“十二五”期间，国家电网加大了在智能电网建设方面的投资，这是低压电器在智能化发展方面的良好契机，越来越多的国内外企业先后在市场上推出了运用于智能电网的低压产品及方案。作为全球电力和自动化技术领域的领导厂商，ABB可以提供成熟的低压全电能管理解决方案，包括其中的多功能电能表、采集和控制设备、集成电能管理和控制功能的低压空气断路器等设备。依靠全球同步推出的Emax 2全新系列低压空气断路器，更是从系统的设备层面轻松实现保护、负荷管理、测量、通信及电能管理等多种功能，从标准的系统到复杂的自动化网络，简单和可靠地满足客户电能管理方面的需求。
1.系统概述
低压全电能管理解决方案是利用现代电子技术、通信技术、计算机及网络技术，将配电网实时信息、离线信息、用户信息、电网结构参数、地理信息进行集成，构成完整的自动化管理系统，实现配电系统正常运行及事故情况下的监测、保护、控制和配电管理。它由主站、子站、终端设备和通信系统组成，是实时的配电自动化与配电管理一体化的系统。
低压全电能管理解决方案具有全面的电能管理内涵。通过多功能电能表，可以实现终端用电设备的电能测量和控制功能，如精确测量、高能耗用电设备定位等；通过Emax 2低压断路器，可以实现用电设备分区或按职能的电能管理和控制功能，如负荷目标控制等；通过PMCS电源管理控制系统，可以实现全部用电设备电能集中管理和控制功能，如提供电能使用报告、统计分析能效情况、执行电能控制预案等。从而有效提高供电可靠性和用电效率，通过对电源的合理安排和科学利用，实现企业节能减排的目标。
2.系统结构
系统结构一般由三部分组成：
（1）管理层
管理层是由一台或多台服务器、工作站、以太网交换机、打印机等设备组成，其主要任务是收集现场设备的各种信息并建立数据库；通过友好的人机界面和强大的数据处理能力，实时监测现场设备的运行状态、运行参数和故障信息，并能对设备实施远程遥控，是系统与运行人员之间的接口。
（2）通信层
通信层的主要任务是收集本地的各种信息，并将信息通过以太网上传给管理层，实现现场设备的监视、测量和控制等功能。
（3）设备层
设备层由多功能电能表、采集和控制设备、集成电能管理和控制功能的低压断路器等设备组成，如图1所示。
3.系统功能
系统采用分层分布式的设计思想，系统结构分为管理层、通信层和设备层三层网络结构。系统网络发生故障不影响现场设备层装置的测量和保护功能。管理层的系统软件，可以提供清晰透明的各类电参量数据，通过这些数据，管理员可以清楚了解各个设备运行情况和耗能情况。
系统软件通过模块化的功能模块界面，方便进行电力参数信息查询和系统的远程遥控、遥调等功能。系统软件通过一个主入口界面，方便进入各种功能模块界面：
1）基本功能模块界面：地理位置信息功能模块界面、电器系统图形监控功能模块界面、系统信息报表管理功能模块界面、系统日志管理功能模块界面等。
2）高级功能模块界面：系统网络监视功能模块界面、电网质量管理功能模块界面、电量管理功能模块界面、负荷管理功能模块界面等。
（1）入口界面
图2所示为PMCS电源管理控制系统的入口界面，通过系统入口界面可以进入各功能模块界面。
图2 PMCS电源管理控制系统的入口界面
（2）基本功能模块
基本功能模块是PMCS电源管理控制系统所具备的基本组成部分，包括以下各种模块：
1）地理位置信息功能模块：可以掌握各电器设备的分布情况，并可直接进入实时监控画面，迅速进行故障定位。
2）电器系统图形监控功能模块：可以直观掌握电源系统的运行状态、运行参数以及故障信息；绘制系统参数实时曲线和历史曲线，直观显示历史数据，分析发展趋势；实现电器设备的远程控制，保护设备参数的远程整定；还可以查询电气元件的参数表、使用寿命和操作次数等，并可调取电器回路的控制原理图。
3）系统信息报表管理功能模块：可以统计记录电源系统运行参数；以对各用电单位的电能量使用情况进行运行统计分析；输出电网品质监控表、电费结算表、电费记录趋势表等各功能报表。
4）系统日志管理功能模块：可以查询各种故障信息，并根据事件顺序记录时间分析故障原因；查询系统的各种操作记录，包括远程遥控、保护定值的远程调节；系统日志至少保存两年。
（3）高级功能模块
