宁志毫

(国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

面向工业用户的智能用电监控与管理系统

宁志毫

(国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

探讨工业用户在电能质量监测、设备能耗分析、负荷监控管理及厂用光伏新能源发储配等智能用电方面的需求，并建立一个工业用户智能用电监控管理平台，以期推进工业用户智能电网建设，实现节能降耗、能源高效利用的目的。

智能用电；工业用户；节能降耗；电能质量

智能用电技术是智能电网的重要组成部分，利用通信、信息、计算机等技术，在供、用电双方良好互动的基础上，为用户提供优质电能与服务，最终实现电能资源的合理分配和高效利用。

工业用户属于高耗能企业，存在诸多问题亟待解决:一方面供电系统存在设备能耗大、电能质量差、功率因数低等问题；另一方面企业内部控制管理存在设备监控不足、设备运行状态难以有效把控、生产与经济效益分析不足等问题。此外，国家积极推进社会节能降耗，工业用户在节能降耗方面应发挥应有的作用。

已有文献在电网电能质量、配电网新能源及储能、系统能耗分析及用户需求管理等方面开展了智能用电的研究〔1－10〕。文中主要面向工业用户，在电能质量、负荷监控、能耗分析、光伏新能源发储配等方面提出智能用电需求，并建立一套面向工业用户的智能用电监控与管理系统，目的是实现工业用户的节能降耗、安全生产、能源的高效利用，提高企业经济效益，达到国家与企业双赢。

1 智能用电监控与管理系统

工业用户智能用电监控与管理系统分为3个部分，分别为设备终端状态信息层、通讯网络及监控与管理主站，结构图如图1所示。

监控与管理主站硬件部分包括通信前置机、数据库服务器、Web服务器以及监测计算机。前置机主要负责各数据信息的上传处理，实现终端设备层与主站监测层的数据交互，并将采集的数据进行算法分析后存入数据库服务器；Web服务器将需交互的信息发布至各部门，实现智能用电的监控与管理。主站软件包括电能质量监控、设备能耗分析、负荷监控、光伏新能源发储配4个功能模块。

通讯网络分为无线专网和光纤以太网，可根据实际情况选取。

图1 智能用电监控与管理系统结构图

设备终端状态信息包括电能质量终端信息、能耗监控信息、负载监控信息和光伏储能信息。

电能质量终端信息包括监测的谐波、三相不平衡、电压波动等电能质量信息量以及有功功率、无功功率、功率因数等信息量，通过以太网或专用无线网传输至监控与管理主站。

能耗监控信息包括各生产设备及系统的能耗信息，对于生产设备，需安装专门的电能量测试设备，将实时信息通过以太网传输至监控与管理主站进行分析与控制。

负荷监控信息为各主要支路及母线的实时负荷信息。各生产部门与配电网络的TV，TA信号是监控各节点负荷情况的依据，此类信号通过合并单元，由光纤以太网传送至监控与管理主站进行采集、分析。

光伏储能信息包括光伏发电量、储能系统的能量信息。监控方式为将光伏并网点以及储能系统并网点的TV，TA信号，通过光纤以太网传送至监控与管理主站进行采集、分析。

2 智能用电需求及子系统

2.1 电能质量监测

工业用户，如炼钢、化工企业等，一般采用大功率电力电子器件，且负荷类型为非线性，是电力系统主要的谐波源，可引起谐波污染、电压波动、三相不平衡等电能质量问题。为实时掌控电能质量状况，可通过在若干重要节点安装电能质量监测终端，对关注的电能质量指标进行实时监控，并将在线监测数据传输至后台进行分析。图2为电能质量监测系统结构图。

图2 电能质量在线监测系统体系结构图

电能质量在线监测系统的相关技术问题有以下几个方面:1)监测点应选择主要的母线，如主变的高压侧、10 kV配变母线以及谐波污染严重的供电线路，如有大功率电力电子器件的生产线路、光伏等新能源并网点等；2)在线监测终端应符合国家相关标准，如《电能质量监测终端技术规范》、《电能质量监测设备通用要求》等，具有统计所有电能质量稳态指标以及电压暂降、短时中断等暂态指标功能，精度应不低于0.5级；3)通讯网络可采用厂内以太网，或GPS，CDMA等无线网络。

2.2 负荷监控管理

负荷监控管理是对用户的供电设备、重要生产负荷的监控，监控指标包括电网及设备运行状况、电压电流状况等，监控数据可从电能质量监测模块及计量表获取。根据负荷类型的不同可将负荷分为重要生产负荷、厂用一般动力负荷、厂用照明负荷等，可采用不同监控管理模式，分别建立重要安全等级，根据监控情况，对可能发生的状况及时发布预警信息，并制定相应的应对措施，避免引起安全生产事故。

对重要生产负荷的监控管理模式可采用以下方式:1)根据设备运行信息判断设备是否正常运行；2)根据电压、电流、功率以及功率因数等信息量判断负荷生产阶段及效果，以此采取有载调压、投退谐波治理与无功补偿设备；3)正常运行时，能及时发布预警信息，实现监控主站与生产现场的信息交互；在设备存在故障时，能实现对设备的及时有效控制。

