智能化供配電系統設計

趙麗芳

（溫州電力設計有限公司 浙江省溫州市 325000）

當前是一個經濟全球化時代，我國供配電系統建設工作發展要與時俱進，跟上時代前進的腳步。智能化供配電系統最為重要的三大要素是自動控制、測量以及監視，企業通過科學有效搭建起專業完善的智能化供配電系統，能夠幫助自身全面準確掌握了解到供配電系統的運行環境、運行狀態以及電力消耗變動等。基于智能化供配電系統運行作用下，還可以更加高效管理所有關聯運行設備，充分發揮出各項設備資源的價值作用。與西方發達國家相比較，我國智能化供配電系統設計工作還處于初級發展階段，還需要培養更多技術人才，引導他們積極參與到智能化供配電建設事業中，貢獻出自身最大價值。

1 常見智能化供配電系統設計方案

1.1 PCL（可編程序控制器）和遠程I/O組成的監控系統設計

PCL（可編程序控制器）和遠程I/O 組成的監控系統核心控制部件是可編程序控制器，該監控系統構成方式按照系統規模、可靠性要求以及監控功能要求可以科學有效劃分為很多種，無論是哪種構成方式的智能化監控系統都需要基于可編程序控制器完成對傳統供配電柜的智能化與自動化控制管理。企業技術人員要在該供配電管理系統中合理設置好可編程序控制器和遠程I/O 功能模塊[1]，其能夠幫助現場工作人員實時采集獲取到斷路器及其他運行設備的狀態參數，一旦設備出現故障問題會自動發出警報提醒，實現對現場設備的遠程控制和自動投切控制。

1.2 PCL（可編程序控制器）和智能監控模塊組成的監控系統設計

與上種智能化供配電系統設計方案一樣，該系統設計的核心控制部件也是可編程序控制器，技術人員要在該監控系統設計中合理設置好斷路器設備，并在其中有效加裝電動操作機構。基于現場總線與智能監控模塊功能的優化布置設計，能夠充分發揮出可編程序控制器的作用，幫助現場工作人員實現對斷路器的實時監控管理。

1.3 PLC（可編程序控制器）和帶智能脫扣器及通訊口的智能型斷路器組成的監控系統設計

在該智能化供配電系統設計方案中，技術人員要注意的是實際選用斷路器設備必須確保其是智能型的，能夠自身攜帶好智能脫扣器和通訊接口。可編程序控制器能夠基于智能脫扣器和通訊口完成對斷路器運行狀態和設備故障等信息數據的有效采集，同時還可以發出斷路器接通與分斷的控制命令。在該系統優化設計過程中，技術人員要確保可編程序控制器與現場監控計算機互聯在一起，然后利用計算機網絡設備實現人-機的正常交流對話[2]，并且現場計算機設備能夠幫助企業做好對設系統設備運行各項數據的實施記錄保存，以便后期工作人員的信息查詢，采取相關安全故障的防范控制措施。

2 智能化供配電系統的網絡結構和監控設備優化設計

2.1 網絡結構設計

圖1：供配電監控系統的網絡結構設計方案

智能化供配電系統實質是指一個局域網系統，其具備良好的全過程控制功能，能夠幫助企業更好采集儲存管理數據信息，全面提高對電網的管理質量和效率。當前智能化供配電系統的網絡結構設計種類主要包括了分布式控制系統、集中式控制系統以及現場總線控制系統等。技術人員要充分認識到智能化供配電系統的網絡結構設計水平會決定了整個系統運行的安全穩定性，因此相關工作人員必須認真做好前期規劃工作，嚴格遵循以下幾方面原則內容：

（1）采取有效優化設計措施，最大程度減少故障波及面，確保能夠實現“危險分散”；

（2）設計集中網絡監控功能，達到實時全面監控工作要求；

（3）網絡結構設計要與智能化供配電系統建設管理規模相適應，避免不必要的資源投資浪費；

（4）有效提供拓展功能，方便后續系統的擴展操作實現。

在現代企業建設過程中智能化供配電監控系統通常設計采用的網絡結構形式具有多層次特點，網絡結構主要被劃分為3 層，它們分別是集中控制層、管理層以及現場I/O 設備。其中控制層作為整個智能監控系統的控制中心，主要負責對供電系統日常運行的數據信息監測和控制；管理層功能設計應用則主要是負責對各項數據的處理分析和存儲管理，方便工作人員的信息對話交流；現場I/O 設備主要負責采集獲取各項設備運行狀態信號和運行參數等信息[3]，完成對所有相關運行設備的控制操作目標。如圖1所示，為供配電監控系統的網絡結構設計方案。如果企業本身系統規模設計要求偏小，則可以考慮減去控制層設計工作內容，將該層功能科學有效分散到管理層，只需要增加通信控制器或者網關等設備。

