叶根胜

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：能源管理系统在钢铁行业的应用不仅是钢铁行业信息化、数据化、智能化发展的重要体现，也是钢铁行业实现智能制造和精细化管理的重要举措。有鉴于此，从能源管理系统在钢铁行业的应用意义出发，简要分析了能源管理系统的应用现状，结合钢铁行业的特点和可持续发展的智能创造目标，设计了能源管理系统。通过系统架构和功能分析，确定该系统能够与智能配电系统、自动化管理系统、资源规划系统等互联互通，实现钢铁企业能源运营的完善

关键词：智能配电系统；能源管理；钢铁；智能化；信息化；

0、引言

钢铁工业是中国工业体系的重要组成部分，在促进社会进步、经济发展和技术繁荣方面发挥着至关重要的作用。基于近年来钢铁工业的快速发展，钢铁生产制造的自动化、数字化和信息化水平不断提高，导致钢铁能源供需匹配、钢铁制造工艺方法的使用、钢铁生产工艺的衔接、各种钢铁流程的调度和流通发生了很大的变化。能源资源的智能配置和控制已成为新时期钢铁工业建设和发展的客观需求和必然趋势。智能配电系统和智能能源管理

1、能源管理在钢铁行业的应用意义分析

(1)智能配电系统的应用意义

近年来，随着钢铁行业的快速发展，钢铁企业的生产规模不断扩大，导致钢铁企业生产设备的增加。为了满足生产用电需求，供配电网中的中低压变配电站数量增加。此外，随着智能制造过程的不断推进，钢铁企业供配电网络的自动化和信息化水平不断提高，对供配电管理提出了更高的要求。如何实现钢铁企业供配电系统管理的有效性和安全性，促进供配电系统管理的智能化、集约化、透明化和精细化发展，已成为相关人员关注和思考的重要问题。而且智能配电系统的有效设计和科学应用，可以满足钢铁企业供配电系统管理的需要。通过使用智能配电系统(图1)，钢铁企业可以全面监控电力参数、环境参数、运行参数等。，并根据监测结果预测负荷能耗，指导企业节能减排；预警电气设备或系统过载、过压、过温等危险情况，减少这些危险行为的发生和发展对企业安全生产的不利影响；监控设备运行故障和电能质量，使运维人员能够及时发现和处理故障，防止事故蔓延，从而将事故影响降到最低。通过使用智能配电系统，钢铁企业可以实现资产管理(如资产档案快速检查、评估等)、运维管理(如流程规范、运维跟踪、案例存储等)、能源管理(如能源使用监测、能耗统计、能耗评估等)的集成化、精细化控制。

(2)能源管理系统的应用意义

在我国建设和发展过程中，能源短缺和环境污染是一个关键问题。钢铁行业不仅能耗大，而且污染物排放大。从生产工艺的角度来看，大多数钢铁企业采用“烧结炼铁炼钢轧制”工艺，涉及原料厂、烧结厂、焦化厂、炼铁厂、炼钢厂、轧制厂等多种生产设施。据统计，烧结工艺能耗可达48kgce/t左右，焦化工艺能耗可达103kgce/t左右，炼铁工艺能耗可达386kgce/t左右，炼钢工艺能耗可达54kgce/t左右，吨钢能耗可达456~462kwh/tt，吨钢新水消耗量可达2.45~2.56m3/t，综合能耗约为545~552kgce//tt。从生产排放的角度来看，钢铁行业的碳排放仅次于电力行业，占全国碳排放总量的13%~15%。此外，二氧化硫、氮氧化物、烟尘、废水等排放也位居工业前列。因此，在新时期的发展中，如何降低资源和能源消耗，减少环境生态负荷，实现能源的精细化管理，在保证生产质量、提高生产效率的同时，已成为企业及相关人员关注和思考的重点问题。作为钢铁企业信息系统的重要组成部分，能源管理系统在资源和能源数据采集、分析、整理、存储和利用方面的优势支持了钢铁企业能源管理的智能化和精细化发展。目前，钢铁企业应用的能源管理系统可以监控压力、温度、浓度、流量、运行状态、开闭信号等各种能源介质信息，如压力、温度、浓度、流量、运行状态、开闭信号等，也可以监控和控制污染物信息，如浓度、流量、总排放量、污染指数等，从而为能源分配利用、设备维护、污染预防和控制提供指导。与此同时，能源管理系统可以与其它信息管理系统互联互通，进一步提高企业管理水平。促进钢铁企业高效、环保、节能、专业、科技、创新发展。

