一種電力系統負荷監控與能耗管理系統及其實現方法
【專利摘要】本發明公開了一種電力系統負荷監控與能耗管理系統及其實現方法，包括測試監測單元、接口電路和處理中心；其中，測試監測單元，用于完成電力負荷參數測試監測，包括信號傳感單元、信號處理單元、變送器和控制模塊，信號傳感單元采集電力負荷的各項參數，進行濾波后通過變送器轉化為可識別信號后，傳遞給控制模塊，控制模塊對數據進行處理、存儲；接口電路，用于傳遞信號；連接測試監測單元與處理中心；處理中心，連接接口電路，用于綜合分析數據；本發明實時監測電力系統負荷能耗，提高系統運行安全可靠性；對電力系統進行適當的無功補償，可以穩定電網電壓，提高輸電網的傳輸能力，提高功率因數，提高設備利用率，減小網絡有功功率損耗。
【專利說明】一種電力系統負荷監控與能耗管理系統及其實現方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力能效管理領域，尤其涉及一種電力系統負荷監控與能耗管理系統 及其實現方法。
【背景技術】
[0002]電網公司作為能源資源優化配置的平臺，是關系國家能源安全和國民經濟發展的 國有重要骨干企業，也是對上下游企業節能減排起著一定引導作用的特殊企業，在節能減 排工作中有著義不容辭的責任。作為供電企業，貫徹落實科學發展、節約發展的工作思路， 優化、完善電網結構，提高電網輸電能力和利用效率，降低輸配電損耗，扎實做好節能降耗 工作，是義不容辭的社會責任。針對電力系統所使用的大功率電力設備進行節能降耗潛力 評估，研究電力系統中大功率電力設備的節能降損評估方法，實現電網能效測試和管理，為 電力系統節能降耗規劃和技術改造提供理論基礎和工程依據，現實意義重大。
[0003]能源信息系統在發達國家的應用興起于七十年代，經過幾十年的發展經達到了較 高的水平。能源管理系統是國際上90年代中期發展起來的系統節能技術，當前的能源管理 系統主要應用于鋼鐵、化工、電力等有大量能源消耗的流程企業。它利用生產過程控制技 術、網絡通信技術、優化理論和技術，對企業的能源系統進行全面的監控并為能源調度提供 依據，通過系統化管理而達到節約能源的目的。
[0004]在我國，電力系統節能降損評估還沒有形成正式的測試標準。以電廠變頻裝置為 例，變頻裝置性能試驗包括變頻裝置節電效果測試、效率試驗、功率因數測試、啟動性能試 驗、諧波測試、靜態精度測試、輸出電壓不對稱度試驗、電動機振動及噪音測試等。電廠除關 心節電效果之外，還十分關心變頻裝置效率，因為使用變頻裝置的目的就是節電，如果變頻 裝置消耗的功率大了，使用變頻裝置就失去了意義。當前變頻裝置效率試驗存在如下問題: 絕大部分變頻裝置不帶專用功率測量裝置，在現場臨時加裝PT、CT取信號也有難度，因為 變頻裝置輸入輸出信號距離可能較遠，用采樣方式都不容易做到同時讀數；功率儀表受到 頻率范圍的限制，因其電流、電壓信號為變頻、變幅值的信號；變頻裝置損耗較小，輸入輸出 功率必須準確測量，因此在進行效率試驗時變頻裝置輸入輸出必須同時讀數。人工讀數存 在較大的誤差，不能滿足效率的精度要求，在實際試驗時，用此方法測得的效率常常會出現 效率大于I的情況；變頻裝置前級變壓器一般為多抽頭，不好裝設PT、CT，不容易取電流、電 壓信號，不能準確測試變頻器效率以及變壓器的效率，只能測試變頻裝置的整體效率。
【發明內容】
[0005]本發明的目的就是為了解決上述問題，提出一種電力系統負荷監控與能耗管理系 統及其實現方法，該系統能夠實時監測電力系統負荷終端，并在電力負荷超標時，進行管 制，有效地進行能耗管理。
[0006]為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0007]一種電力系統負荷監控與能耗管理系統，包括測試監測單元、接口電路和處理中心；其中，
[0008]測試監測單元，用于完成電力負荷參數測試監測，包括信號傳感單元、信號處理單 元、變送器和控制模塊，信號傳感單元采集電力負荷的各項參數，將其傳遞給信號處理單元 進行濾波、除雜、放大后通過變送器轉化為可識別信號后，傳遞給控制模塊，控制模塊對數 據進行處理、存儲；
[0009]接口電路，用于傳遞信號，作為處理中心和測試監測單元的交換信息的橋梁；連接 測試監測單元與處理中心；
[0010]處理中心，連接接口電路，用于綜合分析數據、對電力負荷進行管理；包括網絡管 理層和IPC控制層，