2.2 監控設備搭配設計

2.2.1 現場I/O 設備

在智能化供配電系統設計工作中，監控設備搭配設計極為重要，現場I/O 設備裝配設計要求內容主要包括了網絡電力儀表、綜合保護裝置、遠程數據采集模塊以及電能質量檢測裝置等。設計人員需按照一層設備進行對應分布式配置I/O 設備，確保現場任何一個I/O 設備都保持獨立運行狀態，為企業供配電系統提供檢測、保護、控制以及通訊交流等功能，幫助工作人員實時采集獲取到大量系統運行數據信息，充分掌握了解到系統設備的運行狀態，根據故障原因及時采取有效解決措施。工作人員針對現場I/O 設備采用的配置方式主要有兩種，一種是分散式配置方式，一種是集中式配置方式[4]。集中式配置方式指的是將現場所有I/O 設備集中配置在監控柜中，其應用優勢在于能夠實現對監控管理系統和配電柜的分別制造設置，無需復雜操作、協調配合較為簡單，并且可以全面提升系統運行的穩定可靠性。集中式配置方式的弊端在于需要工作人員在現場安裝大量線路，一定程度增加了員工工作任務量和企業系統設計施工成本。分散式配置方式是通過將現場各項I/O 設備分別安裝設置在各個配電柜中，這樣就能夠組成智能化配電柜。該種配置方式應用優勢在于布線任務輕，工作人員只需要在現場正確安裝設置通信電纜和監控系統電源線，其不足之處在于系統只能在現場展開調試作業，需要花費較多的調試時間。

2.2.2 控制層

智能化供配電系統中的控制層設計應用主要負責對現場設備運行數據信息的有效采集的安全有效儲存，同時基于控制網絡實現對各項信息的傳遞。其作為整個智能化供配電系統的控制核心，組成部分主要包括了控制器和通信總線。控制層控制器設計應用的類型有很多種，設計人員應該根據系統規模要求合理選用控制器，宜采用的控制器有可編程邏輯控制器、直接數字控制器、混合性控制型。就比如，在民用建筑智能化供配電系統設計工作中，如果沒有特殊要求工作人員可以直接采用直接數字控制器。控制層通信總線通信協議能夠采用的有CP/IP、Meter Bus、BACnet 等。

2.2.3 管理層

在智能化供配電系統設計中，設計人員要確保系統管理層具備以下幾個功能：

（1）檢測各個子系統對控制命令響應情況，監控整個系統各項設備的運行參數和實際狀態；

（2）清晰準確顯示和記錄各項測量數據、故障報警以及狀態等數據信息；

（3）數據信息報表的生成和打印。

管理層作為整個智能化供配電監控系統的監控中心，其設計配置內容主要包括了顯示屏幕、計算機服務器、監控軟件、打印機、通訊機柜以及電源等設備。不同配置設備有著不同的功能作用，就比如計算機服務器起到的作用是人機對話界面，其設置數量要根據系統規模要求進行明確，如果是當個變電站的小型供配電監控系統設計，那么工作人員只需要合理設置一臺監控計算器即可[5]。而如果是針對于多個變電站的中大型供配電監控系統，設計人員則需要合理設置多臺計算機監控設備，并安裝專業服務器專門負責對所有設備運行數據的處理分析和保存管理。

2.2.4 網絡通訊和應用軟件

智能化供配電系統設計中的網絡通訊指的是實現數據交換各項通訊設備與線路的總稱，系統網絡通訊設計內容主要涵蓋了通訊電纜、以太網關、光纖收發器、交換機等，系統設計人員要結合不同項目實際情況合理設計對應的網絡結構，并優化配置現場網絡通訊設備和電路，確保能夠在最低成本下創造出最大的經濟效益。智能化供配電監控系統應用軟件主要包括了監控軟件、數據采集軟件、能源管理軟件等，系統設計人員在選用相關專業通用軟件時，要綜合考慮到以下幾方面因素：

（1）能夠滿足不同樓控系統、調度中心以及上級管理系統等的數據交換和管理要求；

（2）各系統軟件操作具有良好的人機界面，基礎功能應有盡有；

（3）具有良好開放性的面向不同智能監控設備的通訊驅動程序。

3 智能化供配電系統設計中的節能措施應用

3.1 科學選用變壓器

在傳統建筑供配電系統設計中，變壓器設備每年都會損耗上萬至幾十萬千瓦時的電能資源，這樣無疑會增大企業電力支出成本。針對于此，企業技術人員在智能化供配電系統設計中，可以通過科學采取市場上新型節能變壓器設備，根據建筑規模用電大小明確變壓器容量，促使其負載率維持在0.5-0.7。工作人員可以通過采取適當提升變壓器的功率因素，有效降低諧波含量等措施，幫助企業減少變壓器每年運行25-35%的能源損耗。

3.2 合理調度負荷

在智能化供配電系統設計中，設計人員要確保系統當兩個或者多個大容量電動機負荷同時啟動時，該系統能夠有效將多個大容量電動機的啟動時間進行錯開處理，這樣能夠幫助企業實現消減峰值負荷，降低電能資源消耗，節省更多電費支出。而在夜間輕載時，智能化供配電系統能夠結合監測到負荷數據信息情況，自動或者經過提示由人工改變配電系統運行方式，科學有效切除掉一些負荷變壓器，避免過多變壓器的同時工作，這樣不僅能夠優化改善企業的供配電質量水平，還可以幫助企業最大程度降低變壓器的空載損耗。

4 結束語

綜上所述，基于智能技術輔助應用下的供配電系統具有供電連續性優越、運行安全可靠性高、節能功效良好的優勢。因此，現代企業要主動加強對智能化供配電系統的優化設計工作，無論是設計環節，還是施工操作環節都應該提前做好認真規劃工作，要結合系統規模大小建設要求合理采用對應的技術和設備，這樣才能夠充分發揮出智能化供配電系統的作用價值，提高系統的整體運行質量和效率，為企業創造出更多經濟效益。通過將智能化供配電系統實踐應用在不同類型建筑中，不僅能夠保障建筑動力系統安全可靠的可持續運行，還可以幫助企業節省更多電力能源消耗，最大程度滿足市場用戶對于高質量電力的需求，促進整個電力行業建設穩定持續發展。