周中1  姜龍1

江蘇安科瑞電器制造有限公司,，江蘇江陰,，214405）

1　 智能電網(wǎng)用戶端涵義

智能電網(wǎng)是當前國際國內(nèi)新技術(shù)和新產(chǎn)業(yè)發(fā)展熱點。國家電網(wǎng)公司正在建設(shè)全國統(tǒng)一的堅強智能電網(wǎng),，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)電能的高效利用,。

根據(jù)智能電網(wǎng)研究框架體系，智能電網(wǎng)建設(shè)主要抓住發(fā)電,、輸電,、變電、配電,、用電和調(diào)度六個環(huán)節(jié),。“配用電”環(huán)節(jié)即為電網(wǎng)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、政府機關(guān)等,；工礦企業(yè),，如冶金、造紙,、輕紡,、機械、電子、煤礦等,；基礎(chǔ)設(shè)施,，如機場、港口,、鐵路,、公路、水利等,。用戶端消耗著整個電網(wǎng)80%的電能,，抓電網(wǎng)用戶端智能化建設(shè)，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(shè)內(nèi)容主要為：構(gòu)建智能用電服務體系,；全面推廣應用智能電表,、智能用電管理終端等智能設(shè)備；實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向互動,，提升用戶服務質(zhì)量,；建設(shè)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(nèi)容主要包括：先進的表計,，智能樓宇,、智能電器、增值服務,、客戶用電系統(tǒng),、需求側(cè)管理等課題。

2　 能源管理系統(tǒng)構(gòu)架及目標

智能電網(wǎng)用戶端從用戶側(cè)一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(shè)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(shè)備及系統(tǒng),。

隨著科學技術(shù)的發(fā)展以及人民物質(zhì)生活水平的提高,，用電設(shè)備如電梯、水泵,、照明,、空調(diào)系統(tǒng)、家用電器等越來越多,，用電負荷快速增長,，設(shè)備的能效提高以及不同設(shè)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(guān)注。

一般的智能電網(wǎng)用戶端能源管理系統(tǒng)主要包括三方面的內(nèi)容：計算機管理系統(tǒng),、通信網(wǎng)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(wǎng)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(shè)定的條件進行預警,、報警甚至自動完成某些操作功能。高級的管理系統(tǒng)還包含智能控制設(shè)備,，能自動檢測電網(wǎng)及用電設(shè)備的各種情況并據(jù)此對有關(guān)負荷進行自動控制,，包括對儲能設(shè)備、可再生能源設(shè)備的控制,。見圖1。

建設(shè)智能電網(wǎng)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)特別是重點耗能設(shè)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(shè)備,，提高電能的使用效率,。
　　（2）用戶端與電網(wǎng)公司管理系統(tǒng)的互動：在智能電網(wǎng)中,，電網(wǎng)公司為提高電力設(shè)施的負荷率要求用戶端某些設(shè)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(wǎng)削峰填谷,。

（3）管理分布式能源設(shè)備的接入：用戶端儲能設(shè)備,、電動汽車以及可再生能源設(shè)備接入電網(wǎng)可能對電網(wǎng)產(chǎn)生重大沖擊，這些設(shè)備也可能將電能輸送的電網(wǎng),，所以需要一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)，是一個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(shè)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(guān)位置信號、事故信號,、微機保護信號,、以及設(shè)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(wǎng)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(wǎng)中“雙向”互功功能,，智能儀表通過網(wǎng)絡通訊設(shè)備實時通訊，提供用戶的能源需求數(shù)據(jù)給智能電網(wǎng),，同時將智能電網(wǎng)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(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)功能

設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)既是一個設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng),，又是一個可以自成體系,、記錄各種能量變化并可實現(xiàn)互動控制的高級用戶能源管理系統(tǒng)。管理中心通過網(wǎng)絡連接多個分中心,，每個分中心管理連接當?shù)氐倪@部分設(shè)備,，通過能源管理控制器、電表,、智能開關(guān),、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(chǎn)能源設(shè)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(diào)節(jié)每個設(shè)備的運行狀態(tài)，能源的消費和生產(chǎn),。

