淺談船廠電能管理及監(jiān)控系統(tǒng)設計方案與應用研究 |
閱讀: 時間:2023/10/23 |
摘要:在“雙碳”目標背景下,傳統(tǒng)造船行業(yè)通過一系列節(jié)能措施促進這一目標的實現(xiàn)。通過現(xiàn)場調(diào)研摸排船廠用電現(xiàn)狀,分析用電特點和用戶實際需求,對4座10kV配電站和17座10/0.4kV變電站進行升級改造,組建數(shù)據(jù)采集及傳輸網(wǎng)絡并搭建電能管理與監(jiān)控系統(tǒng)軟件平臺,實現(xiàn)對船廠電能的優(yōu)化管理和狀態(tài)監(jiān)控,保證船廠的用電安全,降低船廠用電能耗,提高經(jīng)濟效益。 關(guān)鍵詞:“雙碳”目標;造船廠;變/配電站;軟件平臺;電能管理;電力監(jiān)控;用電安全;節(jié)能運行 0引言 2020年的聯(lián)合國氣候峰會上,我國提出了力爭在2030年達到碳峰值,2060年實現(xiàn)碳中和的“雙碳”目標。圍繞這一目標,*出臺了一系列的文件,指引各行各業(yè)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),發(fā)展綠色經(jīng)濟,實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。作為我國整體碳排放的重要組成部分,船舶行業(yè)采取了一系列節(jié)能減排措施,將對“雙碳”目標的實現(xiàn)發(fā)揮重要促進作用。 傳統(tǒng)的造船企業(yè)是用能大戶,在能源利用方面存在以下問題:采集自動化水平落后,人工抄表的可靠性低,儀器儀表老化甚至損壞,無法實現(xiàn)計量;對企業(yè)用能管理僅憑經(jīng)驗,缺乏有效的數(shù)據(jù)支撐;“跑冒滴漏”等現(xiàn)象頻繁。傳統(tǒng)造船企業(yè)要克服在能源使用和管理等方面的弊端,采用數(shù)字化手段,加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型,打造智能船廠數(shù)字化平臺,實現(xiàn)生產(chǎn)制造全過程全周期的透明、節(jié)能、安全、高效。 電力能源是船廠電、水、氣三大用能,車間設備、照明、生產(chǎn)生活用電等各方面的用電量消耗巨大,因此電力能源的管理與監(jiān)控將很大影響到船廠生產(chǎn)制造的節(jié)能潛力,影響船廠的整體碳排放。目前,對電力能源的管理與監(jiān)控在包括造船企業(yè)在內(nèi)的許多行業(yè)都已經(jīng)有了一系列應用,并取得了良好的應用效果,為用戶節(jié)能減排做出了重要貢獻。例如,大連造船廠通過建設能源管理系統(tǒng)實現(xiàn)了對21個高低壓變電所的運行管理、統(tǒng)計計量、數(shù)據(jù)查詢和狀態(tài)預警等方面的功能,在電力能源方面*降低了船廠單位產(chǎn)品能耗,提高了船廠的經(jīng)濟效益;在校園內(nèi)應用電能管理系統(tǒng),通過信息監(jiān)測、設備狀態(tài)控制以及自動管理設備等手段對照明、吊扇和空調(diào)等進行管理,實現(xiàn)了整體節(jié)省電量達30.72%。 本項目從用戶的需求出發(fā),通過現(xiàn)場調(diào)研摸排船廠用電現(xiàn)狀,對配電站和變電站進行升級改造,搭建電能管理與監(jiān)控系統(tǒng)軟件平臺,實現(xiàn)對船廠電能的優(yōu)化管理和狀態(tài)監(jiān)控。本文結(jié)船廠電能管理與監(jiān)控系統(tǒng)的實施要求,從用戶需求、體方案、組織架構(gòu)、軟件開發(fā)和應用效果等方面進行詳細的說明。 1需求分析 1.1用戶基本情況 a.廠區(qū)目前有4座10kV配電站,17座10/0.4kV變電站,分別設置能源管控中心一處和核心機房運維辦公室一處。 b.該系統(tǒng)用于完成廠區(qū)生產(chǎn)用電數(shù)據(jù)的監(jiān)測工作,對廠區(qū)內(nèi)用電情況進行分類、分級、分項計量。 c.采集測量的數(shù)據(jù)上傳至智能監(jiān)控中心,集中設計一套電能管理系統(tǒng)進行管理。 1.2用戶需求及分析 建設過程中根據(jù)用戶需求,結(jié)合現(xiàn)場實際調(diào)研分析如下。 1.2.1硬件及安裝部分
