罗克韦尔自动化基于网络的电力能源管理方案及其应用

基于lockwell自动化网络的电源/能源管理方案及其应用李凤ge tuo是明林景博梁惠民。(哈尔滨工业大学洛克威尔自动化实验室如果电力能源成本影响企业的最终利益，企业必须有效地管理能源，以最大限度地提高能源投资收益。Rockwell的自动化电源/能源管理计划帮助企业管理最昂贵的生产资料之一，为企业的电源能源管理应用程序提供几乎所有电力的成本、可靠性和质量。介绍了该程序的组成、特性、功能和应用。关键词电力系统能源管理自动化引言1随着电力产业的快速发展，电力生产、传输、分配和消费的相互依赖性越来越重要。这为发电站、供电部门和电力使用部门提供了重新考虑电力自动化解决方案的机会。lockwell自动引入的电源/能源管理解决方案(power and energy management solutions，以下简称PEMS)是采用开放式网络平台和大型数据库的数据收集和监控系统、信息管理系统和电源计费系统。具有防故障互锁设备、分布式微机远程终端设备、电源收集终端设备、通信协议转换器、调制解调器等，完全自动化电源负载管理。PEMS是适合电力生产者和电力使用者的最佳方案。2基于网络的拓扑和功能211网络拓扑通信是传递能源管理信息的关键。洛克威尔的PEMS包括现场总线系统的信息层、控制层、设备层三层网络，实时实现稳定的控制功能，提供开放的通信平台。图1是典型PEMS通信结构的示意图。在此图中，上层是信息网络，硬件主要以连接到以太网的PLC、PC或工作站为主执行能源信息管理任务。中间是通过对等通信网络(如ControlNet、DH网络等)将PLC、IPC和各种人机接口连接在一起，以完成高要求系统控制的控制网络。底部是设备网络或远程I/O网络，它连接工业现场设备，通过PLC与上层网络通信，从而实现与上层网络的信息传递和现场设备控制。如图1所示，PEMS中的所有硬件设备均直接连接到此开放网络平台，以便与网络上的计算机、PLC和人机接口等设备进行数据通信，即可从workspace页面中移除物件。图1 PEMS通信网络结构图在PEMS的通信结构中，PLC控制器起到了将多个不同的工业通信协议(包括主机和远程SCADA功能)集成到一个平台中的重要作用。电力监视器还可以插入不同的智能通信卡，直接连接到此开放式通信网络平台，以太网通信卡还包含内置HTML页面，允许互联网用户直接读取电力监视器收集的数据。212 PEMS功能lockwell自动化提供的PEMS主要功能是：(1具有开放网络平台PEMS提供的开放网络平台通信结构的系统充分利用现有通信网络，防止特殊数据协议和相关成本的增加，为系统的扩展和改进提供最大的灵活性。网络中的每个控制-17-电气电工技术杂志 2004年12号中继器和设备可以相互通信，并具有独立的控制功能。(2实时电力监控实时监控电力系统参数，通过电压、电流、频率和电力传输系统设备(变压器、发电机、断路器、开关、冷却风扇等状态检测、显示、记录、分析趋势和电力系统信息警报等)，向用户提供快速准确的电力系统参数和信息，展示配电系统的效果。(3负荷分析通过测量和记录能源使用来确定负荷系数，确定与峰值周期要求和设备运行相关的消耗，并以图形方式显示能源消耗方式，从而将工厂操作和能源使用结合起来。(4成本会计验证各部门、生产工艺和整个企业的电费，分析能源比率，测量并记录能源使用情况，以确定能源消耗流。(5电力需求管理通过高峰时段或发电机组的控制、负荷驱动、负荷卸载、负荷调整等功能判断瞬时需求，在整个需求周期内制定动态需求计划，实现实时电力使用管理，从而节省电费使用量。(6电源质量监控通过影响电源质量的电压和电流不平衡、电压和电流峰值系数、谐波失真百分比等参数的测量、显示、记录趋势分析和预报警来识别电源系统的异常现象。(7紧急卸载此功能可在突然断电的情况下保护系统的稳定性。确定系统的拓扑结构，估计丢失的电源和计划负载，并在100毫秒内完成卸载，以保护重要负载，防止意外断电导致整个系统瘫痪。(8电力系统控制通过负载调节装置、发电机、电容器组、滤波装置等控制系统的电压、功率因数或谐波等参数，确保电源的质量。