400合金片固定，CT感应取电，启动电流大于5A，测温范围-50-125℃，测量精度±1℃;传输距离空旷150米35kV/10kV/6kV间隔电参量测量APM830三相(I、u、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cos），零序电流In，四象限电能，实时及需量，电流、电压不平衡度，66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录，2-63次谐波，2DI+2DO,RS485/Modbus，LCD显示高压重要回路或低压进线柜APM810三相(I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、coso)，零序电流In，四象限电能，实时及需量，电流、电压不平衡度，负载电流柱状图显示，66种报警类型及外部事件（SOE)各16条事件记录，支持SD卡扩展记录，2-63次谐波，2DI+2DO,RS485/Modbus，LCD显示AEM96三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，总正反向有功电能统计，正反向无功电能统计;2-31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率)﹔电流规格3×1.5(6)A，有功电能精度0.5S级,无功电能精度2级ADW300/4G三相电压、电流、功率、功率因数、频率测量;电压电流相角、电压电流不平衡度测量;电压电流2-31次分次谐波及总畸变测量当月及上三月的电压、电流、功率;需量及上十二月历史需量记录;事件记录、复费率、四象限电能及历史电能记录;支持4路开关量输入、2路开关量输出;支持4路测温;支持1路剩余电流测量;支持本地显示及按键设置;有功电能精度1级。通讯方式:支持RS485通讯、Lora无线通讯、4G通讯;WIFI通讯0.4kV出线AEM72三相电参量U、I、P、0、s、PF、F测量，总正反向有功电能统计，正反向无功电能统计;2-31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）﹔电流规格3×1.5(6)A，有功电能精度0.5S级.无功电能精度2级DTSD1352三相电参量u、I、P、Q、s、PF、F测量，分相正向有功电能统计，总正反向有功电能统计，总正反向无功电能统计﹔红外通讯;电流规格:经互感器接入3×1(6)A.直接接入3×10(8o)A，有功电能精度0.5S级，无功电能精度2级。ACR120ELLCD显示、全电参量测量(U、1、P、Q、PF、F);四象限电能计量;RS485/Modbus;可选复费率电能统计、需量统计;4DI+2DO;RS485通讯接口、Modbus 协议照明箱DDSD1352单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，正反向电能计量;红外及RS485通讯;电流规格:10(60）A，有功电能精度1级，无功精度2级;可选配复费率DDS1352单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，正反向电能计量;RS485通讯;电流规格:10(60)A，有功电能精度1级，无功精度2级;尺寸:1P电流互感器AKH-0.66/K型开口式电流互感器6 结束语本文研究了一种基于工业互联网平台架构体系的设备电能监控系统，进行了系统功能、架构、电能监测以及用户交互界面的设计与开发，并在实际工厂中落地应用，实现了工厂设备电能的实时采集、电能监控、设备用电统计分析，以及厂区、车间、产线的多维度能耗对比分析，有效地支撑了设备电能优化应用，优化生产计划，提高生产效率、机器效能，降低用电成本。该系统具有建设成本低、容易实现、运行可靠、利于复制推厂的优点。利用工业互联网平台，可以积累数据，进一步挖掘分析，构建能耗优化模型，实现工厂电能的智能管理。未来系统进一步扩展，可建成工厂的水、电、汽、热等全要素能源智慧管理系统。参考文献：[1]浦汉军，王宇华，江开放，等.基于工业互联网的设备电能监控系统[J] .机电工程技术，2023,52(10): 166-169[2]张利平,王航,张瑾,等.能源管理系统在离散型制造业园区项目中的设计与应用[J].工业仪表与自动化装置,2019(6):70-73[3]祁兵,翟天一,李彬,等.基于工业互联网云平台的智能用电互动模式研究[J].电测与仪表,2019,56(19):46-52[4]安科瑞企业微电网设计与应用手册 2023.07版

入网时间：2024-04-22

