2023年12月25日发(作者：)
·专题讲座·低压电器（2012No．9）智能电网用户端第三讲讲座智能电网用户端电能管理系统奚培锋（上海电器科学研究所（集团）有限公司，上海200063）摘要：本文通过十二五节能减排政策以及政府规划内容引出智能电网用户端电奚培锋（1981—），男，工程师，主要从事现场总线和嵌入式系统开发。能管理系统。介绍了电能管理系统的主要组成部分以及三层能源管理系统架构，并通过对电能管理关键技术的阐述和分析，以便更好地理解电能管理系统在智能电网用户端体系中扮演的角色。关键词：智能电网用户端；电能管理；分布式能源；节能控制；能效管理中图分类号：TM727文献标志码：B5531（2012）09-0057-05文章编号：1001-Ⅲ．ElectricEnergyManagementSystemofSmartGridUserSideXIPeifeng（ShanghaiElectricalApparatusResearchInstitute（Group）Co．，Ltd．，Shanghai200063，China）Abstract：Throughtheenergysavingandemissionreductionpolicydruingthegovernmentconferenceandgovermentplanningantent，smartgriduserofelectricenergymanagementsystemwasleadedinthispaper．Themaincomponentofelectricenergymangementsystemandthreelevelenergymanagementsystemwereintroduced．Andthroughtheelectricenergymanagement＇skeytechnologywasdescribedandanalyzed，sothattheroleofsysteminsmartgridusercanbebetterunderstanded．Keywords：smartgriduser；electricenergymanagement；distributedenergy；energysavingcontrol；energyefficiencymanagement0引言端节能减排、高效用能的关键技术和重要手段。智能电网用户端系统包括了从电力变压器到用电设备之间，对电能进行传输、分配、控制、保护和电能管理的所有设备及系统，是构建坚强智能电网的重要组成部分。电力系统80%以上的电能是通过用户端电气设备传输，并在终端用电设备上消耗的。因此，智能电网用户端电气设备及系统是智能电网的重要组成部分，是建设智能电网的基础之一。智能电网用户端系统主要包括：智能电器及系统、电能管理系统、智能楼宇控制系统、双向互电能管理系统包括电能双动服务系统等。其中，向计量、负荷优化管理、分布式能源控制、电动汽车以及微电网控制等内容，是实现智能电网用户11．1背景我国的节能减排目标2009年，中国政府在哥本哈根会议上庄严承诺：到2020年，中国单位GDP的CO2排放将比2005年下降40%～45%，非化石能源占一次性能源消费比重达到15%左右。这两项目标是我国最为紧迫的重要能源战略要求，并已纳入到了强制性的国民经济发展纲要中。在电网的发、输、配、变、用等几大领域，电网用户端作为能源消耗的主体，有着巨大的节能潜力，逐渐成为社会关注的焦点。1．2分布式新能源的管理为了实现国家的承诺，特别是为了能够达到—57—［1］
低压电器（2012No．9）·专题讲座·非化石能源占比的目标，我国未来必须大规模发展核电、风电、太阳能、生物能等各类新能源。然而，仅仅依靠发电侧的新能源电站建设是远远不够，以欧美等国的发展经验来看，用户侧分布式新能源的有效利用同样是进一步优化电网组成架快速平抑电网高峰负荷的重要手段。因此，需构，要在用户侧建立有效的管理系统来实现分布式能源的接入与管理。1．3电能管理系统2012年3月9日，上海市人民政府颁布了率。（3）分布式能源管理。包括太阳能、风能、储能等安全接入与高效管理。（4）电动汽车充放电管理。实现用户侧电动汽车充放电系统管理。（5）微电网功能。实现分布式能源的孤岛、并网的切换、保护等控制功能及其他微网管理功能。2．