总结：针对工业电源模式的研究现状，阐述了基于现代以太网的电源管理系统设计。 系统实现电能的远程实时监控和管理，系统支持多种终端设备的远程接入，建立实时人机界面管理平台，实现电能的现代化管理模式。 提高了供电企业的管理效率和供电效率，为跨区域大型电网远程监控提供了新的思路。
关键字：电能管理; 工业以太网; 能源监控; 人机界面。
0 引言。 随着电网的发展和相关政策的出台，用电管理逐步实现了每户一米、抄表到户的制度。 但随之而来的问题是大量用电数据的复制和管理。 同时，用电客户群体的多样性决定了对高质量供电的要求。 由于自身结构的缺陷，传统的电源管理系统在有效性、实时可控性、准确性和应用特性等方面已无法满足当前社会的用电需求，会造成电力资源和人力资源的浪费。 因此，电源管理门需要加快新型电源管理系统的普及。
随着互联网技术的飞速发展，现代科学技术将逐渐取代传统的功率测量工具。 随着各种现代智能产品的不断涌现，在电源管理方面，通过工业以太网管理电力系统的研究逐渐成为电力系统的主要研究主流。 电能远程控制通过人机界面对电能进行远程管理和控制，对采集的数据进行高速高效的分析、计算和控制，从而节省大量人力资源，提高管理效率。 基于工业以太网的电能网络监测系统是未来国家用电集中监测和合理利用电能的发展趋势。
针对当前市场对电能质量的需求，讨论了以太网的电源管理结构，并描述了系统中使用的关键技术。 该系统在数据传输过程中实现了电能远程监控和分类数据采集、数据分析、协议转换、数据加密保护和存储等功能。 从而实现了基于无线以太网的电源管理系统的设计。
1.系统结构。
针对电源管理系统的现状，本文提出的电源管理系统是一种基于工业以太网的三层电源管理系统。 电源管理系统的结构图如图1所示。 该系统的主要功能是通过工业以太网实现现场数据的实时采集和分析，以及电能的远程控制和管理。
图1 电源管理系统结构图。
系统的第一级架构为基站现场采集网络，本地基站现场采集网络图如图2所示。 基站现场采集网络，实现对基站现场功耗数据等信息的分类采集，实现数据传输过程中的数据分析、协议转换、数据加密保护和存储。 数据以链路结构的形式传输到辅助数据挖掘收集中心。
图2 本地基站现场采集网络图。
中端数据汇聚网络中心是系统的*2架构，主要负责采集现场各基站采集的网络发送的数据，并对用电数据进行缓存和汇总。 之后，按照上级中心设定的标准，对数据进行分类上传，并在不同的时间段上传到上级。
后一层架构是终端数据中心，即省级数据部门监控平台。 终端数据中心将搭建系统监控软件平台，对接收省份采集的数据信息进行分析管理，分类存储，定期备份数据。 根据备份时间以及数据分析管理的内容对数据库进行统计，生成各种类型的统计报表。 根据报告内容制定管理流程体系，实现节能数据的标准化，使电源管理更加人性化。
本文主要对电源管理系统的以太网监控模块和PLC主控模块进行分析研究。 其中，电源管理系统涉及单片机技术、电力电子技术、通信技术等多个领域。
2.控制系统的设计。
在电源管理系统中，基于以太网的监控模块大致可分为五个模块，分别是PLC主控模块、数据采集模块、环路开关控制模块、系统电源监控模块、人机界面模块。
2.1PLC主控模块。
图 3 显示了系统的硬件结构。 系统硬件由控制端、被控端、被控对象三部分组成。 本文中的电源管理系统是以可编程逻辑控制器为系统的控制核心，PLC主控模块具有多个数据采集端口，每个端口上有100多个采集点，使主控模板可以分布在各个监控区域; 通过工业以太网，每个主控模板可以互联互通，形成一个控制网络。 实现流程如下：各监控区域通过采集点采集数据信息，PLC主控模块对采集到的信息进行整合和计算，将处理后的数据反馈给用户并分类存储，以便用户查看和调用，存档的数据可以通过以太网进行交换， 分类数据将被发送到控制中心。电源管理系统的工作人员可以使用PC实时监控用户的用电情况，并可以使用PC发送远程控制指令。 例如，停电和紧急维修，对非法用户的停电处罚等。
此外，主控模块和系统电能监控模块可以一起使用，以达到采集电信号的目的，实现线路的通断电源控制。
图3 系统硬件架构
2.2.数据采集模块。