摘要随着全球对清洁能源的需求不断增长，分布式光伏发电逐渐成为电力系统的重要组成部分。本文深入探讨了分布式光伏规模化并网过程中面临的主要技术挑战，包括信息集成、逆变器控制、功率平衡、调度优化等核心技术，并结合磊蒙智能装备有限公司的实际项目，展示了光伏并网技术的实际应用效果。通过对这些技术的详细分析，本文旨在为未来分布式光伏规模化并网技术的发展提供理论基础和技术支持。关键词：分布式光伏；规模化并网；信息集成；逆变器控制；调度优化；功率平衡1、引言光伏发电作为最具潜力的可再生能源之一，近年来得到了广泛的应用。分布式光伏发电由于其安装灵活、运行成本低、环境影响小等优势，已经成为许多国家电力供应体系的重要组成部分。然而，随着光伏发电规模的快速扩展，传统电网正面临巨大的挑战，包括电网稳定性、调度灵活性以及电能质量等方面的问题。分布式光伏系统的并网运行在技术和管理上具有高度复杂性，尤其在大规模并网时，不仅要求光伏发电系统能够应对发电的间歇性和波动性，还要保证整个电网的稳定性和安全性。因此，深入探讨分布式光伏发电规模化并网的关键技术以及面临的挑战，对实现光伏发电在未来电力系统中的广泛应用具有重要意义。2、分布式光伏发电的现状近年来，分布式光伏发电系统在全球范围内得到了广泛应用。根据国际能源署的数据显示，光伏发电在全球的新增装机容量中占据了相当大的比例。尤其是在中国，分布式光伏的应用呈现爆发式增长。到2022年年底，中国的分布式光伏累计装机容量已达157.62GW，其中，分布式光伏电站的接入电压等级覆盖了从220V到35kV不等的范围。在政策支持和市场激励下，我国分布式光伏发展伴随微电网、聚合商、虚拟电厂、多能源系统、综合能源服务等新理念、新技术呈多元化发展态势，如下表所示，这些模式的共同特点是将并网电压等级较低且偏向用户侧的分布式资源进行有效整合并参与系统运行和用户交易。分布式光伏规模化并网将进一步推动上述运行模式应用与发展，新的运行模式也将不断涌现，对电网的智能管控水平和接纳能力提出更为迫切的要求。1. 规模化并网趋势：分布式光伏已逐步由过去的分散式并网转向规模化并网模式。这一转变在政策和市场的推动下加速，典型的应用包括整县光伏开发和“光伏+”综合利用模式。2021年，分布式光伏新增容量首次超过集中式光伏，且分布式光伏的装机容量占比持续增加，尤其在中低压配电网中占据主要比例。2. 并网方式与运行模式多样化：分布式光伏的并网方式包括集中式、分散式和规模化并网三种模式。在规模化并网中，光伏的接入位置通常为用户侧，接入电压等级较低，具备较强的本地消纳特性。与此同时，分布式光伏的运行模式也逐渐多样化，包括微电网、虚拟电厂、综合能源服务等创新形式。3.关键技术挑战系统安全特性影响：随着高比例分布式光伏接入，传统电力系统的安全特性面临挑战，转动惯量和调频、调压能力下降，系统安全稳定性降低。负荷波动：分布式光伏的发电波动性和随机性增加了系统的负荷管理难度，尤其在午间低谷时段和晚间高峰时段，容易出现电网不平衡现象。电压调节与有源配电网：分布式光伏的规模化并网使得配电网逐渐转变为网格化、有源化的结构，电压调节和功率控制变得更加复杂。4.技术改进需求：为了应对分布式光伏的规模化并网带来的挑战，电网调度和控制技术亟需升级。通过信息集成、监测预测、平衡调度、聚合控制等技术的引入，系统调度运行可以更灵活、高效。5. 国外经验借鉴：一些国家已经积累了分布式光伏并网的先进经验。例如德国通过大力发展虚拟电厂和光伏储能技术，增强了电网的调控灵活性。澳大利亚则通过标准化的调控体系和虚拟电厂，成功应对了分布式光伏带来的电压波动和电网不稳定问题。3、分布式光伏并网的关键技术3.1 信息集成与实时监控在分布式光伏系统的大规模并网过程中，实时信息的采集与传输是电网稳定运行的基础。信息集成系统的主要任务是将光伏发电系统的各类运行数据整合到电网调度中心，以便实现实时监控和调度优化。信息集成通常包括以下几个层次：现场设备层：通过智能传感器、智能电表等设备，采集光伏系统的电压、电流、功率等数据。通信层：通过光纤、无线网络或其他通信方式，将现场采集的数据传输至控制中心。控制层：在电网调度中心，通过数据集成平台，对光伏系统进行监控和调度，确保电力系统的安全稳定运行。磊蒙智能装备有限公司的光伏项目采用了基于Modbus485通信协议和IEC60303-3-103标准的数据传输技术，实现了从现场设备到监控中心的高速数据传输和信息共享。这种系统架构的优势在于，能够实时监控光伏发电系统的运行状态，并根据电网负荷需求快速调整光伏系统的输出，确保电网稳定性。3.2 逆变器控制技术逆变器是分布式光伏系统的核心组件，其主要功能是将光伏组件产生的直流电转换为交流电，并确保电流、电压和频率与电网要求相匹配。逆变器不仅承担着电能转换的任务，还需要具备电流、电压的控制以及并网保护等功能。逆变器控制技术的核心在于最大功率点追踪（MPPT），它能够确保光伏组件在不同光照条件下，始终输出最大功率。此外，逆变器还需要具备无功补偿功能，以帮助电网维持电压稳定。在高比例分布式光伏接入的情况下，逆变器的响应速度和控制精度至关重要。