總結：針對工業電源模式的研究現狀，闡述了基於現代乙太網的電源管理系統設計。 系統實現電能的遠端實時監控和管理，系統支援多種終端裝置的遠端接入，建立實時人機介面管理平台，實現電能的現代化管理模式。 提高了供電企業的管理效率和供電效率，為跨區域大型電網遠端監控提供了新的思路。
關鍵字：電能管理; 工業乙太網; 能源監控; 人機介面。
0 引言。 隨著電網的發展和相關政策的出台，用電管理逐步實現了每戶一公尺、抄表到戶的制度。 但隨之而來的問題是大量用電資料的複製和管理。 同時，用電客戶群體的多樣性決定了對高質量供電的要求。 由於自身結構的缺陷，傳統的電源管理系統在有效性、實時可控性、準確性和應用特性等方面已無法滿足當前社會的用電需求，會造成電力資源和人力資源的浪費。 因此，電源管理門需要加快新型電源管理系統的普及。
隨著網際網絡技術的飛速發展，現代科學技術將逐漸取代傳統的功率測量工具。 隨著各種現代智慧型產品的不斷湧現，在電源管理方面，通過工業乙太網管理電力系統的研究逐漸成為電力系統的主要研究主流。 電能遠端控制通過人機介面對電能進行遠端管理和控制，對採集的資料進行高速高效的分析、計算和控制，從而節省大量人力資源，提高管理效率。 基於工業乙太網的電能網路監測系統是未來國家用電集中監測和合理利用電能的發展趨勢。
針對當前市場對電能質量的需求，討論了乙太網的電源管理結構，並描述了系統中使用的關鍵技術。 該系統在資料傳輸過程中實現了電能遠端監控和分類資料採集、資料分析、協議轉換、資料加密保護和儲存等功能。 從而實現了基於無線乙太網的電源管理系統的設計。
1.系統結構。
針對電源管理系統的現狀，本文提出的電源管理系統是一種基於工業乙太網的三層電源管理系統。 電源管理系統的結構圖如圖1所示。 該系統的主要功能是通過工業乙太網實現現場資料的實時採集和分析，以及電能的遠端控制和管理。
圖1 電源管理系統結構圖。
系統的第一級架構為基站現場採集網路，本地基站現場採集網路圖如圖2所示。 基站現場採集網路，實現對基站現場功耗資料等資訊的分類採集，實現資料傳輸過程中的資料分析、協議轉換、資料加密保護和儲存。 資料以鏈路結構的形式傳輸到輔助資料探勘收集中心。
圖2 本地基站現場採集網路圖。
中端資料匯聚網路中心是系統的*2架構，主要負責採集現場各基站採集的網路傳送的資料，並對用電資料進行快取和彙總。 之後，按照上級中心設定的標準，對資料進行分類上傳，並在不同的時間段上傳到上級。
後一層架構是終端資料中心，即省級資料部門監控平台。 終端資料中心將搭建系統監控軟體平台，對接收省份採集的資料資訊進行分析管理，分類儲存，定期備份資料。 根據備份時間以及資料分析管理的內容對資料庫進行統計，生成各種型別的統計報表。 根據報告內容制定管理流程體系，實現節能資料的標準化，使電源管理更加人性化。
本文主要對電源管理系統的乙太網監控模組和PLC主控模組進行分析研究。 其中，電源管理系統涉及微控制器技術、電力電子技術、通訊技術等多個領域。
2.控制系統的設計。
在電源管理系統中，基於乙太網的監控模組大致可分為五個模組，分別是PLC主控模組、資料採集模組、環路開關控制模組、系統電源監控模組、人機介面模組。
2.1PLC主控模組。
圖 3 顯示了系統的硬體結構。 系統硬體由控制端、被控端、被控物件三部分組成。 本文中的電源管理系統是以可程式設計邏輯控制器為系統的控制核心，PLC主控模組具有多個資料採集埠，每個埠上有100多個採集點，使主控模板可以分布在各個監控區域; 通過工業乙太網，每個主控模板可以互聯互通，形成乙個控制網路。 實現流程如下：各監控區域通過採集點採集資料資訊，PLC主控模組對採集到的資訊進行整合和計算，將處理後的資料反饋給使用者並分類儲存，以便使用者檢視和呼叫，存檔的資料可以通過乙太網進行交換， 分類資料將被傳送到控制中心。電源管理系統的工作人員可以使用PC實時監控使用者的用電情況，並可以使用PC傳送遠端控制指令。 例如，停電和緊急維修，對非法使用者的停電處罰等。
此外，主控模組和系統電能監控模組可以一起使用，以達到採集電訊號的目的，實現線路的通斷電源控制。
圖3 系統硬體架構
2.2.資料採集模組。
