工业企业用户端电力运行及能效管理系统平台.pdf

工业企业用户端电力运行及能效管理系统平台 朱效祥 （江苏省电力公司滨海县供电公司， 江苏盐城 2 2 4 5 0 0 ） 摘要：目前大量的工业企业用户对用户端设备和电能的 管理还停留在较原始、 粗放的状态， 较少考虑电力设备及电能 管理的智能化优化运行。工业企业用户端电力运行及能效管 理平台 （简称： 能效管理平台） ， 借助电网技术、 先进的计算机 和网络技术优势，可为广大工业电力用户提供集约化的全方 位的运行及能效管理服务。 关键词：工业企业；电力运行；原则 前言 发展智能电网已成为全球节能减排重要举措，也是我国 实现经济结构调整、 加速产业转型升级的重要方向之一。 用户 端是电网 “配” 、“用” 环节， 是指电力公司用户计费点以下至用 电设备之间， 对电能进行传输、 分配、 控制、 保护和能源管理的 所有设备和系统。 据统计， 9 0 % 的电能是通过用户端用电设备消耗掉的， 用 户端的重要性可见一斑， 它是智能电网非常重要的组成部分， 是智能电网建设的 “最后一公里” 。 政策层面， 2 0 1 5 年 3 月 1 5 日国务院下发 关于进一步深 化电力体制改革的若干意见 （以下简称 9 号文）推进售电侧 体制改革， 工电促 2 0 1 5 年 2 号文 工业领域电力需求侧管理 服务机构管理办法 （试行） ， 工业和信息化部办公厅印发 关 于组织推荐 2 0 1 5 年全国工业领域电力需求侧管理示范企业 的通知 。 1 项目解决的问题 1 . 1 对于工业企业用户 （1 ） 提早发现内部的用电隐患， 提高安全用电水平； （2 ） 实现电力负荷资源的优化配置； （3 ） 提高电能利用率， 降低用电成本； （4 ） 电能质量监测， 为提高电能质量提供依据； （5 ） 纳入省需求侧管理平台的管理及参与需求侧响应； （6 ） 推荐参与全国工业领域电力需求侧管理示范企业的 评选。 1 . 2 项目总体目标 用电目标： 安全、 可靠、 经济、 高效、 洁净、 有序； 用电管理： 数字化、 网络化、 可视化、 专业化； 1 . 3 项目功能板块 区域管理功能： 优化区域内人力、 物力资源， 沟通供用企 业需求，提供电力运行管理技术、能效管理技术交流共享平 台； 运行管理功能： 2 4 小时电力运行及视频监控，电能质量 监测， 环境监控 （温度、 湿度、 门禁、 火警、 盗警） ； 能效管理功能：专家管理系统和节能方案建议，电能管 理， 用户需量管理， 电能质量管理； 设备管理功能： 设备档案、 设备巡检、 设备维修、 预防性试 验； 故障管理： 故障预警， 故障诊断， 故障抢修。 2 系统总体框架 2 . 1 总体设计原则 能效管理平台完全遵循国际通用架构的设计规范，并遵 循如下原则进行设计： 2 . 2 标准化原则 能效管理平台以企业级 M V C 为基础框架， 遵循 J a v a E E 标 准规范， 符合 S O A 的架构风格体系， 遵循行业标准进行开发设 计。 2 . 3 分层原则 企业应用系统的开发进行合理的分层次，是大规模软件 开发的必要条件。遵循和执行良好的分层原则，带来如下好 处： （1 ） 工作任务划分多层次， 分工明确， 根据接口契约， 能同 时开展各层次的开发， 加快项目进度。 （2 ） 可进行专业化细分， 更利于提高产品质量。 （3 ） 合理的层次划分是松耦合的一个必要条件， 为系统的 可扩展性提供了基础。 2 . 4 可扩展性原则 能效管理平台采用 M V C 可扩展基础框架作为底层架构， 从技术框架上支持高度的可扩展；在应用层使用基于领域模 型的架构设计； 在实现上基于组件化和事件框架， 使系统具有 高度的可配置、 可定制、 可二次开发。 