3.3 功率平衡与调度由于光伏发电的波动性和不确定性，如何保证发电与负荷之间的实时平衡成为电网运行的核心问题。传统的电力系统依赖于集中式发电机组的功率调度，能够通过灵活调度电厂来应对负荷的波动。然而，分布式光伏发电的接入使得这种调度模式变得更加复杂。一方面，分布式光伏发电系统的发电量高度依赖于气象条件，如光照强度、云层覆盖等，具有很强的随机性。另外，由于光伏发电的输出功率波动较大，电网在面对高比例光伏发电时，必须依赖更精确的预测和更灵活的调度机制。功率平衡与调度的技术关键在于如何通过实时监控和预测算法，对光伏发电量和负荷进行精准的预测和动态调度。磊蒙智能装备有限公司的光伏并网项目中，采用了基于大数据分析的实时调度系统，能够根据电网负荷的变化，动态调整光伏系统的发电量，确保电力系统的功率平衡。3.4 系统优化与负荷管理系统优化是分布式光伏规模化并网的另一个关键技术环节。为了提高电力系统的运行效率，减少电能浪费，系统优化技术需要对光伏发电系统和用户负荷进行全方位的管理和优化。系统优化的核心目标是通过智能化手段，实时调整光伏发电系统的运行状态，优化电力的分配和使用。在分布式光伏系统中，负荷管理是实现系统优化的关键之一。通过智能负荷管理系统，电网能够根据电力供需情况，动态调整用户的用电负荷，减少电网压力，提升电力系统的稳定性和经济性。4、应用案例：磊蒙智能装备有限公司光伏并网项目磊蒙智能装备有限公司作为国内智能制造领域的领先企业，近年来积极推动绿色能源的应用。为降低用电成本并减少对传统能源的依赖，磊蒙公司在厂区的屋顶安装了总容量为5.98MW的光伏发电系统，并通过的安科瑞Acrel-1000DP光伏监控系统对整个光伏发电系统进行智能化管理和实时监控。该项目通过采用全额上网模式，将光伏发电量全部并入电网，从而实现能源的高效利用，并为当地电网提供了额外的清洁电力支持。4.1 项目背景磊蒙智能装备有限公司光伏并网项目的实施背景是为了响应国家清洁能源战略，减少碳排放并降低用电成本。通过在厂区屋顶安装光伏发电系统，公司能够有效利用自然资源，同时实现能源自给和成本控制。该项目设计的目标不仅是满足公司内部的用电需求，还包括将多余的电力输送至公共电网，为区域能源结构优化做出贡献。4.2 项目概述该项目采用“全额上网"模式，利用原有的电源点作为光伏高压并网点并入电网端，并网点设置集电线路柜，站用变柜，SVG柜，PT柜，计量柜，并网出线柜。新增的光伏系统配置自动化系统，实时采集并网信息，信息上传至当地调控中心DMS系统。光伏发电逆变器电源电压，经室内升压变升压至10kV后,通过高压电缆接入新增的10kV光伏高压柜,并入原10kV市电高压柜。光伏电站一次系统图本项目modbus485和IEC60303-3-103相结合的方式对数据进行采集传输。现场设备层的四套并网逆变器、汇流箱、箱变测控装置分别利用modbus485将数据传输到光伏发电单监控装置，通过光纤将数据传输到网络通讯层的纵向加密装置，放置在二次舱的网络通信柜中的通讯管理机、公用测控及电能质量柜中的测控装置、电能质量装置、频率电压紧急控制柜的频率电压紧急控制装置利用网线连接到交换机，10kv就地分散保护装置主要布置在一次舱利用装置自身携带的网口全部连接到间隔层以太网交换机，再由以太网交换机传输到站控层交换机，由此完成数据从间隔层到站控层的传输。以下是该项目的一些关键技术亮点：1.数据采集与传输：项目采用了基于Modbus485通信协议的多层次数据采集系统，通过智能传感器和智能电表对光伏发电的电压、电流、功率等数据进行实时采集，并通过光纤传输至Acrel光伏监控系统。这种数据采集和传输方案确保了数据传输的高效性和可靠性，能够为电网调度提供实时信息。2.远程监控与控制：Acrel光伏监控系统通过可视化界面为用户提供了远程监控和控制功能。用户可以在监控中心对光伏系统进行全程监控，实时查看发电量、负荷情况、设备运行状态等信息。同时，系统支持远程操作，如启停逆变器、调整功率输出等，确保系统能够灵活应对不同的负荷需求。3.智能化报警与保护：该项目设计了多重保护机制，以确保系统的安全稳定运行。当系统出现异常，如电压过高、过低或电流过载时，系统会自动触发报警机制，并通过监控平台向操作人员发出警告。同时，系统还能够自动切断光伏并网，防止故障对电网造成影响。4.兼容性与扩展性：Acrel光伏监控系统具备高度的兼容性，能够支持多种品牌的逆变器、传感器和监控设备。这种设计为系统后续的扩展和升级提供了便利，使用户能够根据未来的需求灵活扩展系统容量或增加新的功能。配置五防工作站保证操作人员的人身的安全。防止在操作时电气误操作确保变电站的安全运行。包括防止误分、合断路器防止带负荷分、合隔离开关等确保了操作的安全性。项目还配备了光功率预测服务器，在数据的传输中加入防火墙确保数据的安全。5.项目对时：本项目采用GPS与北斗两种卫星进行对时，保证了项目设备对时的准确性。