1.2.2軟件部分 a.在能源監(jiān)控中心監(jiān)控上位機上制作監(jiān)控軟件,并將各數(shù)據(jù)采集箱收集的所有信號整合于監(jiān)控畫面中,形成各電參量、能耗實時數(shù)據(jù)及開關(guān)實時狀態(tài)等示意圖。 b.監(jiān)控軟件可記錄電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等電參量實時數(shù)據(jù),并根據(jù)半小時數(shù)據(jù)生成可打印的報表,實現(xiàn)對能源使用狀態(tài)的實時監(jiān)控。 c.監(jiān)控軟件可以對電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等電參量設定報警值,報警記錄生成可打印報表,實現(xiàn)通過檢測變電站關(guān)鍵數(shù)據(jù),在變壓器、開關(guān)、電纜等發(fā)生異常前提前預警,達到無人值守或少人值守的目的。 d.監(jiān)控軟件可生成電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等電參量實時和歷史曲線,實現(xiàn)對變壓器的負荷率分析、MD值預測、電能質(zhì)量分析、三相不平衡分析、變壓器溫度分析等(當月、上月、環(huán)比,本年、去年、同比等)。 e.完成配電站10kV、變電站0.4kV回路的電能消耗統(tǒng)計和報表,實現(xiàn)對變電站能耗使用相關(guān)數(shù)據(jù)的分析與查詢(峰平谷查詢、能耗同比環(huán)比分析、用能結(jié)構(gòu)分析與查詢等)。 2系統(tǒng)實施方案 根據(jù)項目實際需求及實際情況,定制設計一套廠區(qū)用電監(jiān)測平臺,采用B/S架構(gòu)。廠區(qū)用電監(jiān)測系統(tǒng)的架構(gòu)是不同軟硬件交互的界面層級,按照主要功能劃分為以下3個層級。
整體的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。
圖1電能管理與監(jiān)控系統(tǒng)整體架構(gòu)圖 2.1設備及組網(wǎng) 2.1.1變/配電站儀表選型 由于用戶原有電力儀表大部分為傳統(tǒng)的機械儀表和不具備相應電力數(shù)據(jù)采集及遠傳功能的電力儀表,為實現(xiàn)用戶的功能需求,需要對變/配電站的儀表進行重新選型并整體更換以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集要求。本項目中選擇AEM96三相多功能電能表,該儀表是一款主要針對電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公用設施的電能統(tǒng)計、管理需求而設計的智能電能表,尤其針對某些施工現(xiàn)場不允許停電作業(yè)的情況,具備AEM96-C三相多功能電能表方案。AEM96和AEM96-CT三相多功能電能表均集成三相電力參數(shù)測量、電能計量及考核管理,提供上24時、上31日以及上12月的電能數(shù)據(jù)統(tǒng)計。具有31次分次諧波與諧波含量檢測,帶有開關(guān)量輸入和繼電器輸出,可實現(xiàn)“遙信”和“遙控”功能,并具備報警輸出功能,可廣泛應用于多種控制系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng))和能源管理系統(tǒng)中。 AEM96和AEM96-CT三相多功能電能表主要具備如下功能:三相電力參數(shù)測量、電壓和電流的相角、四象限電能計量、復費率、*大需量、歷史電能統(tǒng)計、開關(guān)量事件記錄、歷史極值記錄、31次分次諧波及諧波含量分析、分相諧波及基波電參量(電壓、電流、功率)、報警輸出、RS485(Modbus或DL/T645-2007《多功能電能表通信協(xié)議》)等。 根據(jù)監(jiān)測要求和現(xiàn)場實際,整體更換配置了99臺多功能電力儀表。 2.1.2數(shù)據(jù)融合終端 數(shù)據(jù)融合終端是集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)上傳和邊緣計算于一體的智能設備,如圖2所示。數(shù)據(jù)融合終端具有串口、網(wǎng)口、LoRa、光纖等多種通信接口,并可根據(jù)現(xiàn)場情況靈活選擇與設備層產(chǎn)品的連接方式,同時支持Modbus、103、DL/T645、OPCUA、BACnet等多種通信協(xié)議,兼容性強,能采集不同類型產(chǎn)品的數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)壓縮、加密后上傳至平臺,并且支持本地存儲,實現(xiàn)斷點續(xù)傳、失電報警功能,保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定、安全、可靠。 數(shù)據(jù)融合終端采用模塊化,集中式設計,通過集成各類元器件,方便施工接線,對終端數(shù)據(jù)進行采集和監(jiān)控及數(shù)據(jù)上傳管理。根據(jù)實際現(xiàn)場共配置21臺數(shù)據(jù)融合終端。 2.1.3系統(tǒng)組網(wǎng) 儀表進行整體更換后,電力儀表可以實時采集各電力參數(shù),并將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到配備在各變電站以及配電站的匯聚交換機,建立數(shù)據(jù)匯聚點,由匯聚交換機將數(shù)據(jù)通過能源網(wǎng)絡集中到能源監(jiān)控中心核心交換機,通過核心交換機傳輸至能源監(jiān)控服務器,中心平臺通過網(wǎng)絡訪問能源管控服務器。 根據(jù)組網(wǎng)要求,現(xiàn)場共布置了19臺接入交換機和1臺核心交換機,分別選用端口為16口千兆和24口千兆的交換機,布置在各配電站以及能源監(jiān)控中心,組網(wǎng)系統(tǒng)圖如圖3所示。在組網(wǎng)光纜選型方面,考慮到傳輸距離和傳輸效率,從各變電站到配電站或監(jiān)控