2 . 5 模块化原则 能效管理平台的底层架构，业务模块化的设计思想充分 体现， 系统内的各个业务模块可以按需部署和加载。 2 . 6 可靠性原则 能效管理平台在设计时对可能产生系统失效采取了一系 列避错、 容错、 查错、 改错有效措施， 以保证系统的可靠运行。 事务补偿能力： 系统使用 S p r i n g 的 A O P 技术统一管理系 统异常， 结合 S p r i n g 的事务管理机制， 对异常事务进行回滚 和记录日志， 必要时结束会话， 确保在出现异常情况时不会导 致系统失效或数据错误。 2 . 7 可维护性原则 能效管理平台在总体设计上注重系统的可维护性，采用 成熟可靠、 应用广泛且易于维护的技术架构， 使得能效管理平 台易部署、 易维护。 2 . 8 安全性原则 能效管理平台遵循国家电网公司应用软件通用安全要 求 的相关规定， 从不同的层面提供了完善的安全解决方案， 实现了包括: 数据加密、 传输加密、 用户管理、 权限管理、 会话 管理及数字签名等一系列安全措施， 以确保系统的高度安全。 2 . 9 总体技术路线 表格 1 架构决策 3 基于 S O A 体系结构进行构建 采用面向服务的架构体系 （S O A ） 技术设计、 基于 J a v a E E 标准实现。其面向服务的组件架构 （S C A ） ， 能够很容易地组装 成不同粒度的服务组件、 成为新业务服务组件。 S O A 体系结构中的运行环境、 编程模型、 架构风格和相关 方法论在内的一整套新的分布式软件系统构造方法和环境， 涵盖服务的整个生命周期； 以服务为核心， 从而使信息系统更 灵活、 更易于重用、 更好的适应变化。 3 . 1 遵循 J a v a E E 规范 采用业界标准的 J a v a E E5 . 0 规范进行实现， 可实现群集 和负载均衡，支持从 P C 服务器到小型机系统的多种服务器； 支持 U n i x / L i n u x / W i n d o w s以及国产操作系统如中软 L i n u x 和 红 旗L i n u x ， 支 持A p u s i c 、 W e b l o g i c 、 W e b S p h e r e 、 N e t W e a v e r 、 J B o s s 等。 3 . 2 系统架构 能效管理平台是基于企业级 J 2 E E 平台进行开发设计的， 结合在电力系统相关自动化软件和服务的十多年丰富的行业 经验进行深入分析总结而来。 能效管理平台支持多种操作系统， 包括 U n i x / L i n u x / W i n 电力论坛? d o w s 等；采用业界领先的关系数据库系统 - O R A C L E9 i 或以 上版本；同时支持满足 J a v a E E 规范的各种中间件服务器， 包 括 W e b l o g i c 、 W e b S p h e r e 、 N e t W e a v e r 、 J B O S S 等； 通过不同的集 成插件， 可支持同金山 W P S 、 M SO F F I C E 等办公软件的集成。 其 整体逻辑架构如下： 3 . 3 网络架构 系统网络架构采用有线、 无线相结合， 在用户侧考虑到变 电站、配电房相对比较偏远可采用有线与无线通讯方式相结 合， 满足实时数据上送的需求。 4 主要功能 4 . 1 运行管理一次接线图 系统提供平台内用户总览与用户高低压电气图的一次成 图功能，管理人员可在线进行电气图元的编辑及数据信号的 关联， 系统运行监控管理人员实时监控用户的电力运行情况。 4 . 