基于3S-Net的樓宇智能配電系統(tǒng)
| 1 引言 電力系統(tǒng)安全與否關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定,確保電網(wǎng)運(yùn)行安全、可靠是電力管理要考慮的首要問題。傳統(tǒng)低壓配電與控制系統(tǒng)可靠性較低、功能差,系統(tǒng)中某一點(diǎn)的故障往往引起系統(tǒng)的*********斷路器動(dòng)作,發(fā)生在北美地區(qū)的大停電事故再次為世人敲響了警鐘。 20世紀(jì)末,出現(xiàn)了集自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)于一體的現(xiàn)場總線低壓電器(包括智能保護(hù)設(shè)備和控制設(shè)備) 。現(xiàn)場總線低壓電器是將專用微處理器植入傳統(tǒng)的開關(guān)等設(shè)備中,使它們具有智能控制與數(shù)字通信功能。國外各大公司紛紛推出采用現(xiàn)場總線技術(shù)的智能化電網(wǎng)的監(jiān)控、保護(hù)與信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用總線電纜作為傳輸介質(zhì),把多個(gè)測量控制及設(shè)備連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),在位于現(xiàn)場的低壓電器設(shè)備與監(jiān)控計(jì)算機(jī)間及低壓電器設(shè)備間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與信息交換,提高了低壓配電與控制系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性,并且具有實(shí)時(shí)調(diào)整配電系統(tǒng)負(fù)載和電能質(zhì)量的能力。 3S-Net智能網(wǎng)絡(luò)配電與控制系統(tǒng)是上海電器科學(xué)研究所(集團(tuán))有限公司為適應(yīng)變電站自動(dòng)化的要求和變電站無人值守的需要所研發(fā)的一套適用于自動(dòng)化配電系統(tǒng)的性價(jià)比較高的變電站智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用保護(hù)測控功能一體化設(shè)計(jì)思想,各單元設(shè)備通過現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)互連,既可集中組屏也可分散安裝,是一種分層分布分散式的變電站自動(dòng)化智能控制系統(tǒng),能充分滿足電力系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時(shí)性、實(shí)用性的要求。該系統(tǒng)適用于各電壓等級變電站的新建與改造工程。 本文介紹了將3S-Net智能網(wǎng)絡(luò)配電與控制系統(tǒng)運(yùn)用到樓宇供配電自動(dòng)化中,較好地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)樓宇供配電與控制系統(tǒng)布線煩瑣、可靠性差等缺陷,提高了樓宇供配電自動(dòng)化程度。 2 項(xiàng)目方案 上海某集甲級辦公樓、高檔商場和超五星級酒店于一體的智能建筑群作為一座現(xiàn)代化的地標(biāo)性建筑,建筑本身對供電的可靠性和供配電系統(tǒng)的自動(dòng)化水平都有較高的要求。本工程采用先進(jìn)的3S-Net智能網(wǎng)絡(luò)配電與控制系統(tǒng)對大樓的中、低壓配電系統(tǒng)、變壓器、發(fā)電機(jī)組、直流屏等實(shí)施自動(dòng)監(jiān)測和控制。 3S-Net智能網(wǎng)絡(luò)配電與控制系統(tǒng)包括1個(gè)變壓器室、1個(gè)高壓配電室、5個(gè)低壓配電室、1套柴油發(fā)電機(jī)和6套應(yīng)急配電柜,各配電柜中開關(guān)等設(shè)備均為帶RS-485通信的智能設(shè)備,具有電能保護(hù)、分配、控制的功能。3S-Net智能網(wǎng)絡(luò)配電與控制系統(tǒng)對建筑內(nèi)的中低壓配電系統(tǒng)、變壓器、發(fā)電機(jī)組、直流屏等實(shí)施自動(dòng)監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)建筑電力系統(tǒng)的自動(dòng)化,提高供配電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性,同時(shí)還可為樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)(BA)提供建筑供配電以及電能消耗的準(zhǔn)確數(shù)據(jù),使物業(yè)管理科學(xué)化。 