圖2數(shù)據(jù)融合終端
圖3外場網(wǎng)絡布置圖 中心均采用單模4芯光纜,配電站1至監(jiān)控中心選用單模12芯光纜,配電站2和配電站3至監(jiān)控中心分別選用單模4芯、8芯光纜。 2.2軟件開發(fā) 為了滿足用戶需求,船廠電能管理系統(tǒng)軟件開發(fā)架構(gòu)選用B/S架構(gòu),即瀏覽器與服務器模式,該架構(gòu)基于Web瀏覽器的計算模式,業(yè)務邏輯的實現(xiàn)主要依靠后臺服務器。整體架構(gòu)圖如圖4所示。 在開發(fā)語言上,從開發(fā)的安全性和運行效率出發(fā)并結(jié)合船廠電能管理與監(jiān)測系統(tǒng)的需求,選擇Java作為后臺程序開發(fā)語言,VUE作為前端腳本開發(fā)語言。軟件通過Web前端技術(shù)進行發(fā)布,通過網(wǎng)頁的形式展現(xiàn)給用戶,用戶通過瀏覽器在地址欄輸入網(wǎng)址進行瀏覽。 數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)設計的主要目標是實現(xiàn)對用戶需求進行綜合、歸納與抽象,形成一個獨立于具體數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的概念模型。在數(shù)據(jù)庫設計中,數(shù)據(jù)按照相應頻率自動保存到TDengine數(shù)據(jù)庫,限于篇幅,本文對時序數(shù)據(jù)庫的設計方案不再展開敘述。
圖4軟件平臺架構(gòu) 2.3能源監(jiān)控中心配置 船廠電能管理及監(jiān)控系統(tǒng)中,由多功能電力儀表和數(shù)據(jù)采集器實現(xiàn)了電力數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)發(fā)送功能,并由數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡將采集的數(shù)據(jù)匯聚到能源監(jiān)控中心,能源監(jiān)控中心需要接收、顯示并存儲電力數(shù)據(jù)。能源監(jiān)控中心主要由服務器、顯示器、工業(yè)網(wǎng)絡交換機等設備組成,為保證系統(tǒng)正常運行,相應的配置和指標應當滿足以下要求。 2.3.1硬件配置條件 安裝系統(tǒng)軟件的主機需滿足如下硬件條件:
2.3.2軟件運行環(huán)境 企業(yè)能效管理平臺主要運行在微軟WindowsServer201264位(簡體中文)操作系統(tǒng)平臺上,Web端使用谷歌、360(極速模式)、火狐瀏覽器等訪問。 2.3.3主要技術(shù)指標
3系統(tǒng)功能 系統(tǒng)建成后,在能源監(jiān)控中心運行船廠電能管理與監(jiān)控系統(tǒng)軟件,各模塊功能如下。 3.1電力監(jiān)控 3.1.1變/配電力綜合看板 電力綜合看板提供整個園區(qū)的用電概況、廠區(qū)電力外場平面圖和報警分析。用電概況可以顯示變配電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、裝機容量,以及監(jiān)測點數(shù)量等相關(guān)數(shù)據(jù),同時顯示當前功率和耗電量。電力平面圖中標注降壓站、4座配電站及17座變電站的位置信息。報警分析內(nèi)容包括普通故障、嚴重故障、發(fā)生事故。當出現(xiàn)事故時屏幕出現(xiàn)彈窗,彈窗內(nèi)容告知事故發(fā)生地點以及事故類型。事故通過聲音和畫面兩方面進行實時提醒。 3.1.2變/配電站運行看板 運行看板可以展示單個配電站及變電站的運行狀況,并提供系統(tǒng)一次圖,各出線回路實時顯示重要的電力運行參數(shù),示意圖如圖5所示。此外,針對變電站展示基礎(chǔ)信息維護,包括變電站位置、變壓等級、裝機容量、申報需量、變壓器數(shù)量等。圖中實時顯示變電站負荷曲線,并提供變電站分時段用電、昨日對比柱狀圖。 3.1.3電力曲線記錄 當選定變電站,電力曲線記錄顯示各回路的有功功率、電流、電壓、頻率、功率因數(shù)、無功功率、視在功率曲線,運行記錄如圖6所示。 3.1.4電力極值報表 電力極值報表展示所選變/配電站各回路功率、電壓、電流、不平衡度等參數(shù)的日極值和月極值,報表如圖7所示。
圖5變電站運行看板
圖6變電站電力曲線記錄