3国内外电能管理系统发展趋势国外早在数年前便开始关注电能管理技术的北美、欧洲许多国际自动化企业都已经不遗发展，余力地开始开展有关电网能源管理系统的研究与开发。例如施耐德的EMS系统，可以从能源使用全生命周期角度进行灵活、可靠的能源过程监控，支持多种通信协议的设备接入方式，包括Profi-bus、Modbus等常规的通信协议，同时也支持OPC（OLEforProcessControl）和ODBC的通信方式。能源管理中心实时数据库服务器通过驱动程序实现对现场PLC以及配电系统控制，通过图形化能源运行、动态实时监测能源使用消耗、实时闭环调节、丰富的能源管理报表，实现了节能降耗的目标。罗克韦尔CPI企业能源管理系统，以机算机网络为基础，利用高性能、智能化仪表传感监控设备组成工业以太网络，通过底层PLC控制及上位组态软件实时、动态采集累计能源数据，并可形成能源分项分耗分析图表，同时为其相关系统提供良好的接口，如自动化生产调度管理系统和ERP管理系统及财务软件都具有无缝连接，实现了跟踪单位生产能耗，降低能源消耗的目标。国外企业通过不断的实践和积累，迅速带动相关技术发展，为其带来了巨大的经济利益与社会效益，并将这种先进的电能管理理念推广至全球。在国内，为了实现国家智能电网战略目标和新能源发展目标，地方政府也多次把各类公共建筑的能源管理建设纳入了重要发展规划。因此，一些企业也逐步开始开发电能管理系统及相关产品，但还未形成能与国外某些公司相抗衡的产品。《上海市节能和应对气候变化“十二五”，规划》文中多处涉及到了城市电能管理系统的发展。例：“十二五”如期间上海要完成700家工业重点用能单位和电信行业进行能源审计工作。对重点用能单位和大型公共建筑实施分层、分类能源审计，在深入做好工业领域重点用能单位管理的同时，督促非工业重点用能单位全面落实能源利用状况报告、内部能源审计、能源管理岗位设立、节能培训制度等基础工作，加强节能培训指导和信息服。“十二五”务期间实现非工业重点用能建筑开展能源审计覆盖率达到90%以上，每年完成大约80栋建筑的能效公示。另外，在上海近期发布的《上海市电力发展“十二五”规划》中明确表明，上，海电力发展战略重点是实现“四个同步”其中关键一点即是供应侧建设和需求侧管理的同步，要实现需求侧管理就必需在用户侧建立电能管理系统。因此，电能管理系统的应用和推广是完全符合十二五节能规划以及政府对城市发展趋势的。22．1电能管理系统概述电能管理系统的定义智能电网用户端电能管理系统是指适用于工矿企业和商用楼宇等高耗能领域的电能精细化采集、分析、预测以及设备负荷管理系统，主要包含数据双向计量、负荷优化管理、分布式能源控制、电动汽车充电管理等内容，并且可对接入的分布式能源进行统一调度管理，实现微电网功能。2．2电能管理系统主要作用电能管理系统的主要作用包括：（1）双向计量。实现用户用电情况的分类、分项、分区域的计量。（2）负荷管理。帮助用户提高能源利用效—58—33．1电能管理系统的主要组成系统通用架构电能管理系统主要包括四个子系统和综合管理平台如图1所示。
·专题讲座·低压电器（2012No．9）（4）电动汽车充放电管理系统。随着国际能源问题的日益突出，发展电动汽车，采用清洁能源，已经成为当今汽车工业的必经之路。目前，国内外各大城市也正在逐步构建自己的电动汽车发展计划，其中，电动汽车充电站信息管理系统以及充电站电能管理系统是整个电动汽车发展规划中的重要技术组成部分，也是用户端电能管理系统的组成部分。综合管理平台是指通过对以上4个电能管理重要组成部分进行统一的管理和调度。这就形成了智能电网用户端中微电网综合管理系统的雏存储和分析用形。整个管理平台能够实现收集、户的用电数据，并实现各类新能源的安全切入、有效供能，合理管理用户负荷，使能源使用效率达到最大化。3．2三层电能管理系统图1电能管理系统系统架构图（1）双向计量系统作为一种先进的智能化、数字化采集系统，双向计量系统被广泛应用于智能电网用户端各种用户类型的电能管理系统之中。系统包括多种智能化的计量仪表，其中，网络645及Modbus等通信协议，电力仪表多采用DL-以满足各类实时电能数据的通信。随着国家及各类用户对节能要求的提高，系统需要实现分项、分类、分区域的精细化计量。另外，随着用户侧分布式能源系统的逐步推广，系统还需要实现双向计量，及分布式能源上网后的能源计量。（2）负荷管理系统。