对时装置分别利用以太网连接入站控层交换机，从而完成对站控层监控室装置与远动上传装置的对时，利用IRIG-B通过接线的方式对一次舱二次舱的保护装置进行对时，保证设备时间的一致。6.操作员兼五防工作站：配备了一套变电站综合自动化系统软件（Acrel-1000DP光伏监控系统）在windows操作系统的环境下实现了对现场保护设备和仪表设备的数据监视与管理，可以实时监测分布式光伏发电系统的电压、电流、功率等参数，可以通过网络将数据传输到监控中心。监控系统网络结构图4.3 配置清单4.4 现场应用图5、系统功能5.1V电能质量监视在电能质量监控图中，可以直接查看电能质量装置的运行状态、电流电压总有效值、电压波动、电压总畸变、正反向有功电能、有功、无功功率等电能质量信息。可以根据这些信息监测现场电能的质量，及时的做出应对方案。电能质量监视界面图5.2 网络拓扑图系统支持实时监视接入系统的各设备的通信状态，能够完整的显示整个系统网络结构；可在线诊断设备通信状态，发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。站内设备系统网络拓扑图5.3曲线查询在曲线查询界面可以直接查看各电参量曲线，包括三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因数等曲线。曲线查询界面图6、未来展望与挑战分布式光伏发电在全球能源结构中的重要性将持续增长，特别是在实现“碳达峰”和“碳中和”目标的背景下，光伏发电技术必将发挥更为关键的作用。尽管分布式光伏系统在降低碳排放、提高能源效率等方面具有巨大潜力，但其大规模应用依然面临诸多挑战。首先，光伏发电的间歇性和波动性问题依然突出。随着更多分布式光伏系统的接入，电网必须处理大量的不确定性，这给电网调度和稳定性带来了新的技术挑战。其次，现有的电网基础设施在应对高比例光伏发电时可能存在限制，特别是在低电压配电网中，频繁的电压波动和电能质量问题需要通过进一步优化系统设计和调度算法来解决。在技术层面，随着物联网、5G、人工智能等技术的快速发展，分布式光伏系统的管理和控制将变得更加智能和高效。未来，更多的电网调度将依赖于大数据分析和人工智能技术，实现更为精准的发电量预测和负荷管理。此外，虚拟电厂和微电网的应用也将进一步推动分布式光伏系统的灵活性和可靠性。7、结论分布式光伏发电系统的规模化并网是实现清洁能源目标的重要手段之一。然而，随着光伏发电规模的扩大，电网面临的技术挑战也越来越多，包括电网稳定性、功率平衡、信息集成和系统优化等方面的难题。本文详细分析了分布式光伏并网的关键技术，并结合磊蒙智能装备有限公司的实际项目，展示了这些技术的应用效果。通过该案例可以看出，先进的逆变器控制、信息集成和智能调度系统对保证分布式光伏发电系统的高效运行起到了关键作用。未来，随着技术的不断发展，分布式光伏系统将在全球能源转型中发挥更加重要的作用。电力系统应不断优化调度和控制技术，以应对高比例光伏发电带来的新挑战，并实现更为安全、高效和稳定的电力供应。

入网时间：2024-10-08

摘要：随着全球对可再生能源的需求不断增长，太阳能作为一种清洁、可持续的能源技术，得到了越来越广泛的应用。本项目通过在屋顶安装光伏组件，将太阳能转化为电能，然后通过逆变器将直流电转换为交流电，最终将电能全部并入电网，构建了一个总容量为5.98WM的分布式光伏10kV并网系统，以实现太阳能的有效利用和并网发电。该项目采用全额上网的方式，分布式光伏发电具有环保、节能、可再生等优点，能够有效地减少二氧化碳等温室气体的排放，同时还能够为用户带来一定的经济效益。关键词：分布式光伏；全额上网；节能、环保;1. 概述太阳能可利用量巨大，据估算一年内到达地球表面的太阳能总量折合标准煤共约1.892*1013千亿吨，是目前世界已探明主要能源的一万倍[1]。大力开发太阳能、风能等新能源和可再生能源利用技术将成为减少环境污染的重要措施[2]。分布式光伏发电特指采用光伏组件，将太阳能直接转换为电能的分布式发电系统。[3]分布式光伏运行方式分为全额上网、自发自用、自发自用余电上网三种运行方式，本项目采用全额上网的运行方式，此运行方式将所发电量全部用于上网。本项目采用高效光伏组件，总容量为5.98WM，本项目电量结算原则为：全额上网。项目计划2024年3月底建成投产。选用Acrel光伏二次设计方案，利用光伏监控系统具备智能监控、保护装置具有稳定可靠等特点。配置适配的逆变器，将光伏组件产生的直流电转换为交流电，以满足并网要求。本项目的实施将为当地提供清洁、可再生的电力能源，有助于减少对传统能源的依赖，降低碳排放。2. 系统结构本项目modbus485和IEC60303-3-103相结合的方式对数据进行采集传输。