圖7電力極值報表 3.1.5電力運行報表 電力運行報表展示所選回路每隔5min的數(shù)據(jù)抄表值。 3.1.6整點集抄報表 整點集抄報表展示各回路所選時間節(jié)點各電參量的抄表值。 3.2電能統(tǒng)計 3.2.1用電集抄 用電集抄功能展示選中變/配電站回路的間隔時間內(nèi)的正向有功電度用能情況,并可以通過選擇生成對應的電費,該功能模塊如圖8所示。 3.2.2用電統(tǒng)計 用電統(tǒng)計可以展示選中變/配電站回路的用能數(shù)據(jù),可以根據(jù)不同的統(tǒng)計需要選擇日報、月報和年報,該功能模塊如圖9所示。 3.2.3分時段用電 分時段用電顯示選中變/配電站選中回路的選中時間段內(nèi)的尖、峰、平、谷、電量,并且根據(jù)實際用電量來計算電費情況,該功能模塊如圖10所示。 3.2.4用電同比分析 用電同比分析對選定回路年份及前一年的用能進行對比,直觀展示用能數(shù)據(jù)差異,通過柱狀圖與數(shù)據(jù)報表兩種方式進行對比,該功能模塊如圖11所示。 3.2.5用電環(huán)比分析 用電環(huán)比分析展示選中變/配電站的各回路的環(huán)比用能情況,支持按日、按周、按月的方式進行環(huán)比分析。
圖8用電集抄功能
圖9用電統(tǒng)計功能
圖10分時段用電功能
圖11用電同比分析功能 3.2.6分組用電統(tǒng)計 分組用電統(tǒng)計展示組合定義的變/配電站的用電報表,可以根據(jù)需求對用電回路進行分類,模塊中給定了按區(qū)域統(tǒng)計、按分項用能統(tǒng)計、按部門統(tǒng)計等分類類別,此外可以將統(tǒng)計報表按日報、月報、年報展示,可以選中相應的數(shù)據(jù)生成柱狀圖、折線圖、餅圖等圖表樣式,該功能模塊如圖12所示。
圖12分組用電統(tǒng)計功能 4安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案 4.1概述 用戶端消耗著整個電網(wǎng)80%的電能,用戶端智能化用電管理對用戶可靠、安全、節(jié)約用電有十分重要的意義。構(gòu)建智能用電服務體系,全面推廣用戶端智能儀表、智能用電管理終端等設備用電管理解決方案,實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向良性互動。用戶端急需解決的研究內(nèi)容主要包括:*的表計,智能樓宇、智能電器、增值服務、客戶用電管理系統(tǒng)、需求側(cè)管理等課題。 安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過對用戶端用電情況進行細分和統(tǒng)計,以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各分項用電的使用消耗情況,便于找出高耗能點或不合理的耗能慣,有效節(jié)約電能,為用戶進一步節(jié)能改造或設備升級提供準確的數(shù)據(jù)支撐。 4.2應用場所 (1)辦公建筑(商務辦公、大型公共建筑等); (2)商業(yè)建筑(商場、金融機構(gòu)建筑等); (3)旅游建筑(賓館飯店、娛樂場所等); (4)科教文衛(wèi)建筑(文化、教育、科研、醫(yī)療衛(wèi)生、體育建筑等); (5)通信建筑(郵電、通信、廣播、電視、數(shù)據(jù)中心等); (6)交通運輸建筑(機場、車站、碼頭建筑等)。 4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
4.4系統(tǒng)功能 4.4.1實時監(jiān)測 系統(tǒng)人機界面友好,以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài),實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能等電參數(shù)信息,動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分狀態(tài),以及有關(guān)故障、告警等信號。
4.4.2電能統(tǒng)計報表 系統(tǒng)以豐富的報表支撐計量體系的完整性。系統(tǒng)具備定時抄表匯統(tǒng)計功能,用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的用電情況,即該節(jié)點進線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計分析報表。該功能使得用電可視透明,并在用電誤差偏大時可分析追溯,維護計量體系的正確性。
4.4.3詳細電參量查詢 在配電一次圖中,當鼠標移動到每個回路附近時,鼠標指針變?yōu)槭中?,鼠標單擊可查看該回路詳細電參量,包括三相電流、三相電壓、三相有功功率、無功功率、功率因數(shù)、正向有功電能,并可以查看24小時相電流趨勢曲線及24小時電壓趨勢曲線。
4.4.4運行報表 系統(tǒng)具有實時電力參數(shù)和歷史電力參數(shù)的存儲和管理功能,所有實時采集的數(shù)據(jù)、順序事件記錄等均可保存到數(shù)據(jù)庫,在查詢界面中能夠自定義需要查詢的參數(shù)、時間或選擇查詢更新的記錄數(shù)據(jù)等,并通過報表方式顯示出來。用戶可以根據(jù)需要定制運行日報、月報,支持導出Excel格式文件,還可以根據(jù)用戶要求導出PDF格式文件。
