船厂电能管理系统建设方法研究

船厂电能管理系统建设方法研究

王 帅1 郭凤群1 孔令兵1 刘 博1

（1. 中船第九设计研究院工程有限公司 上海 200090）

摘要通过现场调研用电现状，分析用电特点和用户实际需求，对变电站进行改造，组建数据采集及传输网络并搭建电能管理系统软件平台，实现对园区电能的优化管理，保证园区用电安全，降低园区用电能耗，提高经济效益。

关键词：“双碳”目标 造船厂 电能管理 电力监控

第卷第期王 帅等 船厂电能管理及监控系统建设方法与应用研究37

0引言

2020年的联合国气候峰会上，我国明确提出了“力争在2030年达到碳峰值，2060年实现碳中和”的“双碳”目标。围绕这一目标，国家出台了一系列的文件，指引各行各业优化产业结构，发展绿色经济，实现高质量发展。作为我国整体碳排放的重要组成部分，船舶行业通过执行一系列节能减排的动作将在促进“双碳”目标的实现方面发挥重要的作用。

传统的造船企业是用能大户，在能源利用方面存在着诸多问题：采集自动化水平落后，人工抄表的可靠性低，仪器仪表老化甚至损坏，无法实现精确计量；对企业用能管理仅凭经验，缺乏有效的数据支撑[1]；“跑冒滴漏”等现象频繁。传统造船企业要克服在能源使用和管理等方面的弊端，必须要通过数字化手段来进行，加快数字化转型，打造智能船厂数字化平台，实现生产制造全过程全周期的透明、节能、安全、高效。

本课题从用户的需求出发，通过现场调研摸排船厂用电现状，对配电站和变电站进行升级改造，搭建电能管理系统软件平台，实现对船厂电能的优化管理。本论文总结了船厂电能管理系统的实施要求，从用户需求、总体方案、组织架构、软件开发和应用效果等方面进行了详细的说明。

1需求分析

1.1 用户基本情况

（1）厂区目前有4座10kV配电站，17座10/0.4kV变电站，分别设置能源管控中心一处和核心机房运维办公室一处。

（2）该系统用于完成厂区生产用电数据的监测工作，对厂区内用电情况进行分类、分级、分项计量。

（3）采集测量的数据上传至智能监控中心集中、设计一套电能管理系统进行管理。

1.2 用户需求及分析

根据用户需求，结合现场实际调研，该系统的建设过程存在一下主要内容：

1.2.1 硬件及安装部分

（1）建设能源监控中心，实现电能远程实时监测、能耗查询、能耗统计、智能分析、能源决策、报表管理等功能，提升能效管理水平。

（2）在10kV配电站、10/0.4kV变电站以及智能监控中心内，按照取样点位，在各开关柜上加装相应的多功能计量仪表。

（3）在高压站房安装数据采集箱。各变配电站电参数信号通过屏蔽线、数据采集箱、光缆传送至能源监控中心的能源管控服务器上。

（4）各数据采集箱内预留光缆接口，以备后期需要时将其它动力站房监测数据整合的信号传送至能源监控中心。

1.2.2软件部分

（1）在能源监控中心监控上位机上，制作监控软件，并将各数据采集箱收集的所有信号整合于监控画面中，形成各电参量、能耗实时数据以及开关实时状态等示意图。

（2）监控软件可记录电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数等电参量实时数据，并根据半小时数据生成可打印的报表，实现对能源使用状态进行实时监控。

（3）完成配电站10kV、变电站0.4kV回路的电能消耗统计和报表，实现对变电站能耗使用相关数据的分析与查询（峰平谷查询、能耗同比环比分析、能耗时比分析、用能结构分析与查询等）。

2系统实施方案

2.1 系统架构

根据项目实际需求及实际情况，定制设计一套厂区用电监测平台，采用B/S架构。厂区用电监测系统的架构是不同软硬件交互的界面层级，按照主要功能划分为以下三个层级。

（1）现场设备管理层：实现电气系统的基本现场保护、监测、控制层级功能，主要由现场多功能电表、物联网表、物联网监测模块和采集器等设备形成；该层级设备是实现电力系统的计量、信息监测功能；