主要实现用户各类主要并根据电网和用户用能的历负荷的自动化控制，史数据、实时数据和预测数据，结合分布式储能和分布式可再生能源的发电和储能状况，通过各类智能算法管理用户负荷，达到减少系统能耗的效果，实现真正的智能化控制。（3）分布式能源系统。随着智能电网的不断发展和分布式能源的不断推广，必须建立分布式能源管理系统。在用户侧，分布式能源主要是指一些小型的清洁能源，例如风力发电机组、光伏发电系统以及三联供系统等。这些不同模式的管理传输、储存等关系和分布式能源复杂的能源产生、要求大量的测量、控制信息和能量交换，处理这些信息必然需要采用先进的电能管理系统来完成。根据用户规模大小以及电力公司现有用户对象类型，可将智能电网用户端分为园区、楼宇和单元三个层次的用户。单元主要指家庭、办公室等单元范围内的用户；楼宇主要是指建筑类用户；园区主要是指工业园区、商务区等综合类用户。适用于这三层用户的电能管理系统的组合即可形成三层电能管理系统，如图2所示。图2电能管理系统的三层架构系统通过在供电侧与用户侧之间建立完整的信息传递，以及建立负荷管理体系来实现各层次之间的信息双向互动以及设备的自动管理。三层电能管理系统是能够集成分布式电能管理、楼宇自动控制等原有自动控制系统的上层管理应用，是以基于原有系统而不破坏原有系统为原则的创新电能管理体系架构。因此，三层电能管理系统—59—
低压电器（2012No．9）·专题讲座·架构是符合未来用户端电能管理发展方向的顶层体系设计，并具有与未来电网双向互动技术无缝融合和对接的功能。4．2．2用电分析技术通过对采集到的电能基础信息进行整合和美化，为使用者提供一个尽可能易懂的信息界面。通常采用饼图、柱状图或者曲线图等形式来达到提高信息传递效率的目的。同时，预留可配置空使用户可自主选择所要查看的数据，并进行分间，析和对比等操作，帮助用户分析用电合理性。4．2．3用电预测技术采用智能化算法，通过对一定时期用电历史44．1智能电网用户端电能管理系统关键技术网络通信技术网络通信技术在电能管理系统中属于通用、共性技术，无论是计量系统、负荷管理系统等，都需要通过统一的网络传输相关数据。电能管理系统中的设备层与控制层的通信网络一般是以以太网为主干网，并通过串口服务器、通信协议转换网关等把相关设备接入网络，同时也支持通过短距离无线通信网关来实现相关设备的接入。其中，以太网多用于能源计量、负荷管理系统以及分布式能源管理系统，而智能电表以及智能开关等多用RS－485通信接口，利用通用的协议网关设备就可以把串口转成以太网接入到网Wifi）一般可以用络中。短距离无线（如ZigBee、在办公室、会议室等终端设备的控制之中。在管理层，各个监控PC间还可以利用公网来传输数据。只要安装相应的客户端就可以在远程访问实时的数据。利用公网传输数据，可以在保证基本通信安全的前提下节省工程的初期投资成本，缺点是网络受外部影响比较大、不稳定、安全性较差。相对于公网传输来说，利用专用网络的电能管理系统受外界影响较小，信息安全性较强，缺点是初期投资成本比较大，且不易于扩展。4．2电能计量技术4．2．1双向计量技术目前，许多国家规定用户自己的发电系统产［2］信息以及外围环境信息、天气预报等数据的统计、建模和分析，对未来一段时期内用户的用电量进行预测，提出合理的最大需量值，达到节能降耗、经济用电的目的。4．34．3．1负荷管理技术需量控制技术商业用电的费用缴纳分为两部分，除了正常的用电费用之外，每月还有一部分基本容量费的支出。用户每月可根据实际需要向电力公司申请，当月的最大峰值用电负荷，称为“最大需量”并为此支付额外的最大需量电费。如果用户在实际用电时超过了申报的最大需量值，就将遭到电力公司的罚款。需量控制技术是指利用计量、通信和设备自动控制技术实现对负荷用电的实时监测。当实时负荷接近当月用户申请需量时，系统发出报警，为人工干预或自动控制切除部分非重要负载提供决策性依据的智能管理系统。从用户的角度使用需量控制技术能够避免由于超出申报需量而额外支付的罚款费用；而从电力公司的角度，用户降低了最大峰值用电负荷，也可缓解整个电网用电高峰时期供电容量压力。4．3．2负荷优化技术这是一种基于用电分析技术而提出的负荷优化运行方案。通过对系统负载进行运、停控制，及时控制用户侧的负荷总量，并同时保证重点设备的用电安全。负荷优化技术是在用电分析技术和用电预测技术之上的一种高级应用。系统能够结合当前电价信息、用电预测信息等自动提出合理调节负载运行方案，从而帮助用户合理有效地降低电费支出、提高用电效率。