資料採集模組是基於乙太網的電源管理系統中不可或缺的環節。 資料採集模組的採集口接收到的訊號是電壓和電流訊號，本系統採用電流電壓互感器採集電訊號。 圖4顯示了採集終端的結構。 訊號通過電壓電流互感器耦合器傳輸到資料處理中心，由於大電流和電壓訊號不容易傳輸，需要按比例縮小到易於測量的小訊號，訊號會先通過系統的功率監控模組， 然後傳輸到控制中心。
圖4 採集終端框圖
2.3 迴路開關控制模組。
環路開關控制模組由固態繼電器和PLC主控模組協調，實現環路開關控制功能。 固態繼電器是一種具有非接觸隔離功能的電子開關，它連線到使用者供電裝置的輸入端，當控制中心反饋使用者的多餘電量資訊時，控制中心會向PLC主控模組傳送斷電通知命令，主控模組通過固態繼電器切斷電源。 因此，環路開關控制是通過固態繼電器來控制每條電源線的開關狀態。
2.4.系統電源監控模組。
系統電源監控模組的工作原理圖如圖5所示，系統電源監控模組的作用是進一步處理資料採集模組採集到的訊號，對模擬感測器和開關感測器的輸入訊號進行測量、比較和分析，輸出主控模組能識別的安全訊號。
電能監測模組實現的過程是分別對資料採集模組採集到的電流和電壓訊號進行濾波，為了防止高頻訊號干擾被測電訊號，必須首先對高頻干擾訊號進行處理，處理方法是在電路中增加乙個低通濾波器， 高頻干擾的訊號*被濾除，並用運算放大器放大。
圖5 系統電源監控模組。
系統電源監控模組是乙太網電源管理系統的核心，可實現對多種訊號的採集和對多種訊號的實時監控，如電流、電壓、功率因數等訊號。 如今，它已廣泛應用於學校和發電站等各個領域。
2.5.人機介面模組。
電源管理系統中設計了用於智慧型監控的人機介面。 當監控中心需要觀察使用者的實時用電量時，系統會通過工業乙太網將資料採集模組採集到的資訊傳輸到監控中心，電站管理人員可以通過人機介面將主控模組傳輸的使用者用電量資訊傳遞出去， 然後實現基於人機介面的現場實時監控，基於工業乙太網的PC機制搭建監控中心資料系統的執行平台。使用者用電資料資訊通過PLC主控模組進行分析、通訊和互聯互通，構成乙個完整的電源管理系統，從而實現整個電源管理系統的遠端分析、控制和監控功能。
因此，通過對基於工業乙太網的電源管理系統電力監控模組的執行過程進行分析，對整個管理系統的執行情況和實際應用中的資料進行了比較，並分析了管理系統各部分在現場實際應用中的執行情況， 這表明基於工業乙太網的電源管理系統取得了卓有成效。
3 Acrel-3000WEB電源管理解決方案。
3.1 概述。
使用者側消耗了整個電網80%的電力，使用者側的智慧型用電對使用者可靠、安全、經濟的用電具有重要意義。 構建智慧型用電服務體系，全面推廣使用者側智慧型電表、智慧型用電管理終端等裝置用電管理解決方案，實現電網與使用者的雙向良性互動。 使用者側亟待解決的研究內容主要包括：高階計量、智慧型樓宇、智慧型家電、增值服務、客戶用電管理系統、需求側管理等課題。
Acrel-3000WEB電源管理解決方案對使用者的用電量進行細分和統計，並以直觀的資料和圖表將每個子項的耗電量展示給管理人員或決策者，方便找出高能耗點或不合理的能耗習慣，有效節約用電，為使用者進一步節能改造或裝置公升級提供準確的資料支援。
3.2.申請地點。
1）辦公樓（商務辦公樓、大型公共建築等）;
2）商業建築（商場、金融機構建築等）;
3）旅遊建築（賓館、飯店、娛樂場所等）;
4）科教文健康建築（文化、教育、科研、醫療衛生、體育建築等）;
5）通訊建築（郵電、通訊、廣播、電視、資料中心等）;
6）交通建築（機場、車站、碼頭建築等）。
3.3.系統結構。
3.4.系統功能。
3.4.1.實時監控。
系統具有友好的人機介面，以配電圖的形式直觀顯示配電線路的執行狀態，實時監控各電路的電壓、電流、功率、功率因數、電能等電氣引數資訊，動態監控斷路器、隔離開關的合閘和子狀態， 接地刀和配電電路的其他部分，以及故障和報警等訊號。
3.4.2.電能統計報告。
該系統通過豐富的報告支援測量系統的完整性。 系統具有定時抄表功能，使用者可自由查詢系統正常執行以來任意時間段內各配電節點的用電量，即節點用電量和各分支電路用電量的統計分析報告。 此功能使用電量可見透明，在用電誤差較大時可進行分析追溯，從而保持計量系統的正確性。
