配网自动化能源管理系统的应用

单乃军 吴艳萍

（1.中国联合工程公司，浙江 杭州 310001；2.杭州华光电气有限公司，浙江 杭州 310001）

0 引言

今天，能源已成为人类社会不可或缺的基本要素。寻找提高能源利用效率的解决之道成为小到社会家庭，大到企业与政府等全社会的共同责任。各类水、电、气设备与分类能耗是工业设施、社会基础设施与各类建筑建设投资和日常运营成本的主要构成部分之一，合理布局能源设施配置和管控功能可以显著提高设施与能源利用效率并降低成本。能源管理系统采用分层分布式系统体系结构，对建筑和企业内的电力、燃气、水等各分类能耗数据进行采集、处理，并分析建筑和企业能耗状况，实现建筑和企业节能应用等。

通过能源计划、能源监控、能源统计、能源消费分析、重点能耗设备管理以及能源计量设备管理等多种手段，使企业管理者对企业的能源成本比重，发展趋势有准确的掌握，并将企业的能源消费计划任务分解到各个生产部门车间，使节能工作责任明确，促进企业健康稳定发展。

下面以某汽轮机股份公司配置的HE2000配网自动化能源管理系统为例来阐述、分析系统的功能以及实现方法。

图1 配网自动化能源管理系统网络组成图Fig.1 Distribution automation energy management system network diagram

1 系统构成

系统网络组成如图1所示。系统内单元层设备选用带有RS485通信接口的智能电气设备，主要包括电能表、电机软起动器、变频器、电机智能保护器、电力仪表等设备。监控系统选用HE2000配网自动化能源管理系统监控软件，实现系统内智能电气设备的系统化监控管理。

系统采用分层分布式控制系统的设计原则设计，系统具有高可靠性、灵活性、可扩展性以及系统构成和维护的简易性，能充分满足配网自动化系统的可靠性、实时性、实用性的要求。

系统按照分层分布式控制系统的设计原则，分为单元层、监控层两层。

单元层：由系统内所有智能电气设备，主要包括电力仪表、电机软起动器、变频器、电机智能保护器、智能开关等设备构成，设备通过其所带的通讯接口接入监控层。其可将各电气设备所采集的电信号、状态信号等通过通信网络上送到监控层进行数据处理与显示。

监控层：也称为管理层，负责系统的信号处理和后台监控管理、维护等功能，主要由通讯管理机和后台监控电脑及HE2000监控软件来完成。通讯管理机每个端口可以根据现场实际情 况 实 现 RS232、RS485、CAN 等 现 场 总线通讯以及网络通讯。监控层是整个配网自动化系统的监控平台和人机对话的窗口，主要完成各种画面监视、图形曲线的调用，各种报表、数据库的生成、数据分析、能源管理、打印、事故报警、维护、故障诊断等功能。监控层可配一台电脑，也可配两台或多台电脑作为监控管理工作站。

2 HE2000配网自动化能源管理监控软件

HE2000配网自动化能源管理监控软件通过以下两个方面来实现配网系统电气管理，数据分析后进行辅助决策。

●实现对整个配网系统内各智能设备信息的大融合，通过汇总后进行监控中心数据分析。

●减少能源消耗，通过系统实时能源监控、分项设备能源数据统计分析，重点能耗设备的数据监控、能耗费率分析等多种手段，使管理者能够准确掌握配网中各能源成本的比重和发展趋势，制订经济有效的节能方案。

HE2000配网自动化能源管理监控软件系统功能模块组成主要由以下几部分。

2.1 数据采集

数据采集管理以配网系统中所涉及的各种控制设备，监测仪表，计量表计等为基础，支持OPC、DDE、ODBC等相关接口，全面采集各种智能设备的数据。

现场采集内容包含配网系统内的所有智能电气设备。其中主要关注重要设备的运行状况、主要能耗设备的状态等数据。将全厂配网系统内的智能电气设备的实时状态采集进入系统，供数据监测、存储、状态报警、数据分析和计算、统计平衡等使用。主要功能是整合现场各种控制系统；整合全厂内各个耗能、产能、用能的零散信息系统；将各零散点进行数据采集，整合进系统。

2.2 控制调度中心

系统采用了云计算技术，提供利用同一平台管理配网系统中所有电力设备的无限容量的架构，能够在同一平台下接入目前主流自控厂家的产品，可以兼容的协议包括：IEC60870-5-101/102/103/104、LonWorks、DLT-645、CDT、Profibus、Modbus 等标准协议， 以及部分厂家的自定义通信协议。技术人员可远程了解现场设备运行数据、运行状态，实现全过程的远程管理。该平台基于云架构技术，还可为专家和技术人员提供远程维护和故障诊断功能。系统包含的子系统是变配电调度系统、智能照明系统、无功补偿装置、电源系统、消防系统、中央空调控制系统以及环境监控系统。