2、钢铁行业中能源管理系统应用现状及存在的问题分析

钢铁企业能源管理系统是一种集制造过程监控、能源资产管理、能源资产调度等功能为一体的管理系统，其有效应用对企业能源利用率提高、企业能源管理质量提高存在积极影响，是新时期企业实现绿色化、信息化、创新化发展的重要手段。纵观钢铁企业能源管理系统应用现状，发现能源管控系统的应用仍存在诸多问题，有待在后续研究发展中改进、完善、优化。例如，能源数据采集缺乏准确性、全面性；能源管理系统与其他系统之间融合有限，易产生信息孤岛问题；现场装备集成度不够高，设备监管的离散性较高；系统通讯存在一定滞后性，事后管理现象屡见不鲜等。

3、钢铁企业能源管理系统优化设计分析

随着“互联网+”理念以及“加快建设制造强国与网络强国”任务的提出，钢铁企业应促进钢铁制造管理与信息技术的深度融合，积极优化能源管理系统，实现物质流、信息流、能源流一体化智能调度与管控，从而有效解决传统能源管理系统应用问题，促进能源管理系统应用作用*大化发挥，实现钢铁企业能源精细化管理，推动钢铁企业绿色化、自动化、创新化、智能化发展。

(1)智能化能源管理系统主要架构

根据钢铁企业特征结合“智能制造”对钢铁企业建设与管理的要求，钢铁企业应以系统安全运行、制造节能减排、全流程能源协同优化控制为目标，以计算机技术、互联网技术、大数据技术、云技术、物联网技术、信

息通讯技术等为支撑，搭建智能化能源管理系统。根据智能化能源管理系统功能对其架构进行划分，可分为数据中心层侧重于钢铁企业各种流的调度管控，包括生产原料、燃料、材料等物质流调度管控；电能、水能、气能、热能、机械能等能量流调度管控；生产制造、运营管理等过程中产生各种信息的信息流调度管控。协同管控层则是根据各种信息对能源资产进行高效高质量匹配，切实提高企业生产、管理质量和效率，*大程度提高对各种能源、资产的利用率。智能管控层进一步提高能源管理系统智能化水平，实现对企业全流程的智能化监测、调度、管控。

(2)智能化能源管理系统设计要点

1）明确系统之间的关系，提高系统交互性

提高智能化能源管理系统与其他信息化管理系统的交互能力，对智能化能源管理系统作用充分发挥存在重要影响。故在系统设计与建设过程中需要综合考虑能源管理系统与钢铁企业其他信息化管理系统，如基础自动化系统、过程控制系统、生产执行系统、企业资源计划系统等关系，从而准确确定能源管理系统在企业信息化管理系统架构中的位置。通常情况下，能源管理系统主要面向企业及业务管理层人员服务，对数据信息的可控性、关联性具有较高要求。能源管理系统需要为企业运营提供准确、全面信息，以满足企业生产计划、采购计划、资本计划、能源计划等需求，故能源管理系统应具备较强的物质流(图2)、信息流、能源流、资金流等协调控制能力。基础自动化系统与过程控制管理系统侧重于设备运行状态等基础数据管控，对数据信息准确性、时效性具有较高要求。生产执行系统侧重于钢铁企业生产管理，包括生产计划执行管控、生产能源消耗管控等，该系统可将过程控制管理系统与能源管理系统有效衔接，进一步提高钢铁企业生产运营管控水平，消除钢铁企业生产过程中的各种不确定性问题。故在钢铁企业信息化管理系统中在钢铁企业信息化管理系统中，基础自动化系统与过程控制管理系统位于架构底层，生产执行系统位于信息化管理系统架构底层，能源管理系统位于架构顶层。

