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智能電網(wǎng)用戶端 能源管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用

 智能電網(wǎng)是當(dāng)前國際國內(nèi)新技術(shù)和新產(chǎn)業(yè)發(fā)展熱點(diǎn)。國家電網(wǎng)公司正在建設(shè)全國統(tǒng)一的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng),其基本特征是電力系統(tǒng)的運(yùn)營實(shí)現(xiàn)信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化和市場化,真正實(shí)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(gè)環(huán)節(jié)?!芭溆秒姟杯h(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(xué)校、寫字樓、政府機(jī)關(guān)等;工礦企業(yè),如冶金、造紙、輕紡、機(jī)械、電子、煤礦等;基礎(chǔ)設(shè)施,如機(jī)場、港口、鐵路、公路、水利等。用戶端消耗著整個(gè)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(wù)體系;全面推廣應(yīng)用智能電表、智能用電管理終端等智能設(shè)備;實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向互動(dòng),提升用戶服務(wù)質(zhì)量;建設(shè)智能用電小區(qū)和電動(dòng)汽車充電站。用戶端急需解決的研究內(nèi)容主要包括:先進(jìn)的表計(jì),智能樓宇、智能電器、增值服務(wù)、客戶用電系統(tǒng)、需求側(cè)管理等課題。
  能源管理系統(tǒng)構(gòu)架及目標(biāo)
  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(jì)費(fèi)電表出口以下,從電力變壓器到用電設(shè)備之間,對電能進(jìn)行傳輸、分配、控制、保護(hù)和能源管理的所有設(shè)備及系統(tǒng)。
  隨著科學(xué)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(fù)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(xué)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(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)、傳感(計(jì)量)元件。傳感(計(jì)量)元件采集各種電量數(shù)據(jù)并通過通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)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(bào)表等,出現(xiàn)故障狀況時(shí)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的條件進(jìn)行預(yù)警、報(bào)警甚至自動(dòng)完成某些操作功能。高級(jí)的管理系統(tǒng)還包含智能控制設(shè)備,能自動(dòng)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(fù)荷進(jìn)行自動(dòng)控制,包括對儲(chǔ)能設(shè)備、可再生能源設(shè)備的控制。
  建設(shè)智能電網(wǎng)用戶端能源管理系統(tǒng)有三個(gè)目標(biāo):
  1)電能監(jiān)測與節(jié)能優(yōu)化:對用電系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)特別是重點(diǎn)耗能設(shè)備用電情況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測計(jì)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(yù)或自動(dòng)控制的方法進(jìn)行改進(jìn),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(dòng):在智能電網(wǎng)中,電網(wǎng)公司為提高電力設(shè)施的負(fù)荷率要求用戶端某些設(shè)備能夠需求響應(yīng),其使用能夠盡量避開用電高峰而在用電低谷時(shí)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(chǔ)能設(shè)備、電動(dòng)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(gè)很好的能源管理系統(tǒng)進(jìn)行管理。
  用戶端能源管理系統(tǒng)功能
  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(gè)SCADA軟件,將各個(gè)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(gè)子系統(tǒng)的控制。
  2. 配電監(jiān)控子系統(tǒng)功能
  它由多種獨(dú)立的功能模塊組成,包括保護(hù)設(shè)備定值在線管理、事件報(bào)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(hào)、事故信號(hào)、微機(jī)保護(hù)信號(hào)、以及設(shè)備工作狀態(tài)等。
  3.智能表計(jì)子系統(tǒng)功能
  智能表計(jì)子系統(tǒng)能夠海量數(shù)據(jù)的采集、交換、通信、存儲(chǔ)與共享;企業(yè)用能實(shí)時(shí)監(jiān)控、分析和報(bào)表系統(tǒng),故障報(bào)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(píng)估,能耗分項(xiàng)計(jì)算以及碳排放計(jì)算;根據(jù)電力公司的需量限制對實(shí)際用電負(fù)荷進(jìn)行預(yù)警和控制。通過智能表計(jì)實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)中“雙向”互功功能,智能儀表通過網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備實(shí)時(shí)通訊,提供用戶的能源需求數(shù)據(jù)給智能電網(wǎng),同時(shí)將智能電網(wǎng)的不同時(shí)間段的電能信息傳遞給用戶端,讓用戶直接選擇電能消費(fèi)。
  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(gè)設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng),又是一個(gè)可以自成體系、記錄各種能量變化并可實(shí)現(xiàn)互動(dòng)控制的高級(jí)用戶能源管理系統(tǒng)。管理中心通過網(wǎng)絡(luò)連接多個(gè)分中心,每個(gè)分中心管理連接當(dāng)?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(hù)裝置和各種智能控制器實(shí)時(shí)采集主要耗能、儲(chǔ)能或生產(chǎn)能源設(shè)備的信息,對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理,根據(jù)能源控制中心下達(dá)給分中心的要求,調(diào)節(jié)每個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),能源的消費(fèi)和生產(chǎn)。
  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(jī)結(jié)合才能更科學(xué)合理地控制家居內(nèi)的家電設(shè)備,實(shí)現(xiàn)需求響應(yīng)、削峰填谷、節(jié)能減排功能。
  6.儲(chǔ)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(chǔ)能設(shè)備、分布式能源設(shè)備和汽車充電設(shè)備在上位機(jī)系統(tǒng)中的表現(xiàn)形式和管理方法。
  關(guān)鍵技術(shù)
  1)配電系統(tǒng)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)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(luò)發(fā)送,網(wǎng)絡(luò)效率高;IP地址管理,各部分設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域管理;底層的設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中具有獨(dú)立的通信功能,上位監(jiān)控PC可以直接遠(yuǎn)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(yuǎn)程讀取和修改其整定參數(shù)等;上位監(jiān)控PC可以遠(yuǎn)程配置網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn),增加或減少設(shè)備節(jié)點(diǎn)。
  2)電表雙向?qū)崟r(shí)電價(jià)計(jì)費(fèi)技術(shù):包括有功電能和無功電能計(jì)量;分時(shí)計(jì)量、最大需量測量;實(shí)時(shí)監(jiān)測電網(wǎng)運(yùn)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(jià)方案顯示;雙向通信,可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理,能提供互動(dòng)性服務(wù),可對戶內(nèi)主要電器進(jìn)行用電信息采集與控制;對電能雙向計(jì)費(fèi)。
  3)網(wǎng)絡(luò)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(shí)現(xiàn);指令編譯器、程序解釋運(yùn)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(jì)算處理技術(shù):研究海量數(shù)據(jù)的采集、交換、通信、存儲(chǔ)與共享機(jī)制;
  6)商用樓宇和工礦企業(yè)節(jié)電運(yùn)營技術(shù):研究能耗監(jiān)測和分析、評(píng)估方法、碳排放參數(shù)計(jì)算;
  7)管理和控制的一體化技術(shù):研究企業(yè)用能實(shí)時(shí)監(jiān)控、分析和報(bào)表系統(tǒng),具有故障報(bào)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(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量檢測;
  9)電網(wǎng)側(cè)與用戶端之間的互動(dòng)技術(shù):研究進(jìn)戶電表與用戶能源管理系統(tǒng)的互動(dòng)、主系統(tǒng)與子系統(tǒng)的信息互動(dòng)技術(shù)。
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