数据采集模块是基于以太网的电源管理系统中不可或缺的环节。 数据采集模块的采集口接收到的信号是电压和电流信号，本系统采用电流电压互感器采集电信号。 图4显示了采集终端的结构。 信号通过电压电流互感器耦合器传输到数据处理中心，由于大电流和电压信号不容易传输，需要按比例缩小到易于测量的小信号，信号会先通过系统的功率监控模块， 然后传输到控制中心。
图4 采集终端框图
2.3 回路开关控制模块。
环路开关控制模块由固态继电器和PLC主控模块协调，实现环路开关控制功能。 固态继电器是一种具有非接触隔离功能的电子开关，它连接到用户供电设备的输入端，当控制中心反馈用户的多余电量信息时，控制中心会向PLC主控模块发送断电通知命令，主控模块通过固态继电器切断电源。 因此，环路开关控制是通过固态继电器来控制每条电源线的开关状态。
2.4.系统电源监控模块。
系统电源监控模块的工作原理图如图5所示，系统电源监控模块的作用是进一步处理数据采集模块采集到的信号，对模拟传感器和开关传感器的输入信号进行测量、比较和分析，输出主控模块能识别的安全信号。
电能监测模块实现的过程是分别对数据采集模块采集到的电流和电压信号进行滤波，为了防止高频信号干扰被测电信号，必须首先对高频干扰信号进行处理，处理方法是在电路中增加一个低通滤波器， 高频干扰的信号*被滤除，并用运算放大器放大。
图5 系统电源监控模块。
系统电源监控模块是以太网电源管理系统的核心，可实现对多种信号的采集和对多种信号的实时监控，如电流、电压、功率因数等信号。 如今，它已广泛应用于学校和发电站等各个领域。
2.5.人机界面模块。
电源管理系统中设计了用于智能监控的人机界面。 当监控中心需要观察用户的实时用电量时，系统会通过工业以太网将数据采集模块采集到的信息传输到监控中心，电站管理人员可以通过人机界面将主控模块传输的用户用电量信息传递出去， 然后实现基于人机界面的现场实时监控，基于工业以太网的PC机制搭建监控中心数据系统的运行平台。用户用电数据信息通过PLC主控模块进行分析、通信和互联互通，构成一个完整的电源管理系统，从而实现整个电源管理系统的远程分析、控制和监控功能。
因此，通过对基于工业以太网的电源管理系统电力监控模块的运行过程进行分析，对整个管理系统的运行情况和实际应用中的数据进行了比较，并分析了管理系统各部分在现场实际应用中的运行情况， 这表明基于工业以太网的电源管理系统取得了卓有成效。
3 Acrel-3000WEB电源管理解决方案。
3.1 概述。
用户侧消耗了整个电网80%的电力，用户侧的智能用电对用户可靠、安全、经济的用电具有重要意义。 构建智能用电服务体系，全面推广用户侧智能电表、智能用电管理终端等设备用电管理解决方案，实现电网与用户的双向良性互动。 用户侧亟待解决的研究内容主要包括：高级计量、智能楼宇、智能家电、增值服务、客户用电管理系统、需求侧管理等课题。
Acrel-3000WEB电源管理解决方案对用户的用电量进行细分和统计，并以直观的数据和图表将每个子项的耗电量展示给管理人员或决策者，方便找出高能耗点或不合理的能耗习惯，有效节约用电，为用户进一步节能改造或设备升级提供准确的数据支持。
3.2.申请地点。
1）办公楼（商务办公楼、大型公共建筑等）;
2）商业建筑（商场、金融机构建筑等）;
3）旅游建筑（宾馆、饭店、娱乐场所等）;
4）科教文健康建筑（文化、教育、科研、医疗卫生、体育建筑等）;
5）通信建筑（邮电、通信、广播、电视、数据中心等）;
6）交通建筑（机场、车站、码头建筑等）。
3.3.系统结构。
3.4.系统功能。
3.4.1.实时监控。
系统具有友好的人机界面，以配电图的形式直观显示配电线路的运行状态，实时监控各电路的电压、电流、功率、功率因数、电能等电气参数信息，动态监控断路器、隔离开关的合闸和子状态， 接地刀和配电电路的其他部分，以及故障和报警等信号。
3.4.2.电能统计报告。
该系统通过丰富的报告支持测量系统的完整性。 系统具有定时抄表功能，用户可自由查询系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电量，即节点用电量和各分支电路用电量的统计分析报告。 此功能使用电量可见透明，在用电误差较大时可进行分析追溯，从而保持计量系统的正确性。