2）根据钢铁企业特征，给予系统设计综合考虑

钢铁企业能源介质管网分布广泛，对能源介质输送具有较高要求，如何提高能源介质输送连续性、持久性、安全性、快速性、经济性，成为钢铁企业能源管理思考的重点问题之一。对此，智能化能源管理系统在钢铁企业中的应用，需要具备较强的能源动态调节平衡能力。这就需要从能源介质输送监控能力、能源动态调节能力、能源介质信心采集处理能力、能源介质输送故障分析处理能力、能源计划调整能力、能源平衡预测能力等方面对智能化能源管理系统设计进行综合考虑，以保证企业在系统支持下对能源介质输送管理做出科学决策。

3）根据企业能源管理要求，科学规划系统功能

钢铁企业应用能源管理系统的主要目的是提高能源利用率，保证能源生产、转换、消费平衡，促进企业生产健康、稳定、长久发展。因此，钢铁企业的智能化能源管理系统一方面需要对能源使用进行管理，另一方面需要对能源成本进行管理。其中能源使用管理侧重于物质流管控，能源成本管理侧重于资金流管控。且满足企业能源管理需求，智能化能源管理系统需要具备能源设备监管、能源计划监管、能源平衡监管、能耗实绩监管、能源预测监管等功能。就能耗实际管理而言，钢铁企业通过智能化能源管理系统能够根据企业实际情况建立能源消耗预测模型，并在能耗历史信息、生产计划信息、能源供需计划信息等支持下，完成能耗预测，从而为企业能源管理计划制定提供依据，提高能源利用率。就能源平衡监管而言，钢铁企业通过智能化能源管理系统能够系统、准确、全面、动态掌握电能源、水能源、气能源等购入情况、存储情况、利用情况、输送分配情况、终端使用情况等，并对其进行监视、调度、控制，保证能源介质在各环节安全、可用。与此同时，企业借助系统能够将能源数据转换为碳排放数据，实现各分厂或各业务污染排放智能分析，让企业管理人员更加直观了解各分厂或各业务污染状况，便于企业管理人员发展污染排放管理问题，从而针对性制定科学、合理、有效减排降污方案。

4）合理选择系统实现技术，保证系统功能有效发挥

系统的实现离不开各类技术支持。对此，在系统设计开发过程中应给予系统实现技术高度重视。由于钢铁企业能管管理范围为全钢铁厂，故将系统设计为多层分布式结构，确保系统运行安全、可靠的同时，提高系统维修简便性。选择客户/服务器网络通信模式，并引入以太网通信技术、现场总线通信技术、无线传感技术以及Modbus-RTU、IEC61850、ModbusTCP/IP等多种通信协议，满足系统内部通信需求、系统与系统之间通信需求。采用模块化设计法，根据系统主要功能将其划分为多个子系统，以满足不同用户管理需求。同时子系统设计中，能源介质按类型归类，工作人员能够针对某种介质查阅历史信息。为提高信息利用效率，系统依托数据挖掘技术、数据库技术、专家知识系统技术等，能够自动生产各类报表，并以多种形式进行可视化显示，同时系统具备信息追踪能力，便于溯源管理。系统依托云技术不仅能够通过互联网登录，也可以通过移动终端登录，实现对能源的远程管控。

4、Acrel-EIOT能源物联网云平台

（1）概述

Acrel-EIoT能源物联网开放平台是一套基于物联网数据中台，建立统一的上下行数据标准，为互联网用户提供能源物联网数据服务的平台。用户仅需购买安科瑞物联网传感器，选配网关，自行安装后扫码即可使用手机和电脑得到所需的行业数据服务。

该平台提供数据驾驶舱、电气安全监测、电能质量分析、用电管理、预付费管理、充电桩管理、智能照明管理、异常事件报警和记录、运维管理等功能，并支持多平台、多语言、多终端数据访问。