现场设备层的四套并网逆变器、汇流箱、箱变测控装置分别利用modbus485将数据传输到光伏发电单监控装置，通过光纤将数据传输到网络通讯层的纵向加密装置进行是数据的传输，放置在二次舱的网络通信柜中的通讯管理机、公用测控及电能质量柜中的测控装置、电能质量装置、频率电压紧急控制柜的频率电压紧急控制装置利用网线连接到交换机，10kv就地分散保护装置主要布置在一次舱利用装置自身携带的网口全部连接到间隔层以太网交换机，再由以太网交换机传输到站控层交换机由此完成数据从间隔层到站控层的传输。项目对时：本项目采用GPS与北斗两种卫星进行对时，保证了项目设备对时的准确性。对时装置分别利用以太网连接入站控层交换机从而完成对站控层监控室装置与远动上传装置的对时，利用IRIG-B通过接线的方式对一次舱二次舱的保护装置进行对时，保证设备时间的一致。操作员兼五防工作站：配备了一套变电站综合自动化系统软件（Acrel-1000DP光伏监控系统）在windows操作系统的环境下实现了对现场保护设备和仪表设备的数据监视与管理，可以实时监测分布式光伏发电系统的电压、电流、功率等参数，可以通过网络将数据传输到监控中心。远程控制：可以通过监控中心对分布式光伏发电系统进行远程控制，如逆变器开关机、调节功率等。数据分析：可以对监测到的数据进行分析，如发电量、能耗等，为用户提供决策支持。报警功能：可以设置报警阈值，当系统出现异常情况时，会及时发出报警信号，提醒用户进行处理。兼容性强：可以与多种品牌的逆变器和数据采集器兼容，方便用户进行系统集成等特点配置五防工作站保证操作人员的人身的安全防止在操作时电气误操作确保变电站的安全运行。包括防止误分、合断路器防止带负荷分、合隔离开关等确保了操作的安全性。项目还配备了光功率预测服务器，在数据的传输中加入防火墙确保数据的安全。图1 监控系统网络结构图3. 项目概况该项目采用“全额上网"模式，利用原有的电源点作为光伏高压并网点并入电网端，并网点设置集电线路柜，站用变柜，SVG柜，PT柜，计量柜，并网出线柜。新增的光伏系统配置自动化系统，实时采集并网信息，信息上传至当地调控中心DMS系统。光伏发电逆变器电源电压，经室内升压变升压至10kV后,通过高压电缆接入新增的10kV光伏高压柜,并入原10kV市电高压柜。图2 光伏电站一次系统图3.1. 客户需求3.1.1. 继电保护及安全自动装置需求继电保护及安全自动装置是电力系统中的重要组成部分，其主要作用是保护电力设备和电力系统的安全稳定运行。需要满足以下要求：1.可靠性：继电保护及安全自动装置应具有高度的可靠性，能够在电力系统出现故障时及时、准确地动作，以保护电力设备和电力系统的安全。2.选择性：继电保护及安全自动装置应具有选择性，能够准确地判断故障点，并仅对故障点附近的电力设备进行保护，避免不必要的停电范围。3.灵敏性：继电保护及安全自动装置应具有灵敏性，能够在电力系统出现故障时及时动作，以保护电力设备和电力系统的安全。4.速动性：继电保护及安全自动装置应具有速动性，能够在电力系统出现故障时快速动作，以缩短故障时间，减少故障损失。5.适应性：继电保护及安全自动装置应具有适应性，能够适应不同的电力系统运行方式和故障类型，以保证其在各种情况下的可靠性和有效性。6.可维护性：继电保护及安全自动装置应具有可维护性，能够方便地进行维护和检修，以保证其长期稳定运行。3.1.2. 电能质量在线监测需求光伏项目电能质量在线监测的需求包括实时监测、数据分析和报警、数据存储和查询、远程监测和控制、兼容性和扩展性以及安全性和可靠性等方面。以下是光伏项目电能质量在线监测的需求：1.实时监测：需要实时监测光伏项目的电能质量，包括电压、电流、频率、功率因数等参数，以及电能质量指标如谐波、闪变、电压暂降等。2.数据分析和报警：需要对监测到的数据进行分析和处理，及时发现电能质量问题，并发出报警信号，以便及时采取措施解决问题。3.数据存储和查询：需要对监测到的数据进行存储和管理，以便后续查询和分析。4.远程监测和控制：需要支持远程监测和控制，方便管理人员随时随地了解光伏项目的电能质量情况，并进行远程控制和调整。5.兼容性和扩展性：需要具备良好的兼容性和扩展性，能够适应不同类型和规模的光伏项目，并能够与其他监测系统进行集成和联动。6.安全性和可靠性：需要具备良好的安全性和可靠性，保证监测数据的准确性和完整性，防止数据泄露和丢失。3.2. 技术方案3.3.1继电保护及安全自动装置解决方案针对继电保护及安全自动装置的需求，我司使用以下保护设备以满足电力安全的需求。1.线路保护测控装置：光伏电站线路发生短路故障时，线路保护能快速动作，瞬时跳开相应并网点断路器，满足全线故障时快速可靠切除故障的要求。2.电容器保护装置：在高压配电室10kVSVG柜，装设1套电容器保护装置，实现欠电压，过电压，零序电压，不平衡电压保护，异常紧急控制功能，跳开电容器断路器。3.频率电压紧急控制装置：实现变电站低周低压减载控制,具有测量两段母线或两条联络线的电压、频率，作为判别依据。