高级功能模块是PMCS电源管理控制系统的可选功能界面，用户可选择其中的某些界面进行定义。
1）系统网络监视功能模块：可以掌握PMCS系统网络和各组件的运行状态。
2）电网质量管理功能模块：要对供电系统的电网质量进行改善，首先要对电网质量作出准确的检测和分析，测量电网质量水平，并分析和判断造成各种电网质量问题的原因，为电网质量的改善提供依据。可以对电压、频率、功率因数进行偏差监测，分析产生偏差原因，提出改善措施；可以监测谐波、各次谐波THD、总谐波THD等参数，分析产生谐波原因，提出改善措施；还可计算设定对象的三相不平衡度，并分析原因。
3）电量管理功能模块：统计记录各用电单位的电能量消耗状态；根据历史数据，优化运行方式，降低能量损耗；制定能量使用目标，实时监测使用状态，分析节能效果。
4）负荷管理功能模块：可以制定各种条件的负荷控制预案。当具备条件时，PMCS电源管理控制系统会自动地执行相应的负荷控制方案，自动地投切负荷。如拉闸限电负荷控制预案、节能目标不达标的负荷控制预案等；可以按时间要求，按步分批进行负荷控制。如照明负荷定时投切，空调风机定时负荷投切等。(www.xing528.com)
4.系统配置
（1）管理层
1）配置服务器、工作站作为系统主机或备用主机；
2）配置激光打印机、针式打印机实现报表、图形及告警打印功能；
3）配置以太网交换机实现通信层与管理层的通信连接。
（2）通信层
通信层可通过ABB的HMI人机界面或通用通信处理设备实现通信处理功能。ABB的HMI可提供8个RS485通信接口用以连接现场设备，并通过以太网接口将现场信息转发至管理层；HMI提供大屏幕人机界面实时监测现场设备运行状态、运行参数，并可实现现场设备的控制与管理功能，是本地化的监控系统。
（3）设备层
ABB提供集成电能管理和控制功能的Emax 2低压断路器、各种类型的多功能电能表和采集控制设备。Emax 2提供分区或按职能的电能管理和控制；多功能电能表和采集控制装置则分布在用电设备附近，提供实时电能使用情况和运行状态，并用于执行电能控制功能。
（4）关键设备
1）低压断路器（Emax 2）如图3所示。
ABB集团在全球同步推出了全电能管理者：Emax 2系列低压断路器。Emax 2属于第四代断路器，其相对于前三代断路器的最大区别是变被动保护为主动保护，对电网能够做到全面监控，具备智能化的能效管理功能，并提供建议性的保护。通过对智能断路器提供的信息进行分析，可以对用电负荷的分配和变压器的设置进行优化。第四代断路器已经不仅仅只是保护电器，而是成为电路中的智能保护终端，让低压断路器转变成为低压电能管理专家。
图3 Emax 2全新系列低压断路器
Emax 2通过专利的负荷管理技术，“削峰填谷”，控制运行功率在既定水平，从而降低系统的总安装功率，并提高整个配电系统的效率。其显著的优势在于断路器本身即可实现，无需复杂的控制系统；并可按照设定优先级，自动控制下游负荷，如图4和图5所示。
图4 Emax 2电能管理功能说明
图5 Emax 2电能管理功能配置
2）各种类型的多功能电能表和采集控制装置，如图6所示：
①EQ系列导轨安装电能表；
②EM系列面板安装电能表；
③RTU分布式采集控制装置等。
5.应用领域
ABB低压全电能管理系统广泛地应用在市政、商用建筑、数据中心、交通、工业等行业领域，它既可以作为独立的电源管理控制系统，又可以作为BA或DCS系统的子系统，如图7所示。
6.产品优势
全电能管理解决方案作为智能电网未来发展必不可少的组成部分，其优势主要体现在四大方面：
图6 PMCS电源管理控制系统中的多功能电能表和采集控制装置
图7 全电能管理解决方案及应用
1）智能管理：实时监控电力系统，合理调配负荷，优化运行；可实现分项、分区、分类、分级管理。
2）全面保护：完善的电力保护功能，确保安全运行；实现上下游保护的完美配合。
3）云端通信：上下游电力系统联网，创建智能电网；实现与电气安全、能量管理系统完美整合。
4）绿色低碳：动态调节电网电能质量，洁净能源；统一管理电能消耗，充分减少能源浪费。
（作者：ABB（中国）有限公司 张强 曹阳）
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