降低工礦企業
、基(ji)建(jian)和(he)商(shang)業(ye)大(da)樓(lou)的(de)能(neng)源(yuan)消(xiao)耗(hao)，實(shi)現(xian)節(jie)能(neng)
，節(jie)電(dian)，經(jing)濟(ji)運(yun)行(xing)已(yi)成(cheng)為(wei)企(qi)業(ye)經(jing)理(li)和(he)管(guan)理(li)人(ren)員(yuan)的(de)熱(re)門(men)話(hua)題(ti)。采(cai)用(yong)節(jie)能(neng)產(chan)品(pin)

，用(yong)信(xin)息(xi)化(hua)和(he)透(tou)明(ming)化(hua)技(ji)術(shu)管(guan)理(li)配(pei)電(dian)係(xi)統(tong)是(shi)技(ji)術(shu)發(fa)展(zhan)的(de)必(bi)然(ran)的(de)趨(qu)勢(shi)。西(xi)門(men)子(zi)基(ji)於(yu)工(gong)業(ye)自(zi)動(dong)化(hua)和(he)網(wang)絡(luo)技(ji)術(shu)的(de)優(you)勢(shi)，提(ti)出(chu)了(le)全(quan)集(ji)成(cheng)電(dian)能(neng)管(guan)理(li)（Totally Integrated Power，簡稱TIP）的理念
，提供了完整的解決方案如圖1
，包括：配電產品
、配pei電dian設she計ji工gong具ju軟ruan件jian和he電dian能neng管guan理li係xi統tong。西xi門men子zi信xin息xi化hua電dian能neng管guan理li解jie決jue方fang案an是shi通tong過guo實shi時shi采cai集ji相xiang關guan的de電dian力li參can數shu，用yong信xin息xi來lai管guan理li配pei電dian係xi統tong每mei一yi個ge節jie點dian的de用yong電dian負fu荷he
，有you效xiao地di控kong製zhi和he優you化hua電dian能neng的de消xiao耗hao。西xi門men子zi信xin息xi化hua電dian能neng管guan理li係xi統tong可ke以yi廣guang泛fan應ying用yong在zai工gong礦kuang企qi業ye，商shang業ye建jian築zhu，市shi政zheng及ji基ji礎chu設she施shi。使shi用yong信xin息xi化hua電dian能neng管guan理li係xi統tong的de目mu的de在zai於yu節jie能neng、省電
、省錢。

圖1 TIP解決方案概覽

信息化電能管理係統采用分層分布式設計思想，整個係統大體分為三層：現場設備層
，PLC數據處理層和運行監控層。係統架構如圖2所示。

 

圖2 電能管理係統架構

在現場設備層，通過PROFIBUS總線
，集成具有通信功能的智能線路保護設備和測量設備。如SENTRON 3WL和3VL係列斷路器；SIMEAS-P多功能測量設備和電能表
；SIMOCODE智能電動機控製與保護裝置；SIPROTEC中壓綜合繼電保護裝置；ET200S數據采集與控製裝置等。

            中壓綜合繼電保護裝置SIPROTEC係列是一種集保護、測量、控製、故障錄波
、顯示和通信於一體的綜合繼電保護裝置，其主要功能如下：

l         保護功能：過流
、速斷、接地

、零序電流
、中性點接地過流、過負荷、負序過流（不平衡電流保護）、過/欠電壓、重合閘、溫度保護等。可以靈活的應用於中壓係統的饋線保護，變壓器保護，以及中壓係統中大量應用的電機保護。

l         測量功能：電壓、電流
、功率、電能、頻率
、功率因數
、諧波含量等。

l         控製功能：分/合閘，重合閘控製報警等。無論是遠方還是就地控製

，通過密碼權限管理，保證係統和人員的安全。

l         監視功能：有LCD屏幕顯示測量數據等。

l         邏輯編程功能：綜合保護裝置中內置有CFC邏輯編程功能，可以為不同的應用場合提供靈活的調整和運用
，以實現告警以及聯閉鎖等功能。

l         靈活豐富的通訊功能：保護裝置集成了IEC 60870-5-103, Profibus, Modbus, DNP3.0, IEC 61850等規約。