后臺監(jiān)控系統(tǒng)是基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的運(yùn)行Windows多窗口操作系統(tǒng)的當(dāng)?shù)?a >監(jiān)控系統(tǒng),由工業(yè)控制機(jī)、彩色監(jiān)視器、打印機(jī)、音箱報(bào)警系統(tǒng)等構(gòu)成,供變電站監(jiān)視與控制使用。對每個(gè)變電所自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò),由1臺上位機(jī)和分散于各開關(guān)柜上的智能儀表、智能開關(guān)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成,所有智能儀表、智能開關(guān)均有RS-485接口,支持Modbus現(xiàn)場總線協(xié)議。 上位機(jī)工作站高性能、多任務(wù)、多用戶型工業(yè)控制計(jì)算機(jī)配有21英寸彩色顯示器, 作為人機(jī)聯(lián)系界面(HMI) 。主機(jī)放在配電房控制室內(nèi)。通過現(xiàn)場總線對開關(guān)柜中的主要開關(guān)等元器件進(jìn)行監(jiān)控測試,實(shí)現(xiàn)了“四遙”功能。 系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu) 2.1 分層分布式結(jié)構(gòu) 典型的3S-Net智能網(wǎng)絡(luò)配電與控制系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)分為設(shè)備層、現(xiàn)場控制層和管理層。 (1) 設(shè)備層。底層設(shè)備層采用DeviceNet 、Profibus、Modbus等總線,接入的設(shè)備有萬能式斷路器、塑殼式斷路器、電量表、I/O模塊、無功補(bǔ)償控制器等。 (2) 現(xiàn)場控制層(主站層) 。采用標(biāo)準(zhǔn)DeviceNet ( Profibus、Modbus) 總線協(xié)議, 以DeviceNet( Profibus、Modbus)現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制器與底層設(shè)備之間的通信;通信電纜采用標(biāo)準(zhǔn)總線電纜,具有較長的通信距離及較強(qiáng)的抗干擾能力,適用于工業(yè)現(xiàn)場。 (3) 現(xiàn)場管理層。采用標(biāo)準(zhǔn)TCP / IP工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制器上級管理器之間的通信(通信速率為100Mb/s) 。 現(xiàn)場單元層按分布式配置對0.4 kV及以下電壓等級的二次保護(hù)監(jiān)控設(shè)備,有條件時(shí)可將單元裝置安裝在開關(guān)柜上。各單元內(nèi)保護(hù)和監(jiān)控相互獨(dú)立,各現(xiàn)場單元相互獨(dú)立,僅通過站內(nèi)的DeviceNet通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),并同變電站層的設(shè)備通信。在功能分配上,采用“可下放的盡量下放”原則,凡是可在本現(xiàn)場單元就地完成的功能絕不依賴通信網(wǎng)。該系統(tǒng)同集中式相比,具有明顯優(yōu)點(diǎn):①系統(tǒng)的可靠性高,任一部分設(shè)備有故障時(shí)只影響局部; ②可擴(kuò)展性與靈活性提高,既適用于新建變電站,又適用于老站改造; ③站內(nèi)二次電纜簡化,節(jié)省投資也簡化施工與維護(hù); ④運(yùn)行維護(hù)方便,為變電站的現(xiàn)代化管理提供必要條件。 整個(gè)變電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常簡單,由所有設(shè)備的各單元裝置構(gòu)成現(xiàn)場單元層,由通信控制單元和當(dāng)?shù)?a >監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成變電站層;采用DeviceNet現(xiàn)場總線組成網(wǎng)絡(luò),通信可靠、實(shí)時(shí);保護(hù)和監(jiān)控一體化設(shè)計(jì),且各單元中保護(hù)和監(jiān)控模塊都具有完善的自檢功能,可快速定位任一硬件故障并發(fā)“裝置故障”告警信息,方便現(xiàn)場維護(hù)。