4.公共测控装置：适用于中压配电系统的进线、大容量主变压器出线回路，实现电参量遥测、开关状态与告警信号遥信功能。5.防孤岛保护装置:针对电网失压后分布式电源可能继续运行、且向电网线路送电的情况提出。孤岛运行一方面危及电网线路维护人员和用户的生命安全，干扰电网的正常合闸；另一方面孤岛运行电网中的电压和频率不受控制，将对配电设备和用户设备造成损坏。防孤岛装置应具备线路故障时，确保电源能及时断开与电网连接，确保重合闸能正确动作。6.光伏电站本体应具备故障和异常工作状态报警和保护的功能。7.光伏电站应支持调度机构开展"四遥"(遥测、遥信、遥控、遥调)应用功能。8.恢复并网：当光伏发电系统因电网扰动脱网后，在电网电压和频率恢复到正常运行范围之前，光伏发电系统不允许并网；在电网电压和频率恢复正常后，通过10kV电压等级并网的分布式电源恢复并网应经过电网调度机构的允许。9.系统继电保护应使用专用的电流互感器和电压互感器的二次绕组，电流互感器准确级宜采用5P、10P级，电压互感器准确级宜采用0.5、3P级。10.光伏电站内需配置直流电源屏(带蓄电池)和UPS电源，供新配置的保护装置、测控装置、电能质量在线监测装置等设备使用。3.3.2电能质量在线监测解决方案对于电能质量在线监测的需求，使用我司APView500电能质量在线监测装置。APView500电能质量在线监测装置采用了高性能多平台和嵌入式操作系统，遵照IEC61000-4-30《测试和测量技术-电能质量测量方法》中归定的各电能质量指标的测量方法进行测量，集谐波分析、波形采样、电压暂降/暂升/中断、闪变监测、电压不平衡度监测、事件记录、测量控制等功能为一体。装置在电能质量指标参数测量方法的标准化和指标参数的测量精度以及时钟同步、事件标记功能等各个方面均达到IEC61000-4-30 标准，能够满足110KV及以下供电系统电能质量监测的要求。装置采用基于Xilinx SoC构架的双ARM内核处理器，ARM1运行嵌入式Linux、TCP/IP协议、Http协议、Web服务器、电能质量数据的存储、统计、分析，ARM2用来数据采样、电能质量数据计算。装置每周波采样高达1024点，具备高测量精度能准确记录故障波形。采用eMMC进口高速存储芯片容量达到32GB，可以长期存储事件记录与故障波形等数据。具备友好的人机界面，800*480像素点阵彩色大尺寸液晶可就地查看实时波形与故障波形，方便用户故障分析。装置具有丰富的接口资源，具有四路交流电压，四路交流电流，十六路可编程无源继电器出口，二十二路有缘开关量输入，两路支持Modbus485的通讯接口，具有三个支持IEC60303-3-103以及IEC61850MMS的以太网接口，支持IRIG-B方式对时，具有专属的以太网调试接口，以及USB调试接口。3.3 配置清单1.1. 现场应用图图3 光伏电站屏柜布置图图4 安全自动装置屏柜布置图图5 光伏电站监控主机台布置图2. 系统功能2.1. 电能质量监视在电能质量监控图中，可以直接查看电能质量装置的运行状态、电流电压总有效值、电压波动、电压总畸变、正反向有功电能、有功、无功功率等电能质量信息。可以根据这些信息监测现场电能的质量，及时的做出应对方案。图6 电能质量监视界面图2.2. 网络拓扑图系统支持实时监视接入系统的各设备的通信状态，能够完整的显示整个系统网络结构；可在线诊断设备通信状态，发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。图7 站内设备系统网络拓扑图2.3. 曲线查询在曲线查询界面可以直接查看各电参量曲线，包括三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因数等曲线。图8 曲线查询界面图3. 结语分布式光伏全额上网项目是推动可再生能源发展的重要举措，通过充分利用太阳能资源，为社会提供清洁、可持续的电力供应。光伏发电是全球能源科技和产业的重要发展方向，是具有巨大发展潜力的朝阳产业[4]。该项目的实施可以有效地推动可再生能源的发展，减少对传统能源的依赖，降低能源消耗和环境污染。通过分布式光伏的应用，我们成功实现了太阳能的利用，为社会提供了清洁、可持续的电力供应。在未来的发展中，我们将继续努力，为推动可再生能源的发展和应用做出更大的贡献。同时，我们也将不断提高技术水平和管理水平，确保项目的顺利实施和运行，为社会和环境的可持续发展做出积极贡献。参考文献[1]王绎，叶杨，张晓梅，等.分布式光伏发电系统电气设计与分析[J].云南电力技术论坛论文集，2014：308[2]刘鉴民.太阳能利用原理.技术工程[M].北京：化学工业出版社，2009.[3]网长贵，王斯成主编，太阳能光伏发电实用技术[M].北京：化学工业出版社2009.[4]张国辉.分布式光伏发电项目后评价研究.[D].工程硕士论文，2015.