2.3 设备能耗监控分析

能耗分析是通过技术手段掌握工业用户主要供电设备、生产线路的能耗情况，通过分析帮助用户查找导致能耗增加的设备、工艺和管理缺陷，以期在技术改进、生产工艺、以及管理等多方面提出降低能耗、合理用电的措施，达到节约用电、提高效益、节约电费的目的，同时也能为大电网的安全运行提供保障。

能耗监控可采用在线采集的模式，以大功率整流系统为例，其能耗采集系统结构如图3所示。由于应监测各供电设备的实时功率，因此需在各测点安装采集终端，并采用同步触发采集机理，确保设备效率、能耗计算的正确与合理性。采集的数据通过光纤以太网传至监控与管理主站。

图3 设备及系统能耗采集系统结构图

根据能耗监控分析结果，结合负荷情况、用电需求、经济成本及国家相关政策，有针对性地采取智能、高效用电措施，如通过调节开关档位调压、调节可控器件的控制方式等提高设备运行效率，减少设备损耗；提高生产工艺，根据负荷特性采用不同的控制方式，降低产品单位能耗；调整生产时段与方案，错开用电高峰期，在产量不变的情况下减少电费支出；开展谐波治理投入的经济性评价，制定最优的谐波治理装置投退策略。该功能可通过交互的模式为电力用户提供高效的用电控制与管理，实现各类能耗指标、能源利用率评价、用电经济性评价等方面的综合分析。

2.4 光伏能源发储配管理

近几年来，随着国家对光伏等新能源的大力支持，光伏在工业用户中取得了迅速发展。但由于光伏发电的波动性、周期性等特点，光伏的高效利用一直是一个难题，因此光伏储能应运而生。储能技术主要有蓄电池储能、超级电容储能、飞轮储能和超导磁储等集中形式，在微网中可实现需求侧管理、削峰填谷、降低供电成本，以及促进可再生能源应用、提高系统稳定性和电能质量的功能。

可在以下几方面开展光伏能源储配管理应用研究:1)根据用户需求及成本，探讨储能系统产生的经济效益与建设储能系统的成本关系，合理选取储能配置设备；2)结合用户负荷情况，合理选择光伏发电的储能控制策略，兼顾用电可靠性、电能质量和电网的削峰填谷，实现光伏的高效利用；3)加强储能设备状态监控管理，实现最优化的储能系统运作模式。

3 结论

用电是电力供配中最关键的环节之一，用户的智能用电，特别是高耗能工业用户的智能用电，是智能电网建设不可或缺的一部分，对智能电网建设、节能降耗均具有重要意义。文中通过对工业用户的电能质量监测、设备能耗监控分析、负荷监控管理以及光伏能源发储配管理等智能需求的研究，提出了一套工业用户智能用电监控与管理系统，在实现高耗能行业的节能降耗、电能高效利用、保护环境等方面将具有重要的推动作用。

〔1〕余大伟，葛智平，张世才，等.智能用电在工业用户中的互动需求及推广策略〔J〕.中国科技成果，2013(21):70-72，78.〔2〕崔弘.智能电网中分布式电源的优化配置〔J〕.电气应用，2013(11):17-18.

〔3〕岳明.用户侧电能管理系统及其应用〔J〕.电力需求侧管理，2013，15(5):40-43.

〔4〕李同智.灵活互动智能用电的技术内涵及发展方向〔J〕.电力系统自动化，2012，36(2):11-17.

〔5〕冯庆东，何战勇.国内外智能用电发展分析比较〔J〕.电测与仪表，2012，49(2):1-6.

〔6〕魏东，张扬.智能电网用户端智能配用电监控与管理系统〔J〕.低压电器，2013(2):48-52.

〔7〕周中.智能电网用户端电力监控与电能管理系统产品选型及解决方案〔M〕.北京:机械工业出版社，2012.

〔8〕黄莉，卫志农，韦延方，等.智能用电互动体系和运营模式研究〔J〕.电网技术，2013，37(8):2 230-2 237.

〔9〕史常凯，张波，盛万兴，等.灵活互动智能用电的技术架构探讨〔J〕.电网技术，2013，37(10):2 868-2 874.

〔10〕郭剑，徐剑楠.分布式光伏并网发电对配电网的影响以及应对调整策略〔J〕.电力需求侧管理，2014，16(2):38-40，44.

Monitoring and management system of industrial customers’smart power utilization

NING Zhihao
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

The smart power utilization demands of power quality monitoring，analysis of electrical equipments energy consumption，loads monitoring and management，and power generation storage and distribution of photovoltaic new energy are introduced.Then，a monitoring and management system of smart power utilization is established for industry customers.It will contribute to smart grid construction，energy saving and proving electric power consuming efficiency of the industry customers. Key words:smart power utilization；industry customers；energy saving；power quality

TM727；F407.6

B

1008-0198(2016)01-0001-03

宁志毫(1983)，男，河南洛阳人，博士，工程师，主要从事电能质量分析与控制、新能源并网测试与评估等。

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.01.001

2015-06-15

国网湖南省电力公司科技项目(5216A514003G)