            針對重要的低壓饋線回路，比如變壓器低壓側出線、低壓母聯等，西門子提供了SENTRON 3WL係列斷路器方案。SENTRON 3WL采用了一致的模塊化結構，通過3WL內部的係統總線能夠和電子脫扣器ETU45B
、ETU55B和ETU76B連接通信，通過和COM15通信模塊實現了Profubus通信能力。具有通信能力的SENTRON 3WL斷路器能夠完成如下4遙功能：

l         狀態量：開關分/合信號，脫扣信號，儲能機構儲能信號
，合閘準備就緒信號，欠電壓脫扣信號。

l         模擬量：電流，電壓，功率，電能，功率因數，頻率，以及它們的最大值/最小值，斷路器溫度
，同時還具有諧波測量和故障錄波功能。

l         遠程分/合斷路器。

l         遠程參數整定能力。

            針對一般饋線回路
，比如
，一般的低壓出線回路
，西門子提供了SENTRON 3VL係列斷路器方案。SENTRON 3VL通過COM10通信模塊或者SEMEAS P表實現了Profibus通信。和SEMEAS P表組合的SENTRON 3VL斷路器能夠完成如下4遙功能：

l         狀態量：開關分/合信號
，脫扣信號
，帶脫扣原因、操作電流和時標的脫扣信號，告警信號，帶時標的告警信號。

l         模擬量：電壓，電流
，有功


，無功，視在功率，功率因素,係統頻率

，相角，有功電度
，無功電度,電壓和電流的不平衡度，以及諧波測量和電壓和電流的波形畸變THD。

l         遠程分/合斷路器。

l         遠程參數整定能力。

另外，也可以采用智能I/O模塊采集斷路器3VL的模擬量和狀態量以及實現斷路器3VL分/合控製。

            針對電動機保護與智能控製，西門子提供了SIMOCODE-DP解決方案。SIMOCODE-DP係統能夠保護額定電流範圍從0.25至820A的單相或者三相電機等電氣設備，具有過載、不平衡電流、相線故障、接地故障、轉子堵轉保護功能。通過以下兩種途徑可以實現SIMOCODE-DP的在線修改參數、診斷和調試。一種是在當地，通過RS-232係統接口進行點對點通信，使用Win-SIMOCODE-DP/Smart實現SIMOCODE-DP的在線參數分配
、操作、監控和測試。另外一種在控製中心使用OM-SIMOCODE-DP，通過Profibus通信，遠程實現SIMOCODE-DP的在線參數分配、操作、監控和測試。能夠獲取的遙測量有三相電流、啟動次數、脫扣次數
、設備運行小時數等；遙信量有運行狀態、故障信息等。

PLC數據處理層位於現場設備層和運行監控中心層之間，主要完成上下層之間的網絡連接轉換和信息的處理交換。通過PROFIBUS現場總線
，把采集的數據傳送到PLC數據處理層
，對數據作規範化預處理，處理的數據與時標相對應，並可在數據緩衝區中儲存一周。PLC獲取和處理的數據有選擇性地上傳到控製中心
，以便於集中監視現場工況信息；同時
，下達來自於控製中心的遙控和遙調信息給現場設備層的各類智能設備及儀表。通過組態編程
，PLC能夠自動控製現場設備層的智能設備。

操作與監控中心硬件配置根據用戶的實際需求，可以配置出靈活豐富
、功能強大的係統，比如
，考慮冗餘情況，配置主備數據庫服務器、主備前置機、操作員工作站、WEB服務器等
，基於控製中心係統的安全，係統還可以配置不同的網段。監控中心軟件由WinCC開發出友好的人機界麵。配電實時工況信息以曲線、表(biao)格(ge)以(yi)及(ji)參(can)數(shu)化(hua)處(chu)理(li)後(hou)的(de)數(shu)據(ju)進(jin)行(xing)顯(xian)示(shi)
，也(ye)可(ke)顯(xian)示(shi)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)的(de)數(shu)據(ju)。係(xi)統(tong)對(dui)重(zhong)要(yao)的(de)信(xin)息(xi)進(jin)行(xing)存(cun)盤(pan)歸(gui)檔(dang)，同(tong)時(shi)，提(ti)供(gong)靈(ling)活(huo)豐(feng)富(fu)的(de)報(bao)表(biao)功(gong)能(neng)
，用(yong)戶(hu)可(ke)以(yi)依(yi)據(ju)實(shi)際(ji)需(xu)求(qiu)靈(ling)活(huo)自(zi)定(ding)義(yi)報(bao)表(biao)。因(yin)此(ci)，管(guan)理(li)人(ren)員(yuan)在(zai)控(kong)製(zhi)中(zhong)心(xin)利(li)用(yong)透(tou)明(ming)化(hua)的(de)能(neng)源(yuan)管(guan)理(li)來(lai)進(jin)行(xing)有(you)效(xiao)地(di)分(fen)析(xi)和(he)決(jue)策(ce)
，實(shi)現(xian)節(jie)能(neng)、省電

