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基于控制與保護開關(guān)的智能配電系統(tǒng)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(shù)：
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·112· | 工程設(shè)備與材料 | Engineering Equipment and Materials 2018 年 1 月
基于控制與保護開關(guān)的智能配電系統(tǒng)研究
于鑫輝
（延鋒安道拓座椅有限公司，上海 201315）
摘 要：制造業(yè)的不斷加速發(fā)展，其基本能源保障是重中之重，配電系統(tǒng)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(jié)合實際情況對基于控制與保護開關(guān)的智能配電系統(tǒng)進行簡析。
關(guān)鍵詞：控制與保護；智能配電系統(tǒng)；估值；峰值
中圖分類號：V242.4+3 文獻標(biāo)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(tǒng)的設(shè)計原理及作用
在快速發(fā)展的過程中，用電負荷一直保持著高位的
增長態(tài)勢。這就導(dǎo)致了各種類型的非線性負載不斷帶來
了電能質(zhì)量問題。在電子線路中，電壓與電流不成線性
關(guān)系，在負載的投入、運行過程中，電壓和電流的關(guān)系
是經(jīng)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(guī)模化生產(chǎn)，特別是制造型生產(chǎn)企業(yè)而言，這
種非線性負載的的不規(guī)律變化影響就較大了。輕則會直
接影響到機械生產(chǎn)設(shè)備的正常運行，情況嚴(yán)重了有可能
導(dǎo)致設(shè)備非正常的停車、甚至直接擊穿機械設(shè)備的核心
部件。因此，就完全有必要根據(jù)實際的電壓及電量消耗
來設(shè)計一套智能配電系統(tǒng)，這套系統(tǒng)應(yīng)遵循電力系統(tǒng)的
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范而二次開發(fā)，是一套集具有專業(yè)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(tǒng)。
2 智能配電系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)特點
低壓智能配電管理系統(tǒng)采用分層、分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計，
按間隔單元劃分、模塊化設(shè)計，整個系統(tǒng)分為三層：系
統(tǒng)管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層、現(xiàn)場設(shè)備層。
2.1 系統(tǒng)管理層
低壓智能變配電管理系統(tǒng)軟件為核心，可實時顯示
和處理設(shè)備層采集的數(shù)據(jù)和測控信號。系統(tǒng)操作界面
簡單直觀，真正實現(xiàn)了用戶和監(jiān)控設(shè)備的對接。系統(tǒng)管
理層由低壓智能變配電管理系統(tǒng)軟件、監(jiān)控主機、打印
機和UPS 不間斷電源等組成。系統(tǒng)管理層是智能配電
系統(tǒng)的“大腦與中樞”，系統(tǒng)管理層下達的所有執(zhí)行指
令，都是基于確保變配電系統(tǒng)能夠可靠、高效且低耗運
行為基礎(chǔ)的。因此，智能配電系統(tǒng)中對系統(tǒng)管理層的相
關(guān)保護措施也是極為嚴(yán)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(fā)的停電狀態(tài)
下，能夠確保系統(tǒng)管理層相關(guān)終端設(shè)備能夠在非正常狀
態(tài)下下達相應(yīng)的應(yīng)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(jiān)控主機在備用電源徹底斷電的情況下繼續(xù)供電
45 ～ 90min。這個時間階段已經(jīng)可以滿足相關(guān)技術(shù)人員
的對變配電設(shè)施設(shè)備的排障，以達到恢復(fù)供電的效果。
即便是沒有實現(xiàn)有效供電，這個時間緩沖也足以能夠確
保監(jiān)控主機的配電管理軟件根據(jù)預(yù)設(shè)處置方案來完成下
行電路的終止運行，避免下行設(shè)備因為緊急斷電而造成
的不可預(yù)見性損失。
2.2 網(wǎng)絡(luò)通訊層
網(wǎng)絡(luò)通訊層主要是指現(xiàn)場設(shè)備層和系統(tǒng)管理層主機
之間的數(shù)據(jù)的通信設(shè)備和通訊鏈路。網(wǎng)絡(luò)通訊層由屏蔽
雙絞線、光纜、光纖收發(fā)器、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機、通訊管
理機和電源模塊等不同設(shè)備組成。這套設(shè)備是整個智能
配電系統(tǒng)的“血管與血液”。經(jīng)由系統(tǒng)管理層下達的所
有指令都必須通過網(wǎng)絡(luò)通訊層來完成執(zhí)行。因此，網(wǎng)絡(luò)
通訊層的硬件設(shè)備的相關(guān)技術(shù)參數(shù)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(wěn)
定性和抗干擾性。值得一提的是，采用工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機
和通訊管理機等不同設(shè)備的這種多保險架構(gòu)，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?shù)倪^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?shù)倪^程中不被外部信號所干擾。之所以這么設(shè)
計，主要是考慮到不同的收發(fā)機器在工作中也會產(chǎn)生一
定的傳輸信號，采用多保險架構(gòu)能夠讓數(shù)據(jù)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(shè)備信號，確保通訊信號的高效傳輸。
2.3 現(xiàn)場設(shè)備層
現(xiàn)場監(jiān)控層設(shè)備即遠程終端設(shè)備，用于現(xiàn)場監(jiān)控信
號的數(shù)據(jù)測量、顯示、控制和通訊等功能。設(shè)備層由低
壓配電監(jiān)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(shè)備組成。現(xiàn)場設(shè)備層的所有設(shè)備是智