[0011]IPC控制層，用于集中管理測試監測單元，與網絡管理層和接口電路相連接；
[0012]網絡管理層，用于管理IPC控制層的控制器，并通過內部的集線器構成以太局域 網，級聯至其它電力負荷管理系統網絡。
[0013]所述控制模塊的處理器采用LPC2124，采用16/31位ARMHDM1-S核，多個32位定 時器，4路10位ADC。
[0014]所述信號傳感單元包括變壓器檢測單元、電動機監測單元、變頻器監測單元、無功 補償裝置監測單元和傳輸線路參數監測單元，分別對變壓器、負荷電動機、變頻器、無功補 償裝置和傳輸線路進行參數監測。
[0015]采用上述電力系統負荷監控與能耗管理系統的實現方法，具體包括以下步驟:
[0016](I)初始化:將系統各控制器、傳感器進行初始化；
[0017](2)采集數據:利用信號傳感單元的各采集、監測單元對電力系統負荷中各組成部 分進行參數采集；
[0018](3)設置標準參數:通過初步采集數據以及對電力負荷詳細計算，設置電力負荷的 電流、電壓、功率和能耗參數的范圍，輸入控制模塊進行存儲；
[0019](4)數據分析、處理:測試監測單元將采集的數據傳輸給IPC控制層，IPC控制層的 核心控制器對其進行分析計算，生成參數曲線并顯示；
[0020](5)效率測試:通過網絡管理層對各個局域網的電力負荷效率進行對比、分析，對 不正常負荷進行斷電、報警處理。
[0021]本發明的有益效果為:
[0022]1、實時監測電力系統負荷能耗，提高系統運行安全可靠性；
[0023]2、對電力系統進行適當的無功補償，可以穩定電網電壓，提高輸電網的傳輸能力， 提聞功率因數，提聞設備利用率，減小網絡有功功率損耗；
[0024]3、對不同的用電設備、用電環境進行不同的分析、處理，實現電能的優化配置。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明的硬件結構示意圖；
[0026]圖2為本發明的流程圖。
[0027]其中，1、變壓器檢測單元；2、電動機監測單元；3、變頻器監測單元；4、無功補償裝 置監測單元；5、傳輸線路參數監測單元；6、信號處理單元；7、變送器；8、控制模塊；9、接口 電路；10、網絡管理層；11、IPC控制層。【具體實施方式】:
[0028]下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。
[0029]如圖1所示，一種電力系統負荷監控與能耗管理系統，包括測試監測單元、接口電 路9和處理中心；其中，
[0030]測試監測單元，用于完成電力負荷參數測試監測，包括信號傳感單元、信號處理單 元6、變送器7和控制模塊8，信號傳感單元采集電力負荷的各項參數，將其傳遞給信號處理 單元6進行濾波、除雜、放大后通過變送器7轉化為可識別信號后，傳遞給控制模塊8，控制 模塊8對數據進行處理、存儲；
[0031]接口電路9，用于傳遞信號，作為處理中心和測試監測單元的交換信息的橋梁；連 接測試監測單元與處理中心；
[0032]處理中心，連接接口電路9，用于綜合分析數據、對電力負荷進行管理；包括網絡 管理層10和IPC控制層11，
[0033]IPC控制層10，用于集中管理測試監測單元，與網絡管理層11和接口電路9相連 接；
[0034]網絡管理層11，用于管理IPC控制層10，并通過內部的集線器構成以太局域網，級 聯至其它電力負荷管理系統網絡。
[0035]控制模塊8的處理器采用LPC2124，采用16/31位ARMHDM1-S核，多個32位定時 器，4路10位ADC。
[0036]信號傳感單元包括變壓器檢測單元1、電動機監測單元2、變頻器監測單元3、無功 補償裝置監測單元4和傳輸線路參數監測單元5，分別對變壓器、負荷電動機、變頻器、無功 補償裝置和傳輸線路進行參數監測。
[0037]如圖2所示，一種采用上述電力系統負荷監控與能耗管理系統的控制流程，具體 包括以下步驟:
[0038](I)初始化:將系統各控制器、傳感器進行初始化；
[0039](2)采集數據:利用信號傳感單元的各采集、監測單元對電力系統負荷中各組成部 分進行參數采集；
[0040](3)設置標準參數:通過初步采集數據以及對電力負荷詳細計算，設置電力負荷的 電流、電壓、功率和能耗參數的范圍，輸入控制模塊進行存儲；