、降低運行成本。

l     增加了從電源設備到各類終端負載電能消耗透明度
，優化運行成本。

l     可依據電能需求模式和要求，更精確，有效和經濟地購買電能。

l     采用分析診斷
，定向服務/維護等手段，優化開關設備的性能和用電負荷。

l     係統為開放式和模塊化結構，故係統的集成
，組態，擴展更靈活。

信(xin)息(xi)化(hua)電(dian)能(neng)管(guan)理(li)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)是(shi)根(gen)據(ju)配(pei)電(dian)係(xi)統(tong)現(xian)狀(zhuang)和(he)發(fa)展(zhan)趨(qu)勢(shi)的(de)研(yan)究(jiu)而(er)提(ti)出(chu)的(de)。它(ta)能(neng)分(fen)析(xi)電(dian)能(neng)分(fen)配(pei)與(yu)各(ge)類(lei)負(fu)載(zai)消(xiao)耗(hao)電(dian)能(neng)的(de)全(quan)過(guo)程(cheng)。目(mu)的(de)就(jiu)是(shi)從(cong)能(neng)源(yuan)消(xiao)費(fei)的(de)觀(guan)點(dian)管(guan)理(li)和(he)配(pei)置(zhi)配(pei)電(dian)係(xi)統(tong)，降(jiang)低(di)運(yun)行(xing)費(fei)用(yong)。不(bu)論(lun)是(shi)工(gong)業(ye)廠(chang)房(fang)還(hai)是(shi)商(shang)業(ye)建(jian)築(zhu)，基(ji)本(ben)追(zhui)求(qiu)的(de)目(mu)標(biao)是(shi)合(he)理(li)、有效和經濟地使用電能，減少電能的消耗，最大限度地降低電能的費用。

通tong過guo集ji中zhong監jian視shi，係xi統tong提ti供gong了le實shi時shi在zai線xian的de能neng源yuan消xiao耗hao數shu據ju。係xi統tong可ke按an不bu同tong的de區qu域yu不bu同tong的de時shi間jian生sheng成cheng用yong電dian報bao表biao，自zi動dong計ji算suan單dan位wei能neng耗hao
，有you利li於yu改gai進jin成cheng本ben。通tong過guo靈ling活huo的de負fu荷he曲qu線xian
，除chu了le能neng夠gou獲huo取qu實shi時shi負fu荷he外wai，還hai能neng進jin行xing曆li史shi趨qu勢shi分fen析xi，有you效xiao地di優you化hua重zhong要yao負fu荷he的de能neng耗hao。工gong礦kuang企qi業ye的de操cao作zuo員yuan通tong過guo視shi窗chuang人ren機ji界jie麵mian對dui配pei電dian係xi統tong進jin行xing可ke視shi性xing操cao作zuo和he有you效xiao地di管guan理li如ru圖tu3。每一台線路保護開關均可以在控製室（或本地）進jin行xing分fen合he操cao作zuo。可ke視shi化hua的de遠yuan程cheng操cao作zuo毫hao無wu疑yi問wen地di增zeng加jia了le係xi統tong和he操cao作zuo人ren員yuan的de安an全quan性xing。當dang我wo們men製zhi定ding預yu防fang性xing的de維wei護hu和he檢jian修xiu計ji劃hua工gong作zuo同tong時shi
，可ke依yi據ju操cao作zuo信xin息xi及ji列lie表biao文wen件jian提ti供gong的de有you價jia值zhi信xin息xi，有you效xiao地di為wei每mei一yi台tai開kai關guan裝zhuang置zhi和he設she備bei組zu織zhi有you針zhen對dui性xing的de維wei護hu和he檢jian修xiu工gong作zuo。例li如ru，開kai關guan操cao作zuo信xin息xi清qing單dan詳xiang細xi記ji錄lu了le設she備bei的de操cao作zuo次ci數shu以yi及ji保bao護hu動dong作zuo，故gu障zhang切qie斷duan電dian源yuan的de次ci數shu
，同tong時shi給gei出chu了le下xia次ci應ying進jin行xing維wei護hu和he檢jian修xiu的de時shi間jian和he內nei容rong。開kai關guan保bao護hu裝zhuang置zhi必bi須xu進jin行xing檢jian修xiu時shi，可ke以yi通tong過guoSMS方式直接把維護和檢修的時間和內容傳輸給維護人員
，今後，也可以通過WAP（網上協議）來傳送。預防性的維護和檢修計劃意味著能保證連續供電，減少了昂貴的停電時間。