能配電系統(tǒng)的“四肢”所有經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)通訊層下達的系統(tǒng)
管理信號都需要這些設(shè)備來進行執(zhí)行和運行，這些設(shè)備
根據(jù)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(tǒng)的運行特點
智能配電系統(tǒng)針對不同的工作環(huán)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(tǒng)的穩(wěn)定運行。
3.1 峰值與谷值差異較大時，有效節(jié)約電能
現(xiàn)場設(shè)備層中有一套遙感設(shè)備，這套設(shè)備可以合理
的調(diào)配用電負荷，根據(jù)實時監(jiān)控、監(jiān)測的數(shù)據(jù)來分析峰
值與谷值之間的時間差異規(guī)律，通過采取必要的節(jié)電措
施來有效規(guī)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(tǒng)基本上在限定范圍內(nèi)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(tǒng)要兼具能源管理系統(tǒng)的職能，通過能源管理平臺
采集各能耗監(jiān)測點的能耗和運行信息，形成能耗的分類、
分項、分區(qū)域統(tǒng)計分析，對能源的統(tǒng)一（下轉(zhuǎn)第120 頁）
DOI:10.19537/j.cnki.2096-2789.2018.01.052
·120· | 工程設(shè)備與材料 | Engineering Equipment and Materials 2018 年 1 月
圖1 生產(chǎn)過程流程圖
圖2 生產(chǎn)模型求解圖
亟需柔性生產(chǎn)，提高勞動生產(chǎn)率。
3.2 仿真結(jié)果
運用文章給出的建立工件組Agent 方法，構(gòu)建制造
單元Agent，編寫程序求解生產(chǎn)模型，對任務(wù)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(biāo)進行分派生產(chǎn)，分派結(jié)果甘特圖如圖2 所示。
計算結(jié)果為產(chǎn)能利用率提高了8%，這對縮短制造時間
提高企業(yè)收益具有重要的現(xiàn)實意義。
4 結(jié)束語
柔性制造系統(tǒng)是經(jīng)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(huán)境。文章應(yīng)用Agent 的智能性以及Agent 間的
交互協(xié)商，從工件、設(shè)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(chǎn)模型對解決車間的設(shè)備利用率問題有很重要的現(xiàn)實
意義。
參考文獻：
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[3] 曹戰(zhàn). 基于遺傳算法的車間布局問題研究[D]. 大連交通大
學(xué),2007.
（上接第112 頁）調(diào)度從而實現(xiàn)了降低企業(yè)綜合能耗和
提高勞動生產(chǎn)率有重要作用。如此一來就讓企業(yè)真正的
實現(xiàn)了有限資源的最大化綜合利用同時，確保了企業(yè)的
電力電路系統(tǒng)一直保持相對穩(wěn)定的工作狀態(tài)。
3.2 無功補償設(shè)備運行更穩(wěn)定
專業(yè)的低壓干式電容器和電抗器的組合無功補償設(shè)
備，有源濾波器，模塊化結(jié)構(gòu)，具有高度可控性和快
速響應(yīng)性，克服了傳統(tǒng)無源濾波器濾波效果差、容易發(fā)
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(chǎn)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(shè)備的大多都是大型
企業(yè)，其電路電網(wǎng)比較復(fù)雜，過于激進的無功補償方式
不僅不能起到應(yīng)有的作用，反倒會因為自身電壓的不穩(wěn)
定或者是電流的過大而對廠內(nèi)自備電網(wǎng)造成嚴(yán)重的影
響，出于安全性和穩(wěn)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(jīng)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(chǎn)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(xiàn)出環(huán)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(wěn)
定性效果作用卻是巨大的。因為工廠內(nèi)除了生產(chǎn)設(shè)備的
電路網(wǎng)絡(luò)，涉及員工生活輔助設(shè)施的配電系統(tǒng)正常、高
效且穩(wěn)定的運行也是極為關(guān)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(wěn)定的，不會存在惡性負載出現(xiàn)的情況。傳
統(tǒng)的配電系統(tǒng)中也沒有考了惡性負載出現(xiàn)之后的應(yīng)急對
應(yīng)措施。而智能配電系統(tǒng)在現(xiàn)場設(shè)備控制層有相應(yīng)的控
制終端和測量設(shè)備，能夠精確且迅速的研判出惡性負載
的出現(xiàn)，在實現(xiàn)信息和信號實時上傳之后，系統(tǒng)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(wǎng)
絡(luò)通訊層相關(guān)設(shè)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(tǒng)的保護，更是對整個運行電網(wǎng)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(tǒng)
處于基本穩(wěn)定的運行狀態(tài)下。
4 結(jié)束語
綜上所述，基于控制與保護開關(guān)的智能配電系統(tǒng)研
究，是基于電力設(shè)施設(shè)備不斷進行技術(shù)革新的基礎(chǔ)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(diào)整中。智能設(shè)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(tǒng)穩(wěn)定
運行的關(guān)鍵。
參考文獻：
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