2.3 报警管理

系统具有多种报警方式，包括模拟量越限报警、保护事件报警、重大变化连续重复报警、硬件设备异常报警等。用户可以自定义各种报警，报警信息可以通过不同方式传送至用户。所有报警记录均存档。报警分为设备报警、电源故障报警、通讯故障报警、环境质量报警等几种形式。另外，报警优先级别可以设置，报警输出的形式包括弹出报警窗口、并伴有声音、闪光等，同时报警信息可打印。

2.4 设备管理

配网自动化能源管理系统的对象覆盖配网系统的各种电力设施。通过对电力设备的运行状态实时监控和记录、指导维护保养，提高电力设备效率，实现电力设备闭环能源管理。设备管理的主要功能是设备运行、停止状态记录、实时数据和历史数据查询；设备故障、维修记录查询；设备的维修、保养计划管理；设备基础信息管理；设备的维护成本，运行成本分析。

2.5 计划管理与实效对比

根据配网系统能源分配计划、设备检修计划、历史耗能数据统计与分析、系统能源消耗的预算、能源提供情况，能源管理系统可自动计算出能源消耗计划和外购计划，继而制定出详细的企业能源管理指标，指导相关部门按照供需计划进行配电。

收集和整理配网中各个子系统的实际能源消耗量数据，获取系统进行能源分析所需的实效数据。通过能源消耗计划与实效能源数据的比较和分析，对配网系统所有能耗数据进行有效的跟踪，帮助管理者发现能耗问题，并对能耗大的部分进行分析、制定相应的节能策略。

能源实效数据可做成日能源、月能源、季能源、年能源等实效数据表。能源计划也可做成日能源供需、月能源供需、季能源供需、年能源供需计划表。计划数据与实效数据的比较可通过多种形式显示：如：柱状图，曲线图，饼图等；比较的方式也包含多种形式，如：计划数据同比环比数据的比较分析；实效数据同比环比数据的比较分析；计划数据与实效数据的比较分析。

2.6 能源的优化分析管

配网系统的能源供应和实际的能源消耗之间往往存在着较大的差异，且调整也复杂。能源管理系统通过对大量历史数据进行分析运算，对能源的生产、储存、输送和使用各环节集中管理与控制，为能耗企业建立一套能源管理系统平衡优化模型，为企业能源的合理利用达到一个新的高度。系统主要功能包括能耗分析报告、各设备能耗比较、各设备能耗排名、日平均报告率、用电分析、偏差分析。

2.7 报表分析

通过对配网系统中各部门、各车间的能耗对比，重点耗能设备的分析、产量产值与能耗对比等多种数据分析，可以帮助企业准确计算出能源支出在企业经营成本中所占比例。系统中各报表可以自动生成，按实际需要实现手动打印或者自动打印，供运行管理人员使用。

报表类型包括：能耗调度数据日报表、能耗供需计划数据报表、能耗实效数据报表、能耗成本数据报表、能耗单耗数据报表、能耗综合数据报表、能耗设备备件报表、能耗设备状态报表、能耗故障信息统计数据报表等。

2.8 能源的标准比较管理

能源管理系统可通过与国家标准、行业标准或竞争对手的相关指标进行比较，建立完善的持续改进流程。主要功能就是结合国家标准，对主要设备的单位能耗指标进行在线监测。对主要设备设置国家规定节能目标警戒线，对未达目标的指标进行自动报警。

2.9 权限管理

根据系统各功能模块的不同维护需求和控制操作需求，系统提供权限维护管理模块，可满足复杂系统管理的需求。可进行权限管理的信息包括：用户信息、角色权限管理、控制操作权限设置、系统维护、数据库维护等。

3 结束语

HE2000配网自动化能源管理系统投入运行后，对全厂的配电网络系统内各能耗设备的数据进行了采集和综合运算分析，为企业管理人员提供了真实有效的能耗分析报告，为全厂的节能降耗改造提供了有力的数据依据以及改进方向。目前引入此系统后已成功完成了几项节能改造项目，已取得了很好的效果。

［1］刘振亚.中国电力与能源[M].中国电力出版社，2012.

［2］阳宪惠.现场总线技术及其应用[M].清华大学出版社，1999.

［3］王士政.电网调度自动化与配网自动化技术[M].中国水利水电出版社，2006.