 

 圖3 運行監控和整定

 

與供電局簽訂的供電合同中的有關電耗指標，可以通過軟件的“負荷管理”功能優化如圖4。通tong過guo實shi時shi的de負fu荷he曲qu線xian和he曆li史shi負fu荷he曲qu線xian趨qu勢shi分fen析xi，可ke消xiao除chu或huo避bi免mian高gao峰feng用yong電dian，或huo不bu履lv行xing供gong電dian合he同tong而er招zhao致zhi的de罰fa款kuan。按an負fu荷he重zhong要yao性xing的de列lie表biao文wen件jian管guan理li負fu荷he，通tong過guo自zi動dong控kong製zhi，切qie換huan或huo卸xie負fu荷he等deng手shou段duan，使shi係xi統tong按an合he同tong的de電dian耗hao指zhi標biao經jing濟ji運yun行xing。

 

 圖4 負荷管理

 

成本管理如圖5所(suo)示(shi)，自(zi)動(dong)采(cai)集(ji)電(dian)能(neng)消(xiao)耗(hao)的(de)定(ding)量(liang)信(xin)息(xi)，與(yu)各(ge)類(lei)負(fu)荷(he)相(xiang)對(dui)應(ying)。這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)，每(mei)一(yi)個(ge)負(fu)載(zai)均(jun)建(jian)立(li)獨(du)立(li)賬(zhang)戶(hu)
，從(cong)該(gai)賬(zhang)戶(hu)中(zhong)很(hen)快(kuai)地(di)得(de)到(dao)耗(hao)電(dian)量(liang)，電(dian)費(fei)等(deng)詳(xiang)細(xi)的(de)表(biao)格(ge)數(shu)據(ju)信(xin)息(xi)，同(tong)時(shi)
，還(hai)能(neng)夠(gou)統(tong)計(ji)成(cheng)本(ben)帳(zhang)單(dan)中(zhong)能(neng)源(yuan)中(zhong)斷(duan)供(gong)應(ying)的(de)時(shi)間(jian)和(he)百(bai)分(fen)比(bi)。

 

 

圖5 成本管理

 

大(da)量(liang)工(gong)業(ye)要(yao)求(qiu)連(lian)續(xu)可(ke)靠(kao)供(gong)電(dian)，盡(jin)可(ke)能(neng)地(di)減(jian)少(shao)電(dian)網(wang)對(dui)用(yong)戶(hu)的(de)幹(gan)擾(rao)，要(yao)求(qiu)提(ti)供(gong)合(he)格(ge)的(de)電(dian)能(neng)也(ye)越(yue)來(lai)越(yue)被(bei)廣(guang)大(da)的(de)低(di)壓(ya)用(yong)戶(hu)采(cai)納(na)。有(you)關(guan)電(dian)能(neng)質(zhi)量(liang)的(de)國(guo)家(jia)標(biao)準(zhun)已(yi)經(jing)陸(lu)續(xu)出(chu)版(ban)
，電(dian)能(neng)的(de)質(zhi)量(liang)指(zhi)標(biao)如(ru)“供電電壓的允許偏差”