（2）通讯管理层：主要实现设备之间联络和通讯管理，主要由交换机、以太网关设备组成；该层设备完成设备的基本智能化功能，是实现微电网系统信息化的基础；

（3）应用管理层：主要实现现场信息到计算机界面的转化，主要由计算机、专业监控软件、打印机等设备组成；该层设备完成现场信息化的数据转换成人机界面信息，并将信息按照发生源进行分门别类分析处理；

2.2 设备及组网

2.2.1 电站仪表选型

由于用户原有电力仪表大部分为传统的机械仪表和不具备相应电力数据采集以及远传功能的电力仪表。为实现用户的功能需求，需要对配变电站的仪表进行重新精确选型并整体更换以实现数据的采集要求，本课题中选择AEM96 三相多功能电能表，该仪表是一款主要针对电力系统，工矿企业，公用设施的电能统计、管理需求而设计的智能电能表，其针对某些施工现场不允许停电作业的情况，具备AEM96-CT 三相多功能电能表方案。

根据监测要求和现场实际，整体更换配置了99台多功能电力仪表。

2.2.2 系统组网

仪表进行整体更换后，电力仪表可以实时采集各电力参数，并将采集的数据发送到配备在各变电站以及配电站的汇聚交换机，建立数据汇聚点，由汇聚交换机将数据通过能源网络集中到能源监控中心核心交换机，通过核心交换机传输至能源监控服务器上，中心平台通过网络访问能源管控服务器。

根据组网要求，现场共布置了19台接入交换机和1台核心交换机，分别选用端口为16口千兆和24口千兆的交换机，布置在各配电站以及能源监控中心。

3 系统功能

系统各模块功能如下。

（1）用电集抄

用电集抄功能展示选中变配电站回路的间隔时间内的正向有功电度用能情况，并可以通过选择生成对应的电费，该功能模块如图 1所示。

图 1用电集抄功能

（2）用电统计

用电统计可以展示选中变配电站回路的用能数据，可以根据不同的统计需要选择日报、月报和年报。

（3）分时段用电

分时段用电显示选中变配电站的选中回路的选中时间段内的尖、峰、平、谷、总电量，并且根据实际用电量来计算电费情况。

（4）用电同比分析

用电同比分析对选定回路指定年份及前一年的用能进行对比，直观展示用能数据差异，通过柱状图对比与数据报表等两种方式进行对比，该功能模块如图 2所示。

图 2用电同比分析功能

（5）用电环比分析

用电环比分析展示选中变配电站的各回路的环比用能情况，支持按日、按周、按月的方式进行环比分析。

（6）分组用电统计

分组用电统计展示组合定义的变配电站的用电报表，可以根据需求对用电回路进行分类，模块中给定了按区域统计、按分项用能统计、按部门统计等分类类别，此外可以将统计报表按日报、月报、年报展示，可以选中相应的数据生成柱状图，折线图，饼图等图表样式。

4 结束语

船厂电能管理及监控系统在应用过程中，能实现用户需求分析中所需要的功能，可以实现对10kV系统的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等电参量的实时监控，对异常值进行告警，并生成相应的报表；可以实现对配电站10kV、变电站0.4kV回路的电能消耗统计和报表，实现对变电站能耗使用相关数据的分析与查询。

参考文献

[1] 黄龙. 基于Web的船厂能耗管理系统研发[D]. 集美大学, 2017.

[2] 刘梦柳. 造船厂能源管理系统设计[D]. 大连理工大学, 2017.

[3] 代润悠. 成都东软学院电能管理系统的设计与开发[D]. 西华大学, 2018.

作者简介

王 帅 男，1995年生，硕士，工程师，从事工业与民用配电设计及智能工厂数字化研究。

郭凤群 女，1988年生，硕士，工程师，从事工业与民用配电设计及智能工厂数字化研究。

孔令兵 男，1982年生，硕士，研究员，从事工业与民用配电设计及智能工厂数字化研究。

刘 博 男，1991年生，本科，工程师，从事工业与民用配电设计及智能工厂数字化研究。

第20卷第3期石健将等 一种输入端自然均流/高电压增益组合式变换器研究1