（CS12 上海电器科学研究所（集团）有限公司）

1.概述

智能电网是以智能一次设备和二次设备为基础，深度集成电力与网络通信技术形成的未来电网体系架构，其应用主要包括发电、输电、变电、配电、用电和调度等六个环节。未来10年我国将建成具有网络化、自动化、统一的、坚强的智能电网，面向智能电网的网络化通信控制系统应具有网络实时通信、远程/本地控制、双向互动、自我故障诊断、自我保护和自愈功能。面向智能电网的网络化通信控制系统针对智能电网楼宇的用户端配电系统、太阳能发电监控系统、电池储能监控系统、照明智能控制系统等多个典型应用，提供完整的网络化控制系统解决方案、产品和标准的网络化控制组件。

针对楼宇智能配电系统的方案，可实现配用电设备和线路的多级负载实时监控，对用电峰值负载和用电需量实时分析统计，提供短信安全预警，及时发现故障区域，避免关键设备过载或系统超载运行，系统主要产品包括通信网关、电表、电量显示终端软件和远程I/O模块。

针对太阳能发电系统的方案，可实现开关、逆变器、防雷器、汇流箱工作状态的实时巡检，计量发电量，实时监测太阳能发电系统设备，及时发现设备故障，预警并及时短信通知干预，系统主要产品包括通信网关和远程I/O模块。

针对电池储能监控系统的方案，可实现蓄电池电压的巡检，远程控制充放电开关，防止电池过充电或电池欠电压，系统主要产品包括通信网关、远程I/O模块、可编程控制器。

针对照明控制系统的方案，可根据全球经纬度不同、一年四季的日照时间长短不同自动控制照明系统开关灯的时间；在自然光不足的特殊天气，光照度传感器自动补偿，实现照明系统的自动调整；在特定时间段，可接受人工控制照明系统；通过自动稳压技术、自动关闭部分分路照明灯具技术实现照明系统的节能；稳压技术还可保护照明灯具不受过电压冲击；系统主要产品包括可编程控制器和通信网关。

上海电器科学研究所（集团）有限公司（简称上电科）的网络化控制系统面向智能电网多种应用提供解决方案和完全自主知识产权的产品，网络化控制系列产品可以自由搭配、灵活应用，同时针对典型的配电控制柜提供标准的网络化控制组件，方便安装和调试，适用于楼宇配电、电力监控、市政路灯、太阳能发电等多个应用领域。

2.楼宇中低压配电系统

在常规配电柜内增加上电科的智能电量模块、电力控制器、远程I/O通信模块、通信网关和电力监控软件，就可实现对中低压配电系统的监控和实时数据汇集、故障报警、事件处理、远程操作、负载调节与控制、故障分析等功能，达到远程监控和能源管理的目的，形成智能配电监控系统。中低压配电监控系统如图1所示。

图1 中低压配电监控系统

通常配电柜内很多部件已配置有通信接口，如框架开关、继电保护等产品，通过上电科的串口-以太网通信网关产品转换以后，即可接入网络，将现场数据传到监控系统。

智能电量测量模块是可以分散布置用于测量电力实时信息并内置通信接口的模块，通过通信网关可将现场信息上传至组态软件或智能电量显示终端。电量测量模块本体不带数字量I/O和显示屏，但该产品可以配合远程I/O通信适配器级联使用，也可以使用内置的Modbus通信接口。

可编程控制器具有用户可编程的逻辑控制功能，可集成数字量I/O和模拟量I/O，用来监测开关的状态，操作继保或控制小型开关，可供中压及需要更多安全考虑和控制逻辑的低压配电回路应用。通常为了确保配电系统远程操作的灵活性和安全功能，可以增加一个可编程序控制器，通过实时采集本地状态，经过逻辑判断以后再输出控制信息至开关量输出端，确保了远程操作的安全，避免了远程与本地状态不一致造成的不当操作。

组态软件用于实现监控数据采集，数据的处理存储和呈现，报警和故障处理，是智能配电系统集中的监控平台。本系统支持工业以太网通信，支持多级负载远程监控、临界峰值预警、需量控制、故障检测的管理功能。

智能配电监控系统还可以扩展对于分布式电源/储能/微电网的接入，实现与分布式能源网络、国家电网的协同调度与互动。

3.太阳能发电监控系统

针对太阳能发电监控系统（见图2），本方案可通过可编程序控制器、远程I/O模块实现直流汇流箱开关I/O状态、升压系统开关I/O状态的巡检，通过电量采集模块采集交流逆变器发电量，通过通信方式读取防雷器状态，及时发现设备故障，预警并及时短信通知干预。太阳能发电监控系统大大地减少了故障定位、系统维护的工作量，系统主要产品包括可编程序控制器、通信网关、电量模块和远程I/O模块。

图2 太阳能发电监控系统

4.电池储能监控系统

电池储能监控系统（见图3）是智能电网分布式新能源的子系统，本方案针对储能蓄电池的工作状态进行实时监控，通过对充电电压、充电电流的实时巡检。在电池充电电压、充电电流过大时，自动切换充电开关，防止电池损坏；在电池放电工作到接近欠电压时，提前断开放电开关，防止电池过度放电。电池组的实时状态通过通信网关远传到远程监控系统，系统主要产品包括可编程序控制器、通信网关、电量测量模块。

图3 电池储能监控系统

5.照明智能控制系统

面向智能电网用户端智能照明控制系统（见图4）的应用，具有节能、保护照明设备、自适应照明控制、照明设备故障管理等特性。针对智能照明控制系统的网络化通信控制产品主要包括可编程序控制器、通信网关和光照探头等，可编程序控制器内置全球经纬度四季光照时间表，可根据经纬度不同自动控制照明系统开关灯的时间；光照探头提供补偿信号，在自然光不足的场合，照明系统根据光照度信息自适应调整控制；通过调压器稳压技术保护照明灯具不受过电压冲击，后半夜通过分路照明关闭技术和降压照明技术实现节能；单个照明灯具有设备地址，故障时报警并定位到该灯具，方便维护管理。

