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基于工業(yè)以太網的電能計量管理系統(tǒng)的應用

張燕婷 ? 來源:jf_81470333 ? 作者:jf_81470333 ? 2024-03-01 15:08 ? 次閱讀
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1系統(tǒng)結構

針對目前電能管理系統(tǒng)的現狀,本文提出的電能管理系統(tǒng)是以工業(yè)以太網為基礎的三層架構的電能管理系統(tǒng)。 電能管理系統(tǒng)結構圖如圖1所示。 該系統(tǒng)的主要功能是實現對現場數據的實時采集分析,通過工業(yè)以太網的對電能進行遠程控制和管理。

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圖1 電能管理系統(tǒng)結構圖

系統(tǒng)的**級架構是基站現場采集網絡,網絡圖如圖2所示的局部基站現場采集網絡圖?;粳F場采集網絡實現對基站現場用電數據等信息的分類采集,在數據傳輸過程中實現對數據解析、協(xié)議轉換、數據加密保護和保存等。利用鏈路結構的形式將數據傳輸到二級數掘匯集中心。

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圖2 局部基站現場采集網絡圖

中端數據匯總網絡中心是系統(tǒng)的*2級架構,主要負責匯集從各基站現場采集網絡發(fā)出的數據,并對用電數據進行緩存,匯總。*后根據上*級中心設置的標準,對數據進行分類上傳,分時間段上傳至上*級。

*后一層架構是終端數據中心,即省級數據處監(jiān)控平臺。終端數據中心會搭建一個監(jiān)控系統(tǒng)的軟件平臺,對收集來自接受全省的用電信息數據信息進行數據分析和管理,并將之分類后進行存儲,定時對數據進行備份。根據備份時間和數據分析管理的內容對數據庫進行統(tǒng)計,生成各種類型的統(tǒng)計報表。根據報表的內容來制定管理流程制度,可以實現節(jié)能數據的*準化,使得電能管理更加人性化。

文中主要對電能管理系統(tǒng)的以太網式的監(jiān)控模塊和PLC主控模塊進行了分析與研究。其中電能管理系統(tǒng)中涉及到了單片機技術、電力電子技術和通信技術等多項領域。

2控制系統(tǒng)的設計

在電能管理系統(tǒng)中,基于以太網的監(jiān)控模塊的大致可分為5個模塊,分別為PLC主控制模塊,數據采集模塊,回路通斷控制模塊,系統(tǒng)電能監(jiān)控模塊,和人機界面模塊。

2.1PLC主控制模塊

系統(tǒng)的硬件結構圖如圖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數據采集端口,每一個端口上有一百多個采集點,因而可以將主控制模板分布在各個監(jiān)控區(qū)域;通過工業(yè)以太網可以實現各個主控制模板互通進而組成一個控制網絡。實現過程如下:各個監(jiān)控區(qū)域通過采集點收集數據信息,PLC主控制模塊將采集到的信息進行整合運算,將處理好的數據反饋給用戶并且將之進行分類存儲,以便用戶進行查看調用,歸檔的數據可以通過以太網進行數據信息交流,分類好的數據會被發(fā)送到控制中心。電能管理系統(tǒng)的工作人員可以使用PC機來實時監(jiān)控用戶的用電情況,并能利用PC機發(fā)送遠程的控制指令。如進行斷電搶修,對違章用戶實施斷電懲罰等。

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,來達到采集電信號的目的,并以此來實現線路的通斷電控制。

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圖3 系統(tǒng)硬件結構圖

2.2數據采集模塊

在基于以太網的電能管理系統(tǒng)中,不可缺少的環(huán)節(jié)是數據采集模塊。數據采集模塊的采集端口接收的信號是電壓電流信號,在本系統(tǒng)中使用電流和電壓互感器來采集電信號。如圖4所示為采集終端的結構圖。通過電壓電流互感耦合器將信號傳遞給數據處理中心,由于大的電流電壓信號不易傳遞,因此需要將之按比例縮小為易于測量 的小信號,該信號將先經過系統(tǒng)的電能監(jiān)控模塊,*后傳輸到控制中心。