3.4.3.详细的电气参数查询。
在主功率分布图中，当鼠标移动到每个电路附近时，鼠标指针变为手形，鼠标可以点击查看电路的详细电气参数，包括三相电流、三相电压、三相总有功功率、总无功功率、总功率因数、正向有功电能，并可查看24小时相电流趋势曲线和24小时电压趋势曲线。
3.4.4. 运行报告。
系统具有实时用电参数和历史用电参数的存储和管理功能，所有实时采集的数据、连续事件记录等都可以保存到数据库中，查询界面中可以显示需要查询的参数、相应的时间或可以选择查询的记录数据， 等，并通过报告显示。用户可以根据自己的需要自定义操作和月报，支持Excel格式文件的导出，也可以根据用户要求导出PDF格式文件。
3.4.5.变压器运行监控。
系统实时监控配电系统主进线、主变压器、重要负荷出口线路的运行状态，以曲线显示电流、变压器运行温度、有功用电、有功功率、视在功率、变压器负荷率等运行趋势，分析变压器的负荷率和损耗， 并便于运维人员及时掌握运行水平和用电需求，确保供电安全可靠。
3.4.6.实时报警。
系统具有实时报警功能，系统可实时监控配电断路器、隔离开关、接地刀分割、合闸动作等远程信号位移、保护动作、事故跳闸以及电压、电流、功率、功率因数超限等事件，并按事件级别发出报警。 当系统报警时，会自动弹出实时报警窗口，并发出声音或语音提醒。
3.4.7.历史事件查询。
系统可存储和管理远程信号位移、保护动作、事故跳闸、电压、电流、功率、功率因数超限等事件记录，方便用户追溯系统事件和报警的历史记录，查询统计，进行事故分析。
3.4.8.电能质量监测。
系统可连续监测整个配电系统的电能质量，运维人员可通过谐波分析条形图掌握进线、变压器及重要电路的电压、电流谐波畸变率、谐波含量、电压不平衡等情况并上报，并及时采取相应措施，降低谐波损耗，减少谐波引起的异常和事故（此功能需要配备具有谐波监测功能的功率计，无需删除。
3.4.9.遥控操作。
系统支持断路器、隔离开关、接地刀等的远程控制操作。 系统具有严格的密码保护和操作权限管理功能，对于每次远程控制操作，系统自动生成操作记录，包括操作人员、操作时间、操作类型等。 要实现这一功能，断路器本身需要有电气操作机构和保护测控装置、远程控制功能等硬件装置的支持。
3.4.10. 用户权限管理。
为保证系统的安全稳定运行，系统设置了用户权限管理功能。 通过用户权限管理，可以防止未经授权的行为（例如，分配电路名称修改等）。 可定义不同级别用户的登录名、密码和操作权限，为系统运维和管理提供可靠的安全保障。
3.4.11.通信状态图。
系统支持实时监控与系统连接的各设备的通信状态，可完整展示整个系统网络结构; 它可以诊断设备的通信状态，并在网络异常时自动在接口上显示故障设备或组件及其故障部件。 这样便于运维人员实时掌握现场各种设备的通信状态，及时维护异常设备，保证系统稳定运行。
3.4.12** 监控。
*监控显示当前实时画面（**直播），选择变电站，即可查看变电站内的**信息。
3.4.13 用户报告。
用户报表页面主要用于自动汇总所选变电站一个月的运行数据，并对变压器负载、配电电路功耗、功率因数、报警事件等进行统计分析。
3.4.14 应用程序支持。
电源运维手机支持“监控系统”、“设备文件”、“待办事项清单”、“巡检记录”和“缺陷记录”五大模块，支持地图、需求、用电量曲线、温湿度、同比、振铃比、电能质量、各种事件报警查询、设备文件查询、待办事项处理、巡检记录查询等。
3.5. 系统硬件配置列表。
4 结束语。 基于工业以太网的电力管理系统采用新技术，将智能设备集成到用电用户中，在用户用电数据信息可以充分采集的情况下，利用工业以太网对数据进行自动采集分析，从而实现对用户用电信息的统一存储和分析， 这对实现电能人性化管理具有重要意义。但是，由于各种管理系统产品之间没有统一的通信标准，而现代电源管理系统的实施也不能完全抛弃传统。 因此，构建基于工业以太网的电源管理系统的过程注定是一个曲折而漫长的过程。