3系统硬件和软件lockwell PEMS公开的网络平台和强大的监控功能与他们提供的卓越性能的硬件和软件密不可分。311系统硬件Rockwell的自动化PEMS采用标准硬件和软件，并采用严格的工程规范，提供了一套完整的外围系统以满足企业的特殊需求，从而提供了多种解决方案以满足您的电源和能源管理需求。2b品牌可编程逻辑控制器(PLC、电源显示器、变频器、智能电动机控制器、人机接口产品(HM I；瑞安的高质量高效感应电动机，变频电动机；猫发电机和电气调节装置等一系列设备。这些设备进行了广泛的自检。例如，为了避免由于变频器和电动机不匹配而引起的斩波，提供了一系列变频器、电动机和发电机，因此可以按容量准确地选择，不仅保证了设备的互操作性，还减少了系统的停机时间。在众多硬件设备中，PLC和电源显示器是PEMS中控制和检测的关键组件。2b品牌的各种PLC可编程逻辑控制器广泛应用于模拟控制和传统的数字音量控制，易于集成到现有的分布式控制系统中。同样，基于PLC的SCA 2DA系统为电力传输和分配系统提供了价格合理的远程通信和控制。PLC是各种功能层应用程序中第一个可以降低成本、提高效率和技术的设备。Rockwell A 2B品牌的power monitorPMpower monitor 3000 TM(TM)是适合多种应用程序的电源监控和控制设备，可提供电源管理和电费所需的信息。此外，采用现场总线和电力监控专用微处理器技术，简化输入设备，消除通用仪表，缩小设备结构，通过现场总线将电力系统与企业局域网和以太网互连，实现电力系统的远程监控。除了电压、电流、相位序列、频率、功率因数、功率、谐波分析等监控功能外，Pm 和PM3000还具有事件记录、最大记录、瞬态记录、错误记录、事故预测分析、网格质量分析和电力需求管理等功能。用于检测和控制电源系统设备运行的四向开关输入和两对继电器触点输出接口。电源监视器还支持20个并发设定点控制，通过比较被测试参数和设定点的设定条件来确定数据的状态，实现触发警报、控制继电器和其他内部事件的功能。312系统软件lockwell PEMS的软件与硬件交互，有效解决了电力系统监控和管理问题。RSLinx软件与lockwell的RSPower32、RSEnergy或RSView32软件结合使用，使您可以从计算机上的电源监控系统中获取收集的数据并控制电源系统。其中RSView是通用主机配置软件，RSLinx是通信驱动器移动软件。-27-电工技术杂志 2004年12号洛克威尔自动化网络型电力/能源管理方案及其应用RSPower和RSEnergy专为电源监控系统而设计可以监控电力系统现场电源设备的监控软件、计算机中电源参数的导航页、谐波分析页、故障记录和事件记录页，可以方便地用于文件记录、电力系统参数监控、谐波数据分析、波形参数记录等。监控界面还提供电源监控参数(包括电压、电流、功率、谐波和记录等参数)的磁盘存储、打印功能，从而使监控和管理某些电源参数更加容易。4 PEMS应用程序洛克威尔自动化提供的电力能源管理计划的很多功能都具有实现企业内部电网自动平衡、自动监控、工作负荷主动预测和控制的完美能力，作为企业节能开源的最佳方案，在世界范围内得到了广泛应用。例如，美国最大的钢铁生产企业Republic technologies international(RTI在俄亥俄州坎顿的工厂，原始电源控制系统，由于可靠性差、过于保守的需求控制算法，每月电力成本占运营成本的很大一部分，对生产效率产生了重大影响。洛克威尔自动化为该工厂提供的基于PLC-5控制结构的新解决方案除了PLC-5控制器(包括PM II电源显示器)外，还包括通过光纤电缆连接的远程I/O网络(RIO)和分布在工厂每个地区的多个操作员工作站(如图2所示)，即可从workspace页面中移除物件。图2 RTI新型电源管理系统控制结构图在此方案中，使用具有冗馀通信模块的冗馀PLC-5处理器对连接到现有工厂级控制以太网，安装在高炉中的远程I/O (RIO控制节点通过冗馀光纤电路与PLC-5/40e处理器进行通信)。安装在工厂电网中的pm 电源监控器PLC-5/40e的远程I/o节点，通过PLC为工作站提供电能质量数据。