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圖4 采集終端結構框圖

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現回路通斷控制的功能。固態(tài)繼電器是一種無觸點的具有隔離功能的電子開關,它被接在用戶供電設備的輸入端,當控制中心反饋的是用戶超額用電信息時,控制中心將會向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)控模塊的功能是對數據采集模塊采集的信號進行進一步的處理,將將模擬傳感器和開關量傳感器的輸入的信號進行測量,比較分析,輸出主控制模塊能夠識別的安全信號。

電能監(jiān)控模塊實現的過程是先將數據采集模塊采集的電流電壓信號分別進行濾波處理,為了防止高頻信號對對測量的電信號進行干擾,首先必須對高頻干擾信號進行處理,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*后用運算放大器對之進行放大處理。

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圖5 系統(tǒng)電能監(jiān)控模塊

系統(tǒng)電能監(jiān)控模塊是以太網電能管理系統(tǒng)的核心,它可以實現對多種信號的采集與對多種信號的實時監(jiān)控,如電流,電壓,功率因數等信號?,F如今已經被廣泛應用于學校、發(fā)電站等各個領域。

2.5人機界面模塊

電能管理系統(tǒng)中設計了智能監(jiān)控的人機界面。當監(jiān)控中心需要觀測用戶的實時用電情況時,系統(tǒng)便會通過工業(yè)以太網將數據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界面觀看出主控模塊傳遞的用戶用電信息,進而實現基于人機界面對現場進行的實時監(jiān)控,監(jiān)控中心的數據系統(tǒng)的操作平臺是基于工業(yè)以太網的PC機構建而成。用戶用電數據信息通過PLC主控制模塊進行分析、交流和互通,構成了一個完整的電能管理系統(tǒng),從而可以實現整個電能管理系統(tǒng)的遠程分析、控制與監(jiān)測功能。

因此,文中通過對基于工業(yè)以太網的電能管理系統(tǒng)電能監(jiān)控模塊的運行過程的分析,對整個管理系統(tǒng)運行情況以及實際應用中的數據進行對比,和管理系統(tǒng)在現場實際應用中的各部分運行情況的分析,表明基于工業(yè)以太網的電能管理系統(tǒng)已經取得了有效的成果。

3 安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案

3.1概述

用戶端消耗著整個電網80%的電能,用戶端智能化用電管理對用戶可靠、安全、節(jié)約用電有十分重要的意義。構建智能用電服務體系,全面推廣用戶端智能儀表、智能用電管理終端等設備用電管理解決方案,實現電網與用戶的雙向良性互動。用戶端急需解決的研究內容主要包括:先進的表計,智能樓宇、智能電器、增值服務、客戶用電管理系統(tǒng)、需求側管理等課題。

安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過對用戶端用電情況進行細分和統(tǒng)計,以直觀的數據和圖表向管理人員或決策層展示各分項用電的使用消耗情況,便于找出高耗能點或不合理的耗能習慣,有效節(jié)約電能,為用戶進一步節(jié)能改造或設備升級提供準確的數據支撐。

3.2應用場所

(1)辦公建筑(商務辦公、大型公共建筑等);

(2)商業(yè)建筑(商場、金融機構建筑等);

(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、數據中心等);

(6)交通運輸建筑(機場、車站、碼頭建筑等)。

【參考文獻】

[1]孫中岳.俞孟蕻,朱學青.基于工業(yè)以太網的電能管理系統(tǒng)設計.

[2]趙丹,李茜,孟彥京.基于Profinet工業(yè)以太網的復卷機電控系統(tǒng)設計[J].

[3]陳長輝.基于工業(yè)以太網的自動化控制系統(tǒng)設計[J].

[4]安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊2022.05版.

審核編輯 黃宇

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