入网时间：2024-06-20

摘要：主要介绍了电气火灾的主要原因、几种电气火灾监控系统的构成和设立意义。参照各规范，讨论了宜设立电气火灾监控系统的场所。该系统的设立可大大减少电气火灾事故的发生，对保证人们的生命财产安全具有重要意义。关键词:电气火灾；电气火灾监控系统；火灾报警系统0.引言随着我国的现代化建设，电能给社会生产和人们生活带来方便的同时，也在不同程度上带来了火灾隐患。当今，我国用电量剧增，电力电缆老化或到达使用寿命，以及各种不规范施工造成线路和装置的绝缘性能下降，再加上原始设计载荷能力限制，造成我国电气火灾形势格外严峻，严重威胁着人们的生命和财产安全。据统计，2007年电气原因引起火灾共46247起，占火灾总数28.3%;2008年电气原因引发火灾40000起，占火灾总数29.7%;2009年电气原因引起的火灾共39102起，占火灾总数的30.2%;2010年电气原因引起的火灾共41237起，占火灾总数的31.1%。从近几年发生的电气火灾来看，无论在次数还是造成的损失上，都占已调查火灾总数的30%左右，处于各种火灾原因的**。由此可见，电气火灾在当前已成为各种火灾中的主要灾害源，且呈现居高不下、逐年增高的趋势。1.重、特大电气火灾数据统计分析1.1电气火灾场所分布电气火灾场所分布图如图1所示。由图1分析可知，工厂发生火灾的比例*大，商业建筑可能性次之，住宅、宾馆、写字楼及其他场所概率基本在10%左右。因此，应将工厂、商业建筑、住宅作为电气火灾的重点设防对象。1.2电气火灾起火部位电气火灾起火部位分布图如图2所示。由图2分析可知，电气火灾*可能发生于电气系统的以下部位：电气线路、用电设备、电气设备及其他部位。电气线路主要由载流导体、绝缘材料组成。电气设备组要有能量转换设备、接通及断开电路的电器、控制及保护电路的电器、接地装置等。由以上分析可知，电气线路年久老化、不规范施工等*容易导致电气火灾；用电设备导致的电气火灾概率次之。电气设备变电所、变电房，且一般有专人管理，火灾概率仅占10%左右。电气火灾中的防火重点主要集中在电气线路和用电设备两大方面，尤其要以电气线路防范为主，同时以加强用电设备的安全使用管理为辅，才能避免多数的电气火灾。起火原因主要分为突发性故障和渐变性故障两种，具体组成如图3所示。突发性故障引发的电气火灾有短路和雷击，其中52%的短路中相间短路占26%,金属接地性短路占26%,金属接地性短路是漏电的结果。突变性故障主要由配电系统功能解决，电气火灾监控系统作为辅助性控制手段，辅助控制突变性故障引发电气火灾的可能。渐变性故障引发的电气火灾有过热、接触不良、过负荷、电气故障、漏电。电气火灾监控系统主要应解决渐变性故障的监视，即减少电气火灾诱发因素，建立预警及控制。2.电气火灾起因分析2.1剩余电流与配电系统容量及特性关系1)自然泄漏的剩余电流与配电系统容量无直接相关性。2)自然泄漏的剩余电流与配电系统特性直接相关。3)在时间进程中，随着绝缘材料老化，自然泄漏的剩余电流有进一步扩大的趋势。4)在日后变化中，剩余电流还与用电设备的扩展密切相关。5)剩余电流发展的状态就是接地性短路故障。平均分布式剩余电流非真正的火灾隐患，点热积聚效应式剩余电流才是真正的火灾隐患。2.2电气线路及设备长期过负荷及过热影响因素电气线路及设备长期过负荷及过热影响因素如下：1)设计线路的载流量取值偏大。2)原则上线路长期标定过流电流受断路器中热脱扣限制。3)中性线的过热。4)电气设备的过热温升。通过对电气火灾的两大起因分析，可得出以下结论：要预防电气火灾，*关键的问题是要了解监控系统中的剩余电流的大小，以及电气线路和设备的过热温升情况。电气火灾监视与控制系统是实现对电气系统剩余电流以及线路、设备过热进行监控的解决方案。当剩余电流突然变大或相关线路设备温）升超限的情况下，就会警示电气系统可能出现问题，并发出警报，管理人员就可及早派出专业人员对系统标示出的区域进行巡检排除隐患，避免电气故障引发电气火灾。3.电气火灾监视与控制系统系统实现的六大目标功能为剩余电流、线路温升、电动机及大型用电设备温升、配电箱(柜)温升、中性线断线和脱扣控制。下面例举几种不同形式的系统：独立式电气系统、多线制电气系统、总线式电气系统，其组成及原理框图如图4至图6所示。4.安科瑞电气火灾监控系统4．1概述Acre1-6000电气火灾监控系统，是根据中心的消防电子产品试验认证，并且均通过严格的EMC电磁兼容试验，保证了该系列产品在低压配电系统中的安全正常运行，现均已批量生产并在全国得到广泛地应用。该系统通过对剩余电流、过电流、过电压、温度和故障电弧等信号的采集与监视，实现对电气火灾的早期预防和报警，当必要时还能联动切除被检测到剩余电流、温度和故障电弧等超标的配电回路;并根据用户的需求，还可以满足与AcreIEMS企业微电网管理云平台或火灾自动报警系统等进行数据交换和共享。