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基于控制與保護開關的智能配電系統研究

文檔作者：于鑫輝文檔來源：延鋒安道拓座椅有限公司		更新日期： 2026年06月02日	點擊數：
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·112· | 工程設備與材料 | Engineering Equipment and Materials 2018 年 1 月
基于控制與保護開關的智能配電系統研究
于鑫輝
（延鋒安道拓座椅有限公司，上海 201315）
摘 要：制造業的不斷加速發展，其基本能源保障是重中之重，配電系統在這期間起到了重要的平衡作用，但是隨著工
廠的不斷擴張，也將一些連帶問題暴露出來。文章結合實際情況對基于控制與保護開關的智能配電系統進行簡析。
關鍵詞：控制與保護；智能配電系統；估值；峰值
中圖分類號：V242.4+3 文獻標志碼：A 文章編號：2096-2789（2018）01-0112-02
作者簡介：于鑫輝（1981-），男，中級工程師，研究方向：
工廠供配電研究。
1 智能配電系統的設計原理及作用
在快速發展的過程中，用電負荷一直保持著高位的
增長態勢。這就導致了各種類型的非線性負載不斷帶來
了電能質量問題。在電子線路中，電壓與電流不成線性
關系，在負載的投入、運行過程中，電壓和電流的關系
是經常變化的。這種情況在民用電路中可能影響并不大，
但是對于規模化生產，特別是制造型生產企業而言，這
種非線性負載的的不規律變化影響就較大了。輕則會直
接影響到機械生產設備的正常運行，情況嚴重了有可能
導致設備非正常的停車、甚至直接擊穿機械設備的核心
部件。因此，就完全有必要根據實際的電壓及電量消耗
來設計一套智能配電系統，這套系統應遵循電力系統的
標準規范而二次開發，是一套集具有專業性強，自動化
程度高，易使用，高性能，高可靠等特點為一體的適用
于中低壓智能配電管理系統。
2 智能配電系統的設計結構特點
低壓智能配電管理系統采用分層、分布式結構設計，
按間隔單元劃分、模塊化設計，整個系統分為三層：系
統管理層、網絡通訊層、現場設備層。
2.1 系統管理層
低壓智能變配電管理系統軟件為核心，可實時顯示
和處理設備層采集的數據和測控信號。系統操作界面
簡單直觀，真正實現了用戶和監控設備的對接。系統管
理層由低壓智能變配電管理系統軟件、監控主機、打印
機和UPS 不間斷電源等組成。系統管理層是智能配電
系統的“大腦與中樞”，系統管理層下達的所有執行指
令，都是基于確保變配電系統能夠可靠、高效且低耗運
行為基礎的。因此，智能配電系統中對系統管理層的相
關保護措施也是極為嚴苛的。一般情況下都不會配備的
UPS 不間斷電源保護措施就是為了在突發的停電狀態
下，能夠確保系統管理層相關終端設備能夠在非正常狀
態下下達相應的應急措施指令，將停電所造成的損失降
低到最小程度上。一般來說，這套UPS 不間斷電源能
夠確保監控主機在備用電源徹底斷電的情況下繼續供電
45 ～ 90min。這個時間階段已經可以滿足相關技術人員
的對變配電設施設備的排障，以達到恢復供電的效果。
即便是沒有實現有效供電，這個時間緩沖也足以能夠確
保監控主機的配電管理軟件根據預設處置方案來完成下
行電路的終止運行，避免下行設備因為緊急斷電而造成
的不可預見性損失。
2.2 網絡通訊層
網絡通訊層主要是指現場設備層和系統管理層主機
之間的數據的通信設備和通訊鏈路。網絡通訊層由屏蔽
雙絞線、光纜、光纖收發器、工業網絡交換機、通訊管
理機和電源模塊等不同設備組成。這套設備是整個智能
配電系統的“血管與血液”。經由系統管理層下達的所
有指令都必須通過網絡通訊層來完成執行。因此，網絡
通訊層的硬件設備的相關技術參數也相對較高，基本上
采用的是專屬光纜進行信號傳輸，這樣就確保信號的穩
定性和抗干擾性。值得一提的是，采用工業網絡交換機
和通訊管理機等不同設備的這種多保險架構，在一定程
度上提升了傳輸信號的排他性和保密性，這在智能信號
傳輸的過程中是比較先進的措施，對于鏈路信號的有效
銜接能夠起到促進的作用，確保了整個光纜以及光纖在
信號傳輸的過程中不被外部信號所干擾。之所以這么設
計，主要是考慮到不同的收發機器在工作中也會產生一
定的傳輸信號，采用多保險架構能夠讓數據信號在測量
和分析的過程中有效甄別哪些屬于通訊信號，哪些屬于
設備信號，確保通訊信號的高效傳輸。
2.3 現場設備層
現場監控層設備即遠程終端設備，用于現場監控信
號的數據測量、顯示、控制和通訊等功能。設備層由低
壓配電監控中心所需的各種智能電力儀表、微機保護及
其他第三方智能設備組成。現場設備層的所有設備是智
能配電系統的“四肢”所有經由網絡通訊層下達的系統
管理信號都需要這些設備來進行執行和運行，這些設備
根據自身特點的不同，其各自的運行特點也不盡相同。
3 智能配電系統的運行特點
智能配電系統針對不同的工作環境有不同的運行特
點，雖然在理論上來說屬于同一個范疇，但是其實際運