[0041](4)數據分析、處理:測試監測單元將采集的數據傳輸給IPC控制層10，IPC控制 層10的核心控制器對其進行分析計算，生成參數曲線并顯示；
[0042](5)效率測試:通過網絡管理層11對各個局域網的電力負荷效率進行對比、分析， 對不正常負荷進行斷電、報警處理。
[0043]接口電路9根據不同的標準接口總線轉換輸入、輸出信號供系統(或電路)使用， 在本系統中采用了 USB、CAN、PXI和DAQ共4種標準接口總線或標準接口
[0044]網絡管理層11的服務器軟件系統部分通過局域網或英特網自動或手動調度變電 站的各種數據，并可遠程設置工控機各種參數和實時遠程采集各測試點數據，可實現無人 值守自動運行；具有操作紀錄、故障記錄及報警功能，數據可以表格顯示、曲線顯示和制作 報表等。提供WEB服務，通過局域網或英特網對外發布數據和曲線，用戶可以使用IE瀏覽器直接瀏覽數據和曲線。
[0045]IPC控制層10的軟件系統部分主要負責現場數據的采集、處理和分析，IPC控制層 10通過信號傳感單元采集各測試點的檢測數據，并對采集數據進行分析和處理。用戶可以 對測試點的各種相關參數和各類電氣設備的診斷參數進行設置；可以自動或實時手動采集 測試點檢測數據；靈活設置各類電氣設備的采集周期和采樣頻率；各種操作均具有操作紀 錄、錯誤記錄及故障報警功能；對采集到的各測點數據可用表格和曲線顯示，并可制作報表 打印。
[0046]上述雖然結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發明保護范 圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不 需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。
【權利要求】
1.一種電力系統負荷監控與能耗管理系統，其特征是:包括測試監測單元、接口電路和處理中心；其中，測試監測單元，用于完成電力負荷參數測試監測，包括信號傳感單元、信號處理單元、 變送器和控制模塊，信號傳感單元采集電力負荷的各項參數，將其傳遞給信號處理單元進行濾波、除雜、放大后通過變送器轉化為可識別信號后，傳遞給控制模塊，控制模塊對數據進行處理、存儲；接口電路，用于傳遞信號，作為處理中心和測試監測單元的交換信息的橋梁；連接測試監測單元與處理中心；處理中心，連接接口電路，用于綜合分析數據、對電力負荷進行管理；包括網絡管理層和IPC控制層，其中:IPC控制層，用于集中管理測試監測單元，與網絡管理層和接口電路相連接； 網絡管理層，用于管理IPC控制器，并通過內部的集線器構成以太局域網，級聯至其它電力負荷管理系統網絡。
2.如權利要求1所述的一種電力系統負荷監控與能耗管理系統，其特征是:所述控制模塊的處理器采用LPC2124，采用16/31位ARM7TDM1-S核，多個32位定時器，4路10位ADC。
3.如權利要求1所述的一種電力系統負荷監控與能耗管理系統，其特征是:所述信號傳感單元包括變壓器檢測單元、電動機監測單元、變頻器監測單元、無功補償裝置監測單元和傳輸線路參數監測單元，分別對變壓器、負荷電動機、變頻器、無功補償裝置和傳輸線路進行參數監測。
4.一種采用上述電力系統負荷監控與能耗管理系統的實現方法，其特征是:具體包括以下步驟:(1)初始化:將系統各控制器、傳感器進行初始化；(2)采集數據:利用信號傳感單元的各采集、監測單元對電力系統負荷中各組成部分進行參數采集；(3)設置標準參數:通過初步采集數據以及對電力負荷詳細計算，設置電力負荷的電流、電壓、功率和能耗參數的范圍，輸入控制模塊進行存儲；(4)數據分析、處理:測試監測單元將采集的數據傳輸給IPC控制層，IPC控制層的核心控制器對其進行分析計算，生成參數曲線并顯示；(5)效率測試:通過網絡管理層對各個局域網的電力負荷效率進行對比、分析，對不正常負荷進行斷電、報警處理。
【文檔編號】H02J3/00GK103606918SQ201310612086
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月26日 優先權日:2013年11月26日
【發明者】卞峰, 牛蔚然, 張巖 申請人:國家電網公司, 國網山東省電力公司電力科學研究院, 國網山東節能服務有限公司