2 地图浏览 系统总览界面以全景的地图区划形式展示区划内接入的 用户， 以相应的图标进行展示， 各区划通过点击可放大。 4 . 3 图形告警 当用户监测数据如出现过负荷、 y x 变位、数据异常等情 况， 系统及时通过用户图标闪烁来提供告警提示。 点击用户图 标可快速进入电网运行一次图界面，查看电网运行哪个部分 异常， 方便管理人员快速定位问题。 对异常点信息通过策略配 置可及时向该用户电气管理人员发送异常信息的告警短信。 4 . 4 图形数据浏览 系统提供了监测用户的高低压电网实时运行一次图， 图 形上提供了监测点的 Y C 数据信息及历史数据查询功能， 同时 图形可根据 Y X 信息变化监测点图形。 4 . 5 无功电压优化及电能质量管理 （1 ） 进线 （计费点） 谐波电压、 谐波电流、 电压、 电压偏差、 电压暂升暂降、 频率、 三相电压不平衡度、 功率因数、 无功功 率、 闪变等电能质量主要参数的 （日、 月） 趋势曲线； （2 ） 低压次总柜和主要馈电回路谐波电压、 谐波电流、 功 率因数； （3 ） 电能质量主要参数的超限统计； （4 ） 功率因数日平均、 月平均计算统计； （5 ） 无功、 谐波治理等电能质量控制设备运行情况监测； （6 ） 电压合格率统计。 4 . 6 用户需量管理 （1 ） 协议容量超容管理： 进线端 （计费点） 有功 （日、 月） 趋 势曲线， 为电能优化运行提供依据； 有功超限告警， 避免超容罚款； （2 ） 变压器容量超容管理： 变压器输入容量 （日、 月） 趋势 曲线， 防止变压器超容运行。 4 . 7 能效管理系统 系统采集总进线及主要馈电回路的电能量数据；数据类 型包括： 正反向总有功无功、 费率数据、 四象限无功数据； 系统 提供的功能包括： 电能数据查询、 电费数据查询、 各类电量统 计报表。 4 . 8 环境系统 系统提供了监测点变电站、 配电房的视频、 门禁、 空调、 温 湿度、 水位、 烟感等环境监控。 4 . 9 视频监控 用户发生故障、 超限等告警， 即可启动视频。可远方观看 配电房或其他需要的可视点的情况， 更全面掌握现场情况， 并 有防盗功能。 4 . 1 0 门禁监控 用户的变电站或配电房是电力运行的重要处所，实施自 动门禁可有效管理盗抢事件的发生，同时对进出的运行维护 人员达到监管和追溯的目的， 可实现与视频的联动。 4 . 1 1 烟感监控 对高低压室内实现烟感报警功能是有效保护电力资产及 电力正常运行的重要辅助部分， 系统可接入烟感传感点信息， 实时响应现场的报警事件， 达到快速发现快速处理的目的， 可 实现与视频的联动。 4 . 1 2 空调 系统可获取室内空调运行情况，实时了解空调的当前温 度， 同时可查询历史温度变化数据。 4 . 1 3 温湿度 系统可获取温湿度仪的当前室内温度及湿度，同时可查 询历史温湿度变化数据。 4 . 1 4 水位 系统可获取电缆沟内放置的水位仪 4 - 2 0 毫安数据， 系统 通过换算得出当前水位的情况，同时可查询历史水位的变化 数据。 5 通讯 用户端数据可上传至“智能电网用户端电力及电能管理 技术支撑中心” 或其他控制中心； 用户端与控制中心之间可通 过有线宽带或无线 3 G / 4 G 网络进行通讯，数据采集的粒度根 据现场通讯条件来设置； 可实时将故障告警通过 G P R S 发送至 企业主管领导或电气负责人；企业主管领导或电气负责人可 通过 W E B 浏览器查阅本企业运行情况。 6 网络安全 平台网络架构设计上充分考虑安全性，主要从以下三个 层面： 6 . 1 厂站与控制中心 系统在设备层通讯上，建立了专用 V P N 网络只有授权的 节点才能进入网络， 保障数据通道的独立性， 起到了良好的安 全控制。 