这是未来智能电网用户端双向互动和实时电价下的核心控制技术。4．4分布式能源关键技术分布式能源关键技术主要包分布式能源的发生的电能可以反馈给电网，并获取一定的经济利益。虽然在我们国家还没有开始实施，但这是一种发展方向。为了满足这种应用需要，必须研究一种可以计量用户消耗电能（即正向电能），又可以计量用户反馈到电网的电能（即反向电能）的电能计量技术，即双向计量技术。该技术主要依靠具有双向计量功能的智能电表来实现。电表根据电网上的电流与电压相位夹角大小，对一个系统使用电能的方向进行判断，从而实现精确地测量三相正向和反向的电能数据。—60—
·专题讲座·低压电器（2012No．9）DG）、电（DistributedGeneration，并网与预测技术，它主要实现分布式可再生能源的智能化控制和综合利用管理，并根据实时天气数据预测发电量，为用户端系统高效运行提供信息。通过分布式能源管理系统，需要实现对DG在线状态的监测和管包括在线监测DG出口的电压质量，在电压超理，出范围时，确保DG正确解列；能够控制DG启停，降低区域DG群起群落给电网带来的影响；能够协调配电网电容投切补偿和DG的无功调节，优化系统的功率因素控制，提高系统供电质量；能对DG状态进行确认，确保DG够在保护动作后，正确配合保护的动作，降低孤岛对用户级维护人员的安全威胁，从而保障分布式能源的安全运行。除上述外，分布式能源关键技术还包括电池管理技术、冷热电三联供系统的高效供能技术等。其核心都是通过计算机通信和自动化控制技术的集成运用来提高用户侧分布式能源的使用效率和安全性，从而达到节能减排、节省电费等目的。4．5电动汽车充放电控制技术随着电动汽车的发展，电动汽车充放电技术4．5微电网控制技术微电网控制技术是在以上四种基本关键基础上的综合管理和高级应用，是一种对多种分布式能源以及对用户负荷统一控制和协调管理的综合技术。微电网运行状态主要分为并网运行和孤岛运行。两种运行模式的管理以及相互间的无缝切换是一个非常复杂的控制逻辑，是智能电网用户端中电能管理系统的高级应用，其相关的核心技术和管理方法也正是目前国内外各研究单位所要攻克的难题。5结语随着网络技术、通信技术、控制技术、分布式能源等新技术的发展，智能电网用户端正朝着系统化、标准化的方向发展，安全、智能、节能、舒适将成为未来智能电网用户端发展与建设的主流方向。而电能管理系统作为智能电网用户端系统的重要组成部分，扮演着重要的角色，其发展趋势必然会越来越快。在节能减排、分布式能源利用等领域将起到不可忽视的作用。【参考文献】［1］李照阳．分布式能源的管理及测控系统［G］．自主创新与持续增长等十一届中国科协年会论文集（2），2009．［2］谌贵辉，张华斌，赵万明，等．基于ADE7758的双向J］．微计算机信息，2009，12-多功能电能表的设计［2：73-75．04－16收稿日期：2012－也逐渐成为了智能电网用户端电能管理系统的一个重要组成部分。目前充电桩已经不单单是仅能够向电动汽车单向充电的装置了，随着智能电网用户端互动技术的发展，充电桩已经可以实现汽车向电网反向充电，以满足电网移峰填谷的要求。电动汽车的充电桩可分为交流充电桩、直流充电桩二种类型。对于充电桩充放电过程管理即是电动汽车充放电控制技术。檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿（上接第56页）电性能优越，具有较强抗电弧侵蚀能力的Ag-Ni30，静触头采用AgC4进行配对使用，确保产品在分断大电流时在较强的电弧侵蚀下磨损量较小，有较多的接触裕量。目前，该产品已获得2项发明专利，凭借先进的技术指标和可靠的产品质量出口欧洲，在中高端市场与国外知名品牌形成同台竞争的格局，并被奥组委指定为2012年伦敦奥运会通信设备专用产品。的要求越来越高，剩余电流动作断路器在市场上倍受青睐。NBIL（2H）RCBO的额定短路能力为10kA，适用于50Hz，额定工作电压240V，额定电流至40A的线路中。其主要技术参数均符合国家标准和国际电工委员会的相关标准。稳定的性能，加上技术创新，具有广泛的市场应用前景。【参考文献】［1］GB16917．1—2003家用和类似用途的带过电流02－15收稿日期：2012－5结语S］．2003．保护的RCBO第1部分：一般规则［随着电力工业的发展，电器可靠性和安全性—61—