4．2应用场合适用于智能楼宇、高层公寓、宾馆、饭店、商厦、工矿企业、国家重点消防单位以及石油化工、文教卫生、金融、电信等领域。4．3系统结构4．4系统功能1)监控设备能接收多台探测器的剩余电流、温度信息，报警时发出声、光报警信号，同时设备上红色“报警”指示灯亮，显示屏指示报警部位及报警类型，记录报警时间，声光报警一直保持，直至按设备的“复位”按钮或触摸屏的“复位”按键远程对探测器实现复位。对于声音报警信号也可以使用触摸屏“消声”按键手动消除。2）当被监测回路报警时，控制输出继电器闭合，用于控制被保护电路或其他设备，当报警消除后，控制输出继电器释放。3）通讯故障报警：当监控设备与所接的任一台探测器之间发生通讯故障或探测器本身发生故障时，监控画面中相应的探测器显示故障提示，同时设备上的黄色“故障”指示灯亮，并发出故障报警声音。电源故障报警：当主电源或备用电源发生故障时，监控设备也发出声光报警信号并显示故障信息，可进入相应的界面查看详细信息并可解除报警声响。4）当发生剩余电流、超温报警或通讯、电源故障时，将报警部位、故障信息、报警时间等信息存储在数据库中，当报警解除、排除故障时，同样予以记录。历史数据提供多种便捷、快速的查询方法。4．5配置方案应用场合型号产品照片功能消防控制室Acrel-6000/B适用于1~4条通信总线*多可连接256个探测器，可适用于壁挂安装的场所。Acrel-6000/Q适用于大型组网，壁挂式监控主机数量较多且需集中查看的场所，主要监测壁挂主机信息。一、二级低压配电ARCM200L-Z2三相(I、U、kW、Kvar、kWh、Kvarh、Hz、cos中)，视在电能、四象限电能计量，单回路剩余电流监测，4路温度监测，2路继电器输出，4路开关量输入，事件记录，内置时钟，点阵式LCD显示，2路独立RS485/Modbus通讯ARCM200L-J88路剩余电流监测，2路继电器输出，4路开关量输入，事件记录，内置时钟，点阵式LCD显示，1路RS485/Modbus通讯ARCM300-J11路剩余电流监测，4路温度监测，1路继电器输出，事件记录，LCD显示，1路RS485/Modbus通讯AAFD-□检测末端线路的故障电弧，485通讯，导轨式安装。ASCP200-□短路限流保护、过载保护、内部超温限流保护、过欠压保护、漏电监测、线缆温度监测，1路RS485通讯，1路GPRS或NB无线通讯，额定电流为0-40A可设。短路限流保护、过载保护、内部超温限流保护、过欠压保护、漏电监测、线缆温度监测，1路RS485通讯，1路NB或4G无线通讯，额定电流为0-63A可设。配套附件AKH-0.66测量型互感器，采集交流电流信号AKH-0.66/L剩余电流互感器，采集剩余电流信号ARCM-NTC温度传感器，采集线缆或配电箱体温度5.结束语电气火灾监控系统与火灾自动报警控制系统定义的区别在于：火灾自动报警系统着重于考虑火灾已发生的报警及其处理；电气火灾监控系统着重于电气火灾发生前期的隐患先兆预警。前者是针对广泛的火灾类别；后者仅是针对电气系统的表述。针对电气火灾不断上升的趋势，采取有效的应对措施。随着祖国现代化建设的快速发展和人民生活水平的不断提高，用电量大幅增加，电气火灾事故的发生居高不下，造成的损失也是不可估量的。综合考察我国发生火灾的趋势，安装电气火灾监控系统是非常迫切的、必要的。如果能把低压配电系统中尚未造成火灾发生的隐患，事先有效地通过对漏电、温度的异常变化以及它们可能引起的火灾进行预报、监控，就能大大地降低火灾事故的发生，以保证人们的生命、财产安全。参考文献[1] GB50054一2011低压配电设计规范[S].[2] JGJ16-2006 民用建筑电气设计规范[S].[3] 中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[M].3版。北京:中国电力出版社，2005.[4] GB50303-2002 建筑电气工程施工质量验收规范[S].[5] GB50217-2007 电力工程电缆设计规[S].[6] 余颖，顾伟国. 电气火灾监控系统的应用[S].[7] 安科瑞消防应急照明和疏散指示系统/防火门监控系统/消防设备电源监控系统/电气火灾监控系统选型手册. 2022.05版

入网时间：2024-05-31

入网时间：2024-04-22

网址：基于组态软件的电能监控系统 https://www.yuejiaxmz.com/news/view/374815

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