还提供四个专用操作员站，其中包括一个主、一个备用工作站、一个到第二高炉的拨号服务器、一个到高炉车间的特殊操作员终端和一个到控制室的集成参数摘要接口。您可以在工厂的多个地方监控系统状态。R TI新的高炉电源控制方案每5s预测工厂电网和高炉的能源使用情况，系统的算法非常准确，在设定范围内控制能源消耗，并实时响应电力购买的能力。控制系统的功率监视器与监控软件一起提供电压、电流、功率因数、谐波失真等具体的电能质量信息，跟踪和警告图表记录器难以掌握的瞬间电压偏移。您可以自动生成表格式和图形格式的报表集，包括每日报表、每周和每月需求汇总表以及能源使用表。某些报警提供与电力公司的测量表和要求期限相关的第4级报警，为特定危机报警启用自动寻呼功能，其他报警不发出寻呼，但所有报警均出现在报警摘要中并记录下来。系统配置灵活，可以随时添加节点以满足您的高要求。R TI新的电力能源管理系统的运行降低了每个高炉的运营成本，提高了产量，提高了电压调整和功率因数。更好地使用现有电容，减少电压下降现象的发生；通过更严格的控制，改进了能源使用，大大降低了电源使用成本，加快了投资回收，并继续支持R TI在未来使用中节省更多成本。洛克威尔自动化的PEMS在我国电力生产、传输及使用部门也有很多成功的应用实例，包括山东省黄岛电厂、烟台电力局配电自动化系统、江西铜业公司供电系统等。其中，江西铜矿公司德兴铜矿具有电网负荷大、分布面广、电网呈辐射状分布、矿山有大量电力负荷作为地壳负荷存在的特点电力电容器手动投入的无功补偿措施无法接近电网电力进行追踪补偿，偶尔出现补偿现象，导致巨大的能源浪费。电网有一个220kV变电站、一个110kV变电站和10多个35kV变电站。洛克威尔自动化的PEMS根据矿井供电范围大、地面环境恶劣的特点，使用PLC和电源监控模块构建SCA 2DA网络，如图3所示。这个SCADA系统-3基于7-lockwell自动化网络的电力/能源管理计划及其应用电工技术杂志 2004年第12号共12个工作站，由每个变电站电源监控网络、PLC和父监控计算机组成。现场电源数据收集使用电源监控模块pm 和PM3000。所有电源监控模块均通过DeviceNet连接到PLC。高压开关设备输入、输出控制信号由PLC实现。变电站间监控计算机通过DH网络连接到PLC。矿井电源管理和整个协调室PC通过SCADA网络与每个变电站PLC通信。每个变电站之间的数据交换通过矿井程序控制电话使用DF1协议进行拨号网络通信，即可从workspace页面中移除物件。图3江西铜公司电源系统SCADA系统结构图系统中的所有控制都有两种状态：手动和自动。实时网络与自动化信息系统紧密相连。主机计算机将RSPower32与RSView32软件集成，可以分析和处理系统收集数据和警报，并生成电源监控界面、标签、趋势图和数据记录等。充分了解用户和变电站中功率的分配、功率因数和谐波的数量，合理调度电力负荷，通过状态波形的分析进一步诊断供电质量，防止有害谐波引起的电力故障，通过功率因数的测量值实现电力电容器组切换自动控制。该系统除了完成基本电气参数的收集外，还根据功率因数、总线电压波动因素，自动投入和消除无功补偿量，实现电力监控、无功补偿和电力能源管理集成，实现准确的现场数据收集、高传输可靠性、降低电力故障风险、节能效果明显，现场工作人员工作量明显减少，电力系统自动化水平提高，具有显著的经济社会效益。5结束语Rockwell的自动化电力能源管理解决方案通过软/硬件资源、国际认证产品质量、完善的售后服务系统和高回报率满足不断变化的电力和能源管理要求，适用于企业几乎所有的电力管理应用，提供降低能耗、跟踪成本和合理分配、简化自动报告、提高功率因数、延长设备寿命等优势，使自动化系统投资实现最大价值。参考文献1 transforming electric power automation 1 rockwell autota 2 tion 1j une 20032里凤阁，通令，林景波1洛克威尔自动化力量显示器电源显示器1低压电器12003(63 Guo zonren，王志凯，shezhansxing 1 P基于LC网络的分布式监视部门系统及其在电力系统中的应用1福州大学学报1