行還是存在著一定的差異的。正是因為有這種差異的存
在，也確保了智能配電系統的穩定運行。
3.1 峰值與谷值差異較大時，有效節約電能
現場設備層中有一套遙感設備，這套設備可以合理
的調配用電負荷，根據實時監控、監測的數據來分析峰
值與谷值之間的時間差異規律，通過采取必要的節電措
施來有效規避峰值時候的非必要性用電消耗。這樣就能
夠在一定程度上緩解峰值的用電壓力同時，讓智能配電
系統基本上在限定范圍內運行。不過考慮到很多工廠的
能源消耗，特別是電能消耗存在剛性需求，因此智能配
電系統要兼具能源管理系統的職能，通過能源管理平臺
采集各能耗監測點的能耗和運行信息，形成能耗的分類、
分項、分區域統計分析，對能源的統一（下轉第120 頁）
DOI:10.19537/j.cnki.2096-2789.2018.01.052
·120· | 工程設備與材料 | Engineering Equipment and Materials 2018 年 1 月
圖1 生產過程流程圖
圖2 生產模型求解圖
亟需柔性生產，提高勞動生產率。
3.2 仿真結果
運用文章給出的建立工件組Agent 方法，構建制造
單元Agent，編寫程序求解生產模型，對任務實例進行
仿真，在滿足工藝約束的情況下，以最小化最大完工時
間為目標進行分派生產，分派結果甘特圖如圖2 所示。
計算結果為產能利用率提高了8%，這對縮短制造時間
提高企業收益具有重要的現實意義。
4 結束語
柔性制造系統是經典車間制造的重要擴展，一個零
件的允許操作可以在多臺機器上加工，從而更加接近實
際工作環境。文章應用Agent 的智能性以及Agent 間的
交互協商，從工件、設備、控制三個層面進行了研究，
并對提出的理論進行了仿真驗證，事實證明文章提出的
生產模型對解決車間的設備利用率問題有很重要的現實
意義。
參考文獻：
[1] 蘇國軍, 汪晉, 田立國. 基于網模型的柔性制造系統優化調
度[J]. 系統工程理論與實踐,2014,34(10):2716-2721.
[2] 張潔, 高亮, 李培根. 多Agent 技術在先進制造中的應用[M].
北京: 科學出版社,2004.
[3] 曹戰. 基于遺傳算法的車間布局問題研究[D]. 大連交通大
學,2007.
（上接第112 頁）調度從而實現了降低企業綜合能耗和
提高勞動生產率有重要作用。如此一來就讓企業真正的
實現了有限資源的最大化綜合利用同時，確保了企業的
電力電路系統一直保持相對穩定的工作狀態。
3.2 無功補償設備運行更穩定
專業的低壓干式電容器和電抗器的組合無功補償設
備，有源濾波器，模塊化結構，具有高度可控性和快
速響應性，克服了傳統無源濾波器濾波效果差、容易發
生諧振、只能濾除某一特定頻次的諧波等缺點，對各種
快速瞬變的沖擊性負荷所產生的諧波均能起到良好的濾
波效果和補償效果，良好的補償效果和使用壽命。這種
偏平緩的補償效果在民用層面的角度上來說可能過于遲
緩。但是考慮到使用這種無功補償設備的大多都是大型
企業，其電路電網比較復雜，過于激進的無功補償方式
不僅不能起到應有的作用，反倒會因為自身電壓的不穩
定或者是電流的過大而對廠內自備電網造成嚴重的影
響，出于安全性和穩定性角度的考慮還是采取這種措施
比較好。尤其值得一提的是，這種措施從經濟效益的分
析上來看還是相對來說比較實惠的，而且因此對外產生
的電磁影響也是最小的，所以從另外一個角度上來說也
體現出環保的特性，是具備借鑒和推廣功效的。
3.3 有效切斷惡性負載并自動切斷負載電源
這個功能在運行的過程中看似簡單，但是起到的穩
定性效果作用卻是巨大的。因為工廠內除了生產設備的
電路網絡，涉及員工生活輔助設施的配電系統正常、高
效且穩定的運行也是極為關鍵的。由于基本上都是生活
用電消耗，期間各終端所承載的有效負載電源原則上來
說都是比較穩定的，不會存在惡性負載出現的情況。傳
統的配電系統中也沒有考了惡性負載出現之后的應急對
應措施。而智能配電系統在現場設備控制層有相應的控
制終端和測量設備，能夠精確且迅速的研判出惡性負載
的出現，在實現信息和信號實時上傳之后，系統管理層
進過進一步的分析確定其為惡性負載的情況下會通過網
絡通訊層相關設備下達有效切斷惡性負載的指令。這不
僅是對智能配電系統的保護，更是對整個運行電網的保
護，在這種雙重保護之下能夠讓工廠的整個變配電系統
處于基本穩定的運行狀態下。
4 結束語
綜上所述，基于控制與保護開關的智能配電系統研
究，是基于電力設施設備不斷進行技術革新的基礎上完
成的，其中有些措施隨著技改的不斷深入仍然在不斷的
變化與調整中。智能設備的運行需要秉承的特點一個是
安全，一個是高效，這樣才是確保整個變配電系統穩定
運行的關鍵。
參考文獻：
[1] 賈宏杰, 王丹, 徐憲東, 等. 區域綜合能源系統若干問題研
究[J]. 電力系統自動化,2015,39(7):198-207.
[2] 黃仁樂, 程林, 李洪濤. 交直流混合主動配電網關鍵技術研
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