3.5 智能家居子系統(tǒng)功能

智能家居是目前智能電網(wǎng)比較關(guān)注的領(lǐng)域之一,。智能電表與智能家居有機結(jié)合才能更科學合理地控制家居內(nèi)的家電設(shè)備，實現(xiàn)需求響應,、削峰填谷,、節(jié)能減排功能。

3.6 儲能設(shè)備,、分布式能源設(shè)備,、汽車充電設(shè)備監(jiān)控技術(shù)

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

4　 關(guān)鍵技術(shù)

1）配電系統(tǒng)數(shù)字化網(wǎng)絡化控制技術(shù)：以變電站為基本單元,，收錄電網(wǎng)重要信息，只有少量信息向網(wǎng)絡發(fā)送,網(wǎng)絡效率高,；IP地址管理,，各部分設(shè)備可以實現(xiàn)區(qū)域管理；底層的設(shè)備在網(wǎng)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(shè)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(wǎng)絡中的節(jié)點，增加或減少設(shè)備節(jié)點,。
　　2)電表雙向?qū)崟r電價計費技術(shù)：包括有功電能和無功電能計量,；分時計量、最大需量測量,；實時監(jiān)測電網(wǎng)運行狀態(tài),、電能質(zhì)量和環(huán)境參量等;信息與數(shù)據(jù)的存貯、調(diào)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(nèi)主要電器進行用電信息采集與控制,；對電能雙向計費,。
　　3)網(wǎng)絡化可編程控制技術(shù)：包括系統(tǒng)的現(xiàn)場總線及工業(yè)以太網(wǎng)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(shù),；控制與通信集成技術(shù)。
　　4)數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸通信技術(shù)：研究智能電器和智能電表的通信技術(shù),，不同通信協(xié)議之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù),、以及有線網(wǎng)與無線網(wǎng)交叉融合技術(shù)；
　　5)用戶端海量數(shù)據(jù)融合及并行計算處理技術(shù)：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(shù)：研究能耗監(jiān)測和分析,、評估方法、碳排放參數(shù)計算,；
　　7)管理和控制的一體化技術(shù)：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(zhì)量測控技術(shù)：研究用戶端電網(wǎng)諧波檢測和分析方法,，實現(xiàn)電能質(zhì)量檢測；
　　9)電網(wǎng)側(cè)與用戶端之間的互動技術(shù)：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(shù),。

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唯一一家超五星級酒店，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最早開工,，最早竣工,、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(shè)備遠程監(jiān)測。

整個系統(tǒng)采用網(wǎng)絡分布式結(jié)構(gòu),，監(jiān)控主機位于地下一層變電所值班室內(nèi),，各變電所配電柜內(nèi)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(nèi)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(shè)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(nèi)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(shè)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(shè)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)的完全可靠和穩(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(shè)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)作為一個新興產(chǎn)業(yè)，其需求與市場前景與下列因素有關(guān)：（1）智能電網(wǎng)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(wǎng)的推進

目前，電的生產(chǎn),、傳輸及高端用戶,，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(wǎng)的推進,，電的生產(chǎn),、傳輸與使用將信息互通，智能電力儀表將是各個電網(wǎng)環(huán)節(jié)的信息“傳感器”,，使智能電網(wǎng)下的電器設(shè)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)能減排作為重點工作之一進行推進與落實。要求高能耗企業(yè)通過建立能源管理體系,，采取降耗技術(shù)與措施,，提高用能效率。為此,，工礦企業(yè)實施合同能源管理,，政府機關(guān)和大型公建實施能耗監(jiān)測（見建科[2008]114號文），電能作為最主要的能源,，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(nèi)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，以減少對不可再生能源的依賴,。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(shè)計規(guī)范，如JGJ16-2008《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》,，GB50016-2006《建筑設(shè)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,。