（2）应用场所

本平台适用于公寓出租户、连锁小超市、小型工厂、楼管系统集成商、小型物业、智慧城市、变配电站、建筑楼宇、通信基站、工业能耗、智能灯塔、电力运维等领域。

（3）平台结构

（4）平台功能

• 电力集抄

电力集抄模块可以实现对各种监测数据的查询、分析、预警及综合展示，以保证配电室的环境友好。在智能化方面实现供配电监控系统的遥测'、遥信、遥控控制，对系统进行综合检测和统一管理；在数据资源管理方面，可以显示或查询供配电室内各设备运行（包括历史和实时参数，并根据实际情况进行日报、月报和年报查询或打印，提高工作效率，节约人力资源。

变压器监控

配电图

• 能耗分析

能耗分析模块采用自动化、信息化技术，实现从能源数据采集、过程监控、能源介质消耗分析、能耗管理等全过程的自动化、科学化管理，使能源管理、能源生产以及使用的全过程有机结合起来，运用先进的数据处理与分析技术，进行离线生产分析与管理，实现全厂能源系统的统一调度，优化能源介质平衡、有效利用能源，提高能源质量、降低能源消耗，达到节能降耗和提升整体能源管理水平的目的。

能耗概况

• 预付费管理

1）登陆管理：管理操作员账户及权限分配，查看系统日志等功能；

2）系统配置：对建筑、通讯管理机、仪表及默认参数进行配置；

3）用户管理：对商铺用户执行开户、销户、远程分合闸、批量操作及记录查询等操作；

4）售电管理：对已开户的表进行远程售电、退电、冲正及记录查询等操作；

5）售水管理：对已开户的表进行远程售水、退水、记录查询等操作；

6）报表中心：提供售电、售水财务报表、用能报表、报警报表等查询，本系统所有的报表及记录查询，都支持excel格式导出。

预付费看板

• 充电桩管理

通过物联网技术，对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控，同时对各类故障如充电机过温保护、充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警。云平台包含了充电收费和充电桩运营的所有功能，包括城市级大屏、交易管理、财务管理、变压器监控、运营分析、基础数据管理等功能。

 

充电桩看板

• 智能照明

智能照明通过物联网技术对安装在城市各区域的室内照明、城市路灯等照明回路的用电状态进行不间断地数据监测，也可以实现定时开关策略配置及后台远程管理和移动管理等，降低路灯设施的维护难度和成本，提升管理水平，并达到一定节能减挂的效果。

监控页面

• 安全用电

安全用电采用第一时间的排查和治理，达到消除潜在电气火灾安全隐患，实现“防患于未然”的目的。

• 智慧消防

通过云平台进行数据分析、挖掘和趋势分析，帮助实现科学预警火灾、网格化管理、落实多元责任监管等目标。填补了原先针对“九小场所”和危化品生产企业无法有效监控的空白，适应于所有公建和民建，实现了无人化值守智慧消防，实现智慧消防“自动化”、“智能化”、“系统化”、用电管理“精细化”的实际需求。