，“公用電網諧波”，“三相電壓允許的不平衡度”以及“電壓波動和閃變”等
，必將是電力公司與用戶簽訂供電合同的主要內容之一。

電能質量不合格(或不符合要求)通(tong)常(chang)指(zhi)供(gong)電(dian)電(dian)壓(ya)的(de)幅(fu)值(zhi)變(bian)化(hua)，波(bo)形(xing)畸(ji)變(bian)和(he)頻(pin)率(lv)偏(pian)移(yi)等(deng)超(chao)過(guo)電(dian)能(neng)質(zhi)量(liang)標(biao)準(zhun)規(gui)定(ding)的(de)指(zhi)標(biao)。不(bu)合(he)格(ge)的(de)電(dian)能(neng)質(zhi)量(liang)有(you)時(shi)還(hai)表(biao)現(xian)為(wei)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)低(di)
，無(wu)功(gong)損(sun)耗(hao)大(da)或(huo)供(gong)電(dian)可(ke)靠(kao)性(xing)差(cha)等(deng)。

西門子斷路器3WL的增強型測量功能模塊F05能夠測量配電係統的29次(ci)諧(xie)波(bo)
，同(tong)時(shi)
，還(hai)具(ju)有(you)瞬(shun)態(tai)波(bo)形(xing)記(ji)錄(lu)功(gong)能(neng)。通(tong)過(guo)諧(xie)波(bo)測(ce)量(liang)
，不(bu)但(dan)能(neng)夠(gou)分(fen)析(xi)電(dian)網(wang)質(zhi)量(liang)，而(er)且(qie)還(hai)可(ke)能(neng)找(zhao)到(dao)故(gu)障(zhang)失(shi)常(chang)的(de)原(yuan)因(yin)，以(yi)便(bian)於(yu)減(jian)少(shao)或(huo)者(zhe)消(xiao)除(chu)失(shi)常(chang)現(xian)象(xiang)。和(he)斷(duan)路(lu)器(qi)3VL通信的SEMEAS P表同樣具有21諧波測量功能。圖6為SEMEAS Pbiaoceliangdexieboxianshi。gonglvyinshudejianceguanli，youzhuyuzaibutongdequyuzidonghuozheshoudongtouqiedianrongqizu，tigaogonglvyinshu。yinci，tongguoxianchangshebeidexieboceliangyijishuntaiboxingjilu，zaikongzhizhongxinnenggouduizhexieceliangzhiyijishijianjinxingxitongdifenxi，youliyufaxiandianwangzhongcunzaidewentiyijicaiquxiangyingdecuoshi，laitigaodiannengzhiliangheyongdianshuiping。

圖6 諧波顯示

信息化電能管理係統以Profibus總線將現場各類設備采集的信息上傳到PLC，同時

，PLC和控製中心之間通過Profinet實現通信
，快速交換信息
，這樣就構成了一個完整的分層分布式配電電能管理係統。圖7為北京西門子大樓配電係統原理圖，係統采用Siemens WinCC作為上位監控軟件

，在監控中心實現電能管理功能。Siemens PLC作為各個監控分區的中央控製器
，通過Profibus總線，利用COM15通信模塊實現斷路器3WL的4遙功能；同樣，使用SIMEAS P表和斷路器3VL組合也實現4遙功能，從而全麵實現對低壓係統的一體化綜合監控，具有實時數據采集、一次接線圖顯示、參數設置
、事件報警記錄
、曲線棒圖、報表打印
、故障智能分析及與上級計算機聯網等基本功能和其它高級電能管理功能。

 

  

圖7 北京西門子大樓配電原理圖

信息化電能管理係統是西門子全集成電能管理的重要組成部分。它采用分層分布式設計思想，為工礦企業、商業大樓等用戶提供了配電係統的透明化監控，通過負荷管理、成本管理、diannengzhiliangfenxidengshouduanweiguanlirenyuantigonglefengfudejuececankaoxinxi，youliyuguanlirenyuanduinengyuanguanlijinxingzhengquedefenxihezuochumingzhidejuece，youxiaodiyouhuahekongzhinengyuanxiaohao，zuizhongshixianjieneng
、省電
、經濟運行。