智能低压控制系统的组成、功能

      基于电力电子技术与工业智能控制技术的发展，根据目前电力系统供电需求，详细介绍智能低压系统开关柜的结构特点以及由智能可编程逻辑控制器、智能器件（电动机保护器、智能I/O、变频器、软起动器等）、触摸屏等组成的网络监控系统。

      随着人们的生活水平不断提升，对电力系统供电质量的要求越来越高。为提升用户体验满意度，确保供电系统的连续性、稳定性以及高可靠性，低压配电设备逐渐由传统型向集成化、智能化转变。2016年，《电力发展“十三五”规划》文件发布，国家明确提出建设智能电网，促进智能互联，全面提升电力系统的智能化水平。经过近几年的发展，越来越多的智能化电力设备投运到供电系统中，低压配电系统的智能控制技术得到较快的发展。

一、智能低压系统开关设备的特点

1、开关柜的构成

      智能开关柜颠覆传统开关柜设备配置方式，以智能仪表、智能断路器、智能马达保护器、软起动器及可编程逻辑控制器（programmable logic controller, PLC）等智能器件组成的配电系统代替传统以主令器件（普通指针仪表、断路器、继电器、接触器、熔断器、热继电器）组成的配电系统。

2、开关柜的操作和控制方式

      传统的开关柜仅适合现场人为操作，全部由主令电器元件组成的传统配电系统往往很复杂，使用的元器件多，布线复杂，日常操作、维修非常不方便；而智能开关柜由智能器件与断路器、继电器、PLC等组成配电系统，系统内元器件少，智能元器件之间通过通信网络连接，布线简单，不仅能够就地操作，还能远程监控，如果装上通用分组无线服务（general packet radio service, GPRS）装置，利用移动手机客户端，用户可以随时随地查看系统内各个元器件的实时运行状态。

3、系统的智能电容补偿

      利用智能配电系统配置智能电容补偿控制柜，智能电容器与智能电容控制器组成完整的电容补偿智能系统，可实时调节供电质量，为供电系统提供稳定的电能。

5、人机界面与通信管理

      智能配电系统单独设置一台控制柜，控制柜内安装通信管理机与人机界面，人机界面与通信管理机相连，实时显示系统内部各设备运行状态。通信管理机下连整个供电系统上所有设备，上连集中控制室管理机，通过通信管理机可实现电力系统四遥功能。

二、 智能低压控制系统在智能配电领域的运用

1、智能监控系统的构成

      实现低压配电网的智能化，智能控制系统不可或缺。日前，国家电网公司发布消息，对建设泛在电力物联网作出全面部署安排，智能控制系统的重要地位将更加突显。

      智能低压控制系统主要是将整个配电系统所有智能设备通过网络通信方式整合在一起，通过PLC、通信管理机或者上位系统进行设备状态监视与控制。智能低压控制系统主要包括主监控系统、PLC监控系统、不间断电源（uninterruptible power supply, UPS）供电系统以及人机界面等几大系统单元。智能监控系统的构成如图1所示。

图1  智能监控系统结构图

2、主监控系统

      一般为楼宇自动化系统（building automation system, BAS）或者数据采集与监视控制系统（supervisory control and data acquisition, SCADA），采取以太网或者RS 485通信，主监控系统通常安装于距离设备房较远的集中控制室内。远距离信号传输时，智能控制系统在设备房通信端与集中控制室通信端分别安装一组光电转换器，使用多模光纤传输信号，借助光纤传输信号速度快、可靠性高及抗干扰能力强等优点，减少线路干扰及信号反射对信号传输的影响，从而使智能通信系统信号传输更稳定可靠。

3、PLC监控系统

      在智能配电系统内，PLC作为配电系统主要的监控装置，通常要求安装于配电室内的控制柜内，控制柜与其他配电柜安置在同一个配电室内。PLC对配电室内所有的设备进行监控，主要包括完成备自投功能、通过采集各仪表或传感器的电流、电压、频率及功率因数等数据掌握设备运行和供电状况、与人机界面配合处理并显示系统各设备的状态等。

4、 UPS供电系统

      对于一个完整的通信系统，一套持续、稳定的供电系统是保证通信系统正常工作的前提。智能配电系统通过配备UPS装置来保证通信系统的正常用电，正常情况下，UPS系统通过市电为通信系统供电，并给电池充电；当市电停电后，UPS系统使用电池电通过主机逆变后为通信系统供电，保证通信系统正常运转。

      为了提高供电系统的可靠性，UPS装置通过本身通信端口连接至PLC系统，PLC对其进行数据采集，并将数据上传至主监控系统，主监控可以实时监控UPS系统的运行状态，通过报警或警告信息可以提前了解UPS系统故障状况，在故障发生之前解决故障隐患，保证系统长时间无故障运行。

5、人机界面

      为了方便用户体验，智能配电系统人机交互界面通常选用面板安装式触摸屏装置，安装在配电室控制柜面板上。触摸屏通过数据通信线与PLC连接，触摸屏将PLC采集到的信号或者经过处理的信息完整地显示在界面上，可以非常方便地看到整个配电系统的运行状态。

      触摸屏支持智能配电系统的四遥功能，用户通过触摸屏可以查看各断路器的位置信号，配置整个配电系统内各个智能元器件的参数，遥控备自投系统的投入与退出，同时通过触摸屏可以查看各回路的运行电流电压等信息。

      为了防止非操作人员误操作，触摸屏配置有密码保护功能。用户想要进入触摸屏操作界面，首先需要输入正确的密码口令后才能进入操作系统进行下一步操作；触摸屏在无动作5min之后，会自动锁屏，实现系统安全保护。

6、智能设备

      智能设备是智能控制系统主要的组成部分，智能配电系统主要的智能设备除了PLC、触摸屏、UPS外还有具有通信功能的智能仪表、智能监控设备、智能显示设备等；而配电系统应用最多的智能设备是智能仪表。

      目前使用的智能仪表多是数显式仪表，仪表不仅能够显示电流值、电压值，还能够显示无功功率、有功功率、有功电度、无功电度、功率因数及电网频率等信息。

      智能仪表带有不同回路数的开关量输入与继电器输出模块，利用仪表的开关量输入模块，可以将断路器的合分闸信号及故障信号接入仪表；将仪表的继电器输出模块串入断路器合分闸回路，可以实现对断路器合分闸的遥控操作。

      智能仪表带有一路或者多路通信端口，通过通信口与PLC系统连接，PLC可以远程读取仪表内电流值、电压值、无功功率、有功功率、有功电度、无功电度、功率因数、电网频率以及接入仪表开关量输入模块的断路器运行状态等相关参数信息；同时PLC也可通过通信网络控制仪表继电器输出的闭合与断开来控制断路器的合分闸。

结论

      随着国家“互联网+”智能电网计划的推进，建设智能、高效、安全的电力系统将是未来一定时期电网建设的重要任务。而泛在电力物联网概念的提出，势必会推动智能控制系统新技术的发展。随着智能配电系统不断地更新完善，必将推动智能配电技术向更高层次发展。随着智能电网的发展，微电子技术不断更新，新的智能配电设备也将会不断地被研发并运用于各配电领域。