6 . 2 控制中心到公网 控制层与公网之间是信息发布重要平台，该平台部分我 们加装了企业级硬件防火墙， 授权特定的访问端口， 其余访问 全部受限， 保障黑客无法入侵 6 . 3 软件应用层设计 系统采用企业级 J 2 E E 开发平台，系统采用 M V C 三层架 构， 设计上将前后台进行分离， 前台主要是查询为主， 后台以 配置为主， 全站需要通过授权体系授权才可访问， 保障系统的 正常运行。 本人切合实际情况，研发生产一款针对用户超容后现场 预警、 报警装置， 能有效的控制超容问题。现场装设智能综合 管理装置 （新增） 与现有微机保护或综合数据采集单元 （需新 增） 通讯， 实时采集总进线和主要负荷的遥测数据， 设定越限 值， 当实际负荷超出供电部门规定的协议容量时， 立即通过短 信方式告知相关负责人、同时将实时遥测数据传送到现场操 作炉台前的 L E D 显示屏上 （新增 L E D 显示屏） ， 并发声光报警 （新增声光报警器） ， 告警提示现场操作人员调节容量， 做到及 时调节负荷， 避免超容情况的发生， 正常生产。 7 用户端设备配置表 注：综合数据采集单元和 L E D 显示屏根据现场实际需要 配置。 8 智能通讯服务器 8 . 1 通讯方式 智能综合管理装置与各类智能设备通讯，包括综合数据 采集单元、 微机保护装置、 温湿度表、 液位采集器、 直流屏等各 种智能设备； 下行通讯支持： M o d b u s 、 C a n 、 R S 4 8 5 、 T C P / I P 、 R S 2 3 2 等， 上 行通讯方式： 1 0 4 。 8 . 2 负荷告警判断 与综合数据采集单元或各厂家微机保护装置通讯，采集 遥测、 遥信量， 对总功率 （视在功率） 进行实时监测， 并设定一 个越限值， 当采样数据超出设定值时： 电力论坛? （1 ） 连续判别越限数值， 当监测数值连续越限 3 0 秒后发 指令给多功能智能表， 发开出指令 （遥控） ， 开出接点 1 ， 间断 （间隔 2 5 秒， 时间可调） ， 使现场声光报警设备间断告警； （2 ） 当监测数值连续越限 5 分钟后， 发指令给多功能智能 表， 发开出指令 （遥控） ， 开出接点 1 ， 不间断， 使现场声光报警 设备连续告警； （3 ） 当监测数值连续越限 1 0 分钟后， 发指令给多功能智 能表， 发开出指令 （遥控） ， 开出接点 2（跳闸） ； 此功能可暂不 开放。 如果监测数据复归到越限值内， 则往后指令全部撤销， 只 到下次出现越限时再重新计时、 报警。短信功能亦是如此。 8 . 3 短信通知功能 当监测数值连续越限 3 分钟后发短信，间隔每 1 分钟发一次 短信； 短信内容： 注： 红色部分是将实际超出的容量填写进去； 蓝色部分是 根据实际超标时间填写进去， 后面的是将 1 0 分钟减去蓝色部 分的时间填写进去。 与 L E D 显示屏通讯，将实时采集数据传送到 L E D 显示屏 上。 L E D 屏上显示： 9 设备技术指标 智能综合管理装置技术指标 9 . 1 基本参数 （1 ） 工作电源： D C / A C 2 2 0 V ； （2 ） 电网频率： 5 0 H z 1 0 % ； （3 ） 系统主频： 3 0 0 M H z ； （4 ） 整机抗扰度： G B / T 1 7 6 2 6 三级； （5 ） 主要通讯接口类型： R S 2 3 2 串行接口、 4 8 5 串行接口、 双绞线以太网接口、 总线接口、 数字量开出接口； （6 ） 通讯速率： 串口 9 6 0 0 b p s 1 1 5 2 0 0 b p s 9 . 