二次電纜接線量大為減少,既大大降低了工程成本,又減輕了現(xiàn)場施工工作量。按此種方式建設(shè)的變電站,可實(shí)現(xiàn)無人或少人值班,滿足電力系統(tǒng)對變電站運(yùn)行與管理的需求。按該系統(tǒng)建設(shè)的變電站不僅節(jié)省了占地面積和二次電纜,方便了施工和檢修,而且為變電站的科學(xué)化和現(xiàn)代化運(yùn)行管理提供了必要的先行條件。 2.2 先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 智能化配電系統(tǒng)采用國際先進(jìn)的DeviceNet現(xiàn)場總線技術(shù),它是一種支持分布式或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò),特別適合高實(shí)時(shí)性要求的工業(yè)現(xiàn)場的地層控制,與以往Bitbus或RS-485等通信網(wǎng)相比,具有如下主要優(yōu)點(diǎn):(1) 網(wǎng)上任一節(jié)點(diǎn)可在任一時(shí)刻向其他節(jié)點(diǎn)發(fā)信,不分主從,實(shí)現(xiàn)真正的多主式系統(tǒng)。 (2) 非破壞性總線裁決技術(shù),當(dāng)2個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)上發(fā)信時(shí),優(yōu)先級別低的信文自動(dòng)停止發(fā)送,不影響優(yōu)先級別高的信文發(fā)送,在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重時(shí),不會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。 (3) 錯(cuò)誤檢測和相應(yīng)處理功能,提高通信可靠性。 (4) 通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜。 3S-Net智能網(wǎng)絡(luò)配電與控制系統(tǒng)充分利用DeviceNet現(xiàn)場總線和通信技術(shù)的優(yōu)越性,整合中、低壓電網(wǎng)的通信系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交換。通過總線技術(shù)把整個(gè)系統(tǒng)的保護(hù)與控制電器組合成一個(gè)整體,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合,達(dá)到******運(yùn)行狀態(tài)。通過系統(tǒng)監(jiān)控中、低壓電網(wǎng)的電能質(zhì)量,采取自動(dòng)無功補(bǔ)償和抑制諧波等技術(shù)措施,改善系統(tǒng)功率因數(shù)和諧波分量,提高電網(wǎng)質(zhì)量與運(yùn)行的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。 基于現(xiàn)場總線智能網(wǎng)絡(luò)配電與控制系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn): (1) 一對N 結(jié)構(gòu)。一對傳輸線,N 臺儀表,雙向傳輸多個(gè)信號。 (2) 可靠性。數(shù)字信號傳輸抗干擾性能強(qiáng)、精度高。 (3) 互換性。用戶自由選擇不同制造商所提供的性價(jià)比最優(yōu)的現(xiàn)場設(shè)備。 (4) 互操作性。用戶把不同制造商的各種品牌的設(shè)備集成在一起,統(tǒng)一組態(tài),組態(tài)簡單。 (5) 分散控制。控制站功能分散在現(xiàn)場儀表中,通過現(xiàn)場儀表構(gòu)成控制回路,實(shí)現(xiàn)徹底的分散控制。 3S-Net智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)簡潔、明了,由主干線和分支線的結(jié)構(gòu)組成,支持單電源和多電源,支持網(wǎng)絡(luò)供電和設(shè)備供電,系統(tǒng)可在不斷開主干線的情況下帶電裝拆節(jié)點(diǎn),具有自適應(yīng)、自診斷、通信互聯(lián)等功能?？梢杂梅种Ь€實(shí)現(xiàn)菊花鏈、樹形分支結(jié)構(gòu), 結(jié)構(gòu)靈活,方便現(xiàn)場施工布線。與傳統(tǒng)的布線方式相比可大大地節(jié)約工程成本,所有的控制設(shè)備分散在現(xiàn)場,由一根電纜連接,實(shí)現(xiàn)徹底的分散控制,提高了系統(tǒng)的可靠性、自治性和靈活性。 |