3.4.3.詳細的電氣引數查詢。
在主功率分布圖中，當滑鼠移動到每個電路附近時，滑鼠指標變為手形，滑鼠可以點選檢視電路的詳細電氣引數，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無功功率、總功率因數、正向有功電能，並可檢視24小時相電流趨勢曲線和24小時電壓趨勢曲線。
3.4.4. 執行報告。
系統具有實時用電引數和歷史用電引數的儲存和管理功能，所有實時採集的資料、連續事件記錄等都可以儲存到資料庫中，查詢介面中可以顯示需要查詢的引數、相應的時間或可以選擇查詢的記錄資料， 等，並通過報告顯示。使用者可以根據自己的需要自定義操作和月報，支援Excel格式檔案的匯出，也可以根據使用者要求匯出PDF格式檔案。
3.4.5.變壓器執行監控。
系統實時監控配電系統主進線、主變壓器、重要負荷出口線路的執行狀態，以曲線顯示電流、變壓器執行溫度、有功用電、有功功率、視在功率、變壓器負荷率等執行趨勢，分析變壓器的負荷率和損耗， 並便於運維人員及時掌握執行水平和用電需求，確保供電安全可靠。
3.4.6.實時報警。
系統具有實時報警功能，系統可實時監控配電斷路器、隔離開關、接地刀分割、合閘動作等遠端訊號位移、保護動作、事故跳閘以及電壓、電流、功率、功率因數超限等事件，並按事件級別發出報警。 當系統報警時，會自動彈出實時報警視窗，並發出聲音或語音提醒。
3.4.7.歷史事件查詢。
系統可儲存和管理遠端訊號位移、保護動作、事故跳閘、電壓、電流、功率、功率因數超限等事件記錄，方便使用者追溯系統事件和報警的歷史記錄，查詢統計，進行事故分析。
3.4.8.電能質量監測。
系統可連續監測整個配電系統的電能質量，運維人員可通過諧波分析條形圖掌握進線、變壓器及重要電路的電壓、電流諧波畸變率、諧波含量、電壓不平衡等情況並上報，並及時採取相應措施，降低諧波損耗，減少諧波引起的異常和事故（此功能需要配備具有諧波監測功能的功率計，無需刪除。
3.4.9.遙控操作。
系統支援斷路器、隔離開關、接地刀等的遠端控制操作。 系統具有嚴格的密碼保護和操作許可權管理功能，對於每次遠端控制操作，系統自動生成操作記錄，包括操作人員、操作時間、操作型別等。 要實現這一功能，斷路器本身需要有電氣操作機構和保護測控裝置、遠端控制功能等硬體裝置的支援。
3.4.10. 使用者許可權管理。
為保證系統的安全穩定執行，系統設定了使用者許可權管理功能。 通過使用者許可權管理，可以防止未經授權的行為（例如，分配電路名稱修改等）。 可定義不同級別使用者的登入名、密碼和操作許可權，為系統運維和管理提供可靠的安全保障。
3.4.11.通訊狀態圖。
系統支援實時監控與系統連線的各裝置的通訊狀態，可完整展示整個系統網路結構; 它可以診斷裝置的通訊狀態，並在網路異常時自動在介面上顯示故障裝置或元件及其故障部件。 這樣便於運維人員實時掌握現場各種裝置的通訊狀態，及時維護異常裝置，保證系統穩定執行。
3.4.12** 監控。
*監控顯示當前實時畫面（**直播），選擇變電站，即可檢視變電站內的**資訊。
3.4.13 使用者報告。
使用者報表頁面主要用於自動彙總所選變電站乙個月的執行資料，並對變壓器負載、配電電路功耗、功率因數、報警事件等進行統計分析。
3.4.14 應用程式支援。
電源運維手機支援“監控系統”、“裝置檔案”、“待辦事項清單”、“巡檢記錄”和“缺陷記錄”五大模組，支援地圖、需求、用電量曲線、溫濕度、同比、振鈴比、電能質量、各種事件報警查詢、裝置檔案查詢、待辦事項處理、巡檢記錄查詢等。
3.5. 系統硬體配置列表。
4 結束語。 基於工業乙太網的電力管理系統採用新技術，將智慧型裝置整合到用電使用者中，在使用者用電資料資訊可以充分採集的情況下，利用工業乙太網對資料進行自動採集分析，從而實現對使用者用電資訊的統一儲存和分析， 這對實現電能人性化管理具有重要意義。但是，由於各種管理系統產品之間沒有統一的通訊標準，而現代電源管理系統的實施也不能完全拋棄傳統。 因此，構建基於工業乙太網的電源管理系統的過程注定是乙個曲折而漫長的過程。