4.4.5變壓器運行監(jiān)視 系統(tǒng)對配電系統(tǒng)進線、主變壓器、重要負荷出線的運行狀態(tài)進行在線實時監(jiān)視,用曲線顯示電流、變壓器運行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負荷率等運行趨勢,分析變壓器負荷率及損耗,方便運行維護人員及時掌握運行水平和用電需求,確保供電安全可靠。
4.4.6實時報警 系統(tǒng)具有實時報警功能,系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲?、隔離開關(guān)、接地刀分、合動作等遙信變位,保護動作、事故跳閘,以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件進行實時監(jiān)測,并根據(jù)事件等級發(fā)出告警。系統(tǒng)報警時自動彈出實時報警窗口,并發(fā)出聲音或語音提醒。
4.4.7歷史事件查詢 系統(tǒng)能夠?qū)b信變位,保護動作、事故跳閘,以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進行存儲和管理,方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯,查詢統(tǒng)計、事故分析。
4.4.8電能質(zhì)量監(jiān)測 系統(tǒng)可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量進行持續(xù)性的監(jiān)測,運行維護人員可以通過諧波分析棒圖、報表掌握進線、變壓器、重要回路的電壓、電流諧波畸變率、諧波含量、電壓不平衡度等,及時采取相應的措施,降低諧波損耗,減少因諧波造成的異常和事故(該功能需要選配帶諧波監(jiān)測功能的電力儀表,不需要可刪除。
4.4.9遙控操作 系統(tǒng)支持對斷路器、隔離開關(guān)、接地刀等進行分、合遙控操作。系統(tǒng)具有嚴格的密碼保護和操作權(quán)限管理功能,對于每次遙控操作,系統(tǒng)自動生成操作記錄,記錄內(nèi)容包含操作人、操作時間、操作類型等。實現(xiàn)該功能需要斷路器本身具有電操機構(gòu)及保護保測控裝置具備遙控功能等硬件設備的支持。
4.4.10用戶權(quán)限管理 系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行,設置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作(如配電回路名稱修改等)。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限,為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。
4.4.11通訊狀態(tài)圖 系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設備的通訊狀態(tài),能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu);可在線診斷設備通訊狀態(tài),發(fā)生網(wǎng)絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。從而方便運行維護人員實時掌握現(xiàn)場各設備的通訊狀態(tài),及時維護出現(xiàn)異常的設備,保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
4.4.12視頻監(jiān)控 視頻監(jiān)控展示了當前實時畫面(視頻直播),選中某一個變配電站,即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息。
4.4.13用戶報告 用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯一個月的運行數(shù)據(jù),對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報警事件等進行統(tǒng)計分析。
4.4.14APP支持 電力運維手機支持“監(jiān)控系統(tǒng)”、“設備檔案”、“待辦事項”、“巡檢記錄”和“缺陷記錄”五大模塊,支持一次圖、需量、用電量、視頻、曲線、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報警查詢,設備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢等。
|
All rights reserved Copyright ? 2003-2024 滬ICP備18001305號-52 電瓶車充電樁禁止非法改裝