2 工作条件 （1 ） 海拔高度： 5 0 0 0 m （2 ） 工作环境温度： - 1 5 5 5 （3 ） 空气相对湿度： 9 0 % （4 ） 运行场所： 无强烈振动和冲动、 无严重尘埃、 无腐蚀性 气体、 无导电性和爆炸性介质、 通风良好。 （5 ） 使用场所应有防御雨、 雪、 风、 沙的设施。 9 . 3 辅助测控装置技术指标 （如需要可增加， 采集环境数据： 温湿度、 烟感、 水位、 门禁 等） 9 . 4 额定数据 交流电流： 5 A 、 1 A 交流电压： 1 0 0 V 交流频率： 5 0 H Z 直流电压： 2 2 0 V 、 1 1 0 V 9 . 5 功率消耗 交流电流回路： I N = 5 A ， 每相不大于 0 . 5 V A ； 交流电压回路： U = U N ， 每相不大于 0 . 2 V A ； 直流电源回路： 正常工作， 不大于 1 0 W ； 9 . 6 过载能力 交流电流回路： 2 倍额定电流连续工作； 1 0 倍额定电流： 允许 1 0 S ； 4 0 倍额定电流： 允许 1 S ； 交流电压回路： 1 . 2 倍额定电压， 连续工作； 直流电源回路： 8 0 % 1 1 0 % 额定电压， 连续工作； 9 . 7 测量误差 测量电流电压， 不大于0 . 3 % ； 有 （无） 功功率不， 大于0 . 5 % ； 保护电流， 不大于3 % ； 9 . 8D A 输出 输出电流 4 - 2 0 m A ； 输出误差不大于 4 ； 9 . 9 通讯配置 通讯接口： 1 0 B a s e - T / 1 0 0B a s e - T ； 通讯速率： 1 0 M / 1 0 0 M b p s 自适应； 9 . 1 0 温度影响 正常工作温度： - 1 0 5 5 ； 极限工作温度： - 2 5 7 5 ； 装置在 - 1 0 5 5 温度下动作值因温度变化而引起的 变差不大于1 % 。 9 . 1 1 安全与电磁兼容 （1 ） 脉冲干扰试验 能承受频率为 1 M H Z及 1 0 0 K H Z电压幅值共模 2 5 0 0 V ， 差 模 1 0 0 0 V 的衰减震荡波脉冲干扰试验。 （2 ） 静电放电抗扰度测试 能承受 I E C 6 1 0 0 0 - 4 - 2 标准 I V 级、试验电压 8 K V 的静电 接触放电试验。 （3 ） 射频电磁场辐射抗扰度测试 能承受 I E C 6 1 0 0 0 - 4 - 3 标准 I I I 级、 干扰场强 1 0 V / M 的幅 射电磁场干扰试验。 （4 ） 快速瞬变脉冲群抗扰度测试 能承受 I E C 6 1 0 0 0 - 4 - 4 标准 I V 级的快速瞬变干扰试验。 （5 ） 浪涌 （冲击） 抗扰度试验 能承受 I E C 6 1 0 0 0 - 4 - 5 标准 I V 级、开路试验电压 4 K V 的 浪涌干扰试验。 （6 ） 供电系统及所连设备谐波、 谐间波的干扰试验 能满足 I E C 6 1 0 0 0 - 4 - 7 标准 B 级、 电流和电压的最大允许 误差不大于测量值 的 5 % 。 （7 ） 电源电压暂降、 短时中断和电压变化的抗扰度试验 能承受 I E C 6 1 0 0 0 - 4 - 1 1 标准 7 0 % U T 等级的电压暂降、 短 时中断干扰试验。 （8 ） 振荡波抗扰度试验 能承受 I E C 6 1 0 0 0 - 4 - 1 2 标准 I V 级阻尼振荡波干扰试验， 以及电压幅值共模 4 K V 、 差模 2 K V 的 I V 级振铃波干扰试验。 （9 ） 工频磁场抗干扰度 能承受 I E C 6 1 0 0 0 - 4 -