图4 智能照明控制系统

6.网络化控制系统主要功能

1）网络通信

基于工业以太网、现场总线的实时通信技术是智能电网双向信息互动、多个异构网络互联的基础。通信网络的兼容性、可靠性至关重要，网络通信技术以工业以太网为骨干网，提供Modbus、CANopen、DeviceNet、Profibus-DP、Modbus/TCP、EtherNet/IP等多种现场总线、工业以太网的转换技术和系列产品，为智能电网异构网络通信、双向互动通信提供了核心的产品和解决方案。

2）电量量测技术

电量量测技术是智能电网的基础技术，电压、电流、功率等实时参数的测量可用于监控统计用电情况；用电需量统计、峰值测量技术是广域范围调峰、大电网经济运行的技术基础，还可用于避免关键设备过载和系统超负荷运行，防止发生系统故障。

3）可编程控制技术

可编程控制技术为用户现场控制提供了灵活的手段，可实现现场设备联锁、逻辑控制，可编程序控制器产品提供了可灵活搭配的数字量、模拟量、温度量采集模块，可用于采集开关状态、电力系统的电压、电流等一系列状态，实现数字量、模拟量的输出控制，是控制系统的核心产品。

4）人机界面技术

用户需要在监控终端、监控主机或者远程的工程师站通过人机界面对智能电网各级设备进行远程/本地监控和操作，组态软件技术、触摸屏技术是重要的人机界面技术，是智能电网重要的人机界面接口。

7.网络化控制系统关键设备描述

1）通信网关/智能通信网关（见图5）

① 智能通信网关对连接的Modbus RTU从设备是并发访问的，将采集到的Modbus从设备的通信数据通过存储器共享技术支持上位机组态软件的以太网快速访问，访问周期小于0.5s，智能通信网关还可运行用户程序，支持用户的数据搬移和逻辑运算等功能。

图5 通信网关/智能通信网关

② 1个以太网口，RJ45接口，10/100Mbit/s自适应，最大32个Modbus/TCP连接。

③ 4个串口，RS-485通信，通信速率2.4kbit/s～115.2kbit/s，每个串口最大连接8个Modbus RTU设备。

④ 通信地址支持上位机软件设定。(www.daowen.com)

⑤ DC24V电源。

2）可编程序控制器（见图6）

① 支持运行用户逻辑程序，实现远程监控功能，采集I/O量信息，通过逻辑联锁控制输出I/O信息，支持Modbus RTU远程通信。

② 2个串口，1个RS-232通信，1个RS-485通信，通信速率2.4kbit/s～115.2kbit/s。

③ 60点、32点、20点I/O，DI 36×DC24V，

DO 24×DC24V晶体管漏型输出。

④ AC220V电源。

3）通信适配器及I/O模块（见图7）

通信适配器：

① 通信适配器用于支持智能通信网关、组态软件的访问，通信适配器通过扩展的I/O模块采集开关状态、温度、电量信息等，并将信息传送到智能通信网关或上位机组态软件。

② 1个以太网口，RJ45接口，10/100Mbit/s自适应，最大32个Modbus/TCP连接。

③ 通信地址支持上位机软件设定。

④ DC24V电源。

I/O模块系列：

① I/O模块用于采集开关量信息、控制开关量；采集模拟量（电压、电流、温度）信息、控制模拟量输出。

② 数字量输入：光耦隔离，DC24V电源。

③ 数字量输出：继电器型，DC24电源。

图6 可编程序控制器

图7 通信适配器及I/O模块

④ 模拟量输入：4～20mA，DC0～10V，DC24V电源。

⑤ 模拟量输出：4～20mA，DC0～10V，DC24V电源。

4）电量测量模块（见图8）

① 用于低压负载用电信息的采集，电量信息通过通信网关/智能通信网关最终送到上位机组态软件。

② 导轨式安装，配合通信适配器，多模块可级联使用。

③ 可直接测量380V线电压，可检测每相的正/反向有功/无功电能和功率。

图8 电量测量模块

④ 支持Modbus RTU，可输出电能脉冲。

5）电力监控软件（见图9）

① 电力监控软件可以是触摸屏、工控机，用于配电柜或远程显示配电信息，同智能网关通信，内嵌丰富的软元件显示模板，直接显示用电信息，支持电力信息的监控，具备单相临界值监测报警功能。

② 支持RS-485、RS-232，Modbus主站通信。

③ 支持以太网通信，Modbus/TCP主站通信。

④ 电压、电流、功率显示。

图9 电力监控软件界面

8.通信架构及采用的通信协议

整体通信架构采用以太网作为上层骨干网，多种现场总线作为下层设备通信网，现场总线通过通信网关转换到上层以太网。上层以太网支持Modbus/TCP通信协议，现场总线支持Modbus、CANopen、DeviceNet、Profibus-DP等多种通信协议。

9.适用范围和应用情况

网络化系统面向智能电网应用的多个环节提供完整的解决方案，适应面广泛。目前，在上海浦东区、普陀区、虹桥区，江苏常州，宁夏，西藏等地的智能配电、太阳能发电监控、电池储能、照明控制系统投入使用，用户反馈良好。

从各地的投运情况实践证明，系统运行稳定，系统的设计理念正确、有创造性，软件结构合理、可节约投资、方便管理；运行结果表明，系统技术先进，功能实用，人机界面友好，便于操作，很受运行人员欢迎。

（作者：上海电器科学研究所（集团）有限公 琚长江）