作 者：鞍山市宏源自動(dòng)化工程有限公司 莊小奕 何 平

1 引言
隨著以電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為標(biāo)志的信息技術(shù)高速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)取得了巨大進(jìn)步，以往各自獨(dú)立的二次系統(tǒng)逐漸向數(shù)字化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化、開放式方向發(fā)展。電力系統(tǒng)是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，通過采用電力電子技術(shù)、信息化技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)，提高運(yùn)行水平及管理能力，形成智能電網(wǎng)，是增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)能力的有效手段。提高電力電子技術(shù)水平的前提是采用數(shù)字化設(shè)備，利用數(shù)字化技術(shù)手段對(duì)原有的設(shè)備及系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)提升，通過采用高級(jí)應(yīng)用軟件，提高設(shè)備的檢測(cè)、計(jì)量、運(yùn)行、監(jiān)控、維護(hù)及科學(xué)管理水平。
而我國(guó)現(xiàn)階段的電能計(jì)量管理水平還不能滿足現(xiàn)有電力行業(yè)發(fā)展的要求，就以中低壓配電系統(tǒng)而言，絕大多數(shù)沒有配備電量計(jì)量設(shè)備，無法對(duì)能源消耗情況進(jìn)行管理。如果對(duì)中低壓用電中的電壓、電流、功率因數(shù)、頻率及用電峰值和谷值，特別是無功和諧波狀況能及時(shí)測(cè)量，為相應(yīng)的補(bǔ)償提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)電能的節(jié)約和資源的合理利用，發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)及時(shí)彌補(bǔ)，達(dá)到安全運(yùn)行和節(jié)能減排的目的。如果智能化、網(wǎng)絡(luò)化的電能計(jì)量監(jiān)控和科學(xué)管理實(shí)現(xiàn)，對(duì)于中低壓用電系統(tǒng)通常約可節(jié)省8～15%的電能。據(jù)權(quán)威部門統(tǒng)計(jì)，2008年全國(guó)發(fā)電量為34334億kwh，其中60～70%為中小電機(jī)耗能，如果采用電力能源計(jì)量管理系統(tǒng)節(jié)能8％時(shí)，全年可節(jié)電約2746.72kwh，相當(dāng)于5.5個(gè)三峽的年發(fā)電量（約500億kwh），可見實(shí)現(xiàn)電能科學(xué)管理的意義重大。

附圖 系統(tǒng)組成框圖

2 電力能源計(jì)量管理系統(tǒng)
我公司于2007年研制了“電力能源計(jì)量管理系統(tǒng)”。
我國(guó)急切需求“用電網(wǎng)能源計(jì)量管理系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱系統(tǒng)）”。“系統(tǒng)”中應(yīng)用嵌入式軟硬件技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息處理及現(xiàn)場(chǎng)總線(profibus-dp)、管理等技術(shù)實(shí)現(xiàn)“系統(tǒng)”，采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)可以對(duì)用電量實(shí)時(shí)就地或遠(yuǎn)程監(jiān)控和集中管理。是集保護(hù)、監(jiān)測(cè)、控制、通信和科學(xué)管理等多功能于一體的全數(shù)字智能化產(chǎn)品，是智能電網(wǎng)的重要組成部分。特別是采用了國(guó)產(chǎn)大功率igbt器件，研制成功了國(guó)產(chǎn)化電力電子設(shè)備。
2.1 系統(tǒng)組成
系統(tǒng)采用了國(guó)產(chǎn)電力電子器件的供電開關(guān)，多組低壓供電系統(tǒng)由8pt抽屜柜，和裝在8pt柜面板上的網(wǎng)絡(luò)電量表，電動(dòng)機(jī)控制器（有profibus-dp和監(jiān)控功能），控制柜plc和工業(yè)控制機(jī)等部分組成。
2.2 系統(tǒng)組成框圖(如附圖)
(1)網(wǎng)絡(luò)電量檢測(cè)裝置
采用dsp（數(shù)字信號(hào)處理器）和asic（大規(guī)模專用集成電路）芯片構(gòu)成的嵌入式硬件，配有自主研發(fā)的相應(yīng)嵌入式軟件，可實(shí)現(xiàn)自校準(zhǔn)。
(2)馬達(dá)控制器
馬達(dá)控制器是由嵌入式微電腦功率模塊、現(xiàn)場(chǎng)總線（profibus-dp）、電力電子功率器件、液晶顯示器及通訊接口組成，對(duì)馬達(dá)有電量檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及近遠(yuǎn)程程序控制功能。
(3)現(xiàn)場(chǎng)總線
“系統(tǒng)”中已開發(fā)了profibus-dp和modbus現(xiàn)場(chǎng)總線，應(yīng)用嵌入式軟件，已擁有軟件著作權(quán)，在國(guó)內(nèi)首家通過國(guó)際機(jī)構(gòu)認(rèn)證。
應(yīng)用在電量測(cè)量裝置的通訊模塊在2007年7月已通過cpcc的技術(shù)資格測(cè)試認(rèn)證，是國(guó)內(nèi)通過此技術(shù)認(rèn)證的第一家。
為“系統(tǒng)”研發(fā)的現(xiàn)場(chǎng)總線轉(zhuǎn)換橋，可實(shí)現(xiàn)modbus對(duì)profibus-dp的轉(zhuǎn)換功能，用于采用modbus的現(xiàn)場(chǎng)總線場(chǎng)合。
(4)能源質(zhì)量管理系統(tǒng)
網(wǎng)絡(luò)能源計(jì)量管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分級(jí)管理，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)是電量的檢測(cè)裝置（主要有電動(dòng)機(jī)保護(hù)器，網(wǎng)絡(luò)電量檢測(cè)裝置等組成）構(gòu)成的電能檢測(cè)單元。若干個(gè)電能檢測(cè)單元(從站)通過現(xiàn)場(chǎng)總線（modbusrtu,profibusdp）組成工業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)。上位機(jī)（主站）由plc或pc機(jī)構(gòu)成。系統(tǒng)的靈魂是“能源管理”軟件。
上位機(jī)中運(yùn)行“能源管理”軟件是自主研發(fā)產(chǎn)品，其軟件的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)是“能源管理”軟件對(duì)運(yùn)行環(huán)境要求低（操作系統(tǒng)bbbbbbs98或bbbbbbs xp即可）,不需要其它的第三方軟件（插件）。提高了程序的響應(yīng)速度，降低了用戶使用成本?！澳茉垂芾怼避浖倪m用范圍廣，如pc機(jī)，pc104標(biāo)準(zhǔn)的工控機(jī)等。
2.3 系統(tǒng)的主要用途和性能
當(dāng)前電力設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)是第四代進(jìn)軍，具體是利用國(guó)產(chǎn)電力電子器件和嵌入式技術(shù)快速實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的智能化和網(wǎng)絡(luò)化及科學(xué)能源管理。項(xiàng)目產(chǎn)品就主要用于電力電子行業(yè)的中低壓輸配電系統(tǒng)和電網(wǎng)的能源管理?？赏ㄟ^嵌入式技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化管理。產(chǎn)品可對(duì)設(shè)備的用電量進(jìn)行及時(shí)測(cè)量和反饋，集中決策，采用無功補(bǔ)償和諧波抑制等存儲(chǔ)措施，使用電設(shè)備的電量消耗達(dá)到合理優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的目的。
本系統(tǒng)由主控plc控制器、profibus-dp網(wǎng)絡(luò)、plc控制器、網(wǎng)絡(luò)電量表、馬達(dá)控制器、觸摸屏組成，通過網(wǎng)絡(luò)電量表將檢測(cè)到的用電設(shè)備電量，馬達(dá)控制器將檢測(cè)到的馬達(dá)用電量分別傳遞給plc控制器，由plc通過profibus-dp現(xiàn)場(chǎng)總線傳遞給主控plc控制器，最后由主控plc作出合理的用電決策，并通過網(wǎng)絡(luò)連接觸摸屏和有線或無線(gprs)通訊系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)能源的計(jì)量和科學(xué)管理。
本系統(tǒng)在生產(chǎn)中采用了軟件校準(zhǔn)工藝，具有計(jì)量功能多，抗干擾能力強(qiáng)，線性度高、準(zhǔn)確性高、穩(wěn)定性好、功耗低的優(yōu)點(diǎn)。與現(xiàn)有技術(shù)相比的創(chuàng)新點(diǎn)是可通過在主控plc控制器中的目標(biāo)值對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，使用電更加合理化，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的目的。
2.4 采用本系統(tǒng)的意義
(1)對(duì)于企業(yè)來說，電能計(jì)量是發(fā)電、供電和企業(yè)用電的唯一依據(jù)，是考核其經(jīng)濟(jì)權(quán)益的重要手段。只有將電能計(jì)量準(zhǔn)確才能談得上評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)效益。
(2)采用國(guó)產(chǎn)電力電子器件組成的先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)電量檢測(cè)器和馬達(dá)控制器，對(duì)常用的電器消耗的電能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、全面的計(jì)量。
(3)在電能計(jì)量的基礎(chǔ)上，采用科學(xué)的管理方法，即能評(píng)價(jià)電能合理消耗，同時(shí)，對(duì)于無功損耗進(jìn)行及時(shí)補(bǔ)償，對(duì)有害諧波進(jìn)行抑制。保證節(jié)約用電和用電安全。對(duì)發(fā)電、供電和用電實(shí)現(xiàn)了科學(xué)管理。
(4)采用本系統(tǒng)提高電能利用率，改善電能質(zhì)量，保證用電安全是當(dāng)前迫切要解決的問題，是節(jié)能增效、減排的有效措施。
(5)本系統(tǒng)采用了大量的國(guó)產(chǎn)電力電子器件為電力系統(tǒng)服務(wù)，是當(dāng)前國(guó)家大力提倡的方向。

3 結(jié)束語
采用國(guó)產(chǎn)電力電子器件的電力能源計(jì)量管理系統(tǒng)是電力能源管理的急需技術(shù)，特別是大型企業(yè)，更需要此類系統(tǒng)，它可以實(shí)時(shí)計(jì)量、監(jiān)控、無功補(bǔ)償、安全運(yùn)行和科學(xué)管理。對(duì)于企業(yè)節(jié)能減排、降耗、降低成本、穩(wěn)定運(yùn)行有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

作者簡(jiǎn)介
莊小奕（1954-） 男 工程師，學(xué)士。主要研究方向：電力電子技術(shù)在輸配電系統(tǒng)中應(yīng)用。
何 平（1958-） 男 工程師，碩士。主要研究方向：大功率電力電子器件在變流技術(shù)方面的應(yīng)用。

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