（5）系统硬件配置

类型	型号	外观	产品功能
能源物联网云平台	Acrel-EIOT		提供数据驾驶舱、电气安全监测、电能质量分析、用电管理、预付费管理、充电桩管理、智能照明管理、异常事件报警和记录、运维管理等功能，并支持多平台、多语言、多终端数据访问
智能网关	AWT100-4G		1路下行485，上行可选配4G、WIFI、网口
	ANet-1E2S1-4G		上行：以太网、4G 下行：RS485
物联网电表	ARTU系列		可扩展DIDO以及多路模拟量输入输出单元。 通讯方式：RS485接口，Modbus协议。可扩展2G、Lora、LoRAWAN、NB-IoT、4G、以太网
无线测温	ARTM-Pn		可监测电压、电流、频率、有功功率、无功功率、电能，可接收60个无线温度传感器温度
	ATC600		ATC600有2种工作模式：终端(-C)、中继(-Z)，可根据项目布局选择配置。可接收240个无线温度传感器温度
光伏监控	AGF		光伏电池串开路报警，可以配合组串电压进行综合判断；带3路开关量状态监测，用于采集直流断路器、防雷器等输出空接点状态；一次电流采用穿孔方式接入，安装方便，安全性高；测量元件采用霍尔传感器，隔离测量*大电流20A；电压测量功能可测量母线电压*高DC1500V
电力监控	AEM96		三相电力参数测量、电压和电流的相角、四象限电能计量、复费率、*大需量、历史电能统计、开关量事件记录、历史极值记录、31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）、开关量、报警输出 通讯方式：RS485接口，支持Modbus-RTU协议
	AEM72		三相电力参数测量、电压和电流的相角、四象限电能计量、复费率、*大需量、历史电能统计、开关量事件记录、历史极值记录、31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）、开关量、报警输出 通讯方式：RS485接口，支持Modbus-RTU协议
	ACR系列		三相所有电力参数、*大需量记录（ACR320EFL）、分时电能统计及12月电能统计、日期时间显示、LCD显示、RS485通讯，事件记录。 通讯方式：RS485，Prifibus-DP、以太网
	APM系列		全电量测量，四象限电能，复费率电能，仪表内部温度测量，总有功、总无功、总视在电能脉冲输出、秒脉冲等可选。三相电流、有功功率、无功功率、视在功率实时需量及*大需量(包含时间戳)。电流、线电压、相电压、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率、电流总谐波、电压总谐波的本月极值和上月极值(包含时间戳)。中文显示，有功电能0.2s级。通讯方式：RS485，Prifibus-DP、以太网
物联网电表	DDS		有功、无功电能计量，电参量测量：U、I、P、Q、S、PF、F，LCD显示，RS485通讯，MODBUS-RTU和DL/T645协议
物联网电表	DDSD		电能计量：总电能计量（反向计入正向），3个月历史电能数据冻结存储电参量测量：U、I、P、Q、S、PF、F测量LCD显示：8位段式LCD显示按键编程：3按键可编程设置密码、通讯地址、波特率、复费率和通讯协议。 脉冲输出：L有功电能脉冲输出复费率：4个时区、2个时段表、14个日时段、4个费率通讯：RS485接口，MODBUS-RTU、DL/T645-97、DL/T645-07协议、红外通讯
物联网电表	DTSD		电能计量：有功电能计量（正、反向）、无功电能计量（正、反向）、A、B、C分相正向有功电能电参量测量：U、I、P、Q、S、PF、F谐波测量：2~31次谐波电压电流LCD显示：8位段式LCD显示、背光显示按键编程：4按键可编程通信、变比等参数脉冲输出：有功脉冲输出、无功脉冲输出、时钟脉冲输出LED报警：失压、过压报警复费率及附带功能：有源开关量输入、3开关量输出、支持4个时区、2个时段表、14个日时段、4个费率、*大需量及发生时间、上48月、上90日历史冻结数据、日期、时间 通讯：红外通讯、RS485接口、同时支持Modbus、DL/T645测温：支持3外置NTC测温
物联网电表	ADL200		单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。总电能计量（反向计入正向），3个月历史电能数据冻结存储；8位段式LCD显示；有功电能脉冲输出；有功电能精度1级，无功电能2级。
	ACR10R		三相电流/电压/频率/功率因数，有功/无功/视在功率，四象限电能计量，*大需量，复费率电能计量，总谐波含量、分次谐波（2-63次），事件记录和报警功能。电能精度0.5级。 通讯方式：RS485接口，支持Modbus-RTU协议
	ADL10-E		有功、无功电能计量，电参量测量：U、I、P、Q、S、PF、F，LCD显示，RS485通讯，MODBUS-RTU和DL/T645协议
	ADL400		三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。（正、反向）有功、无功电能计量；A、B、C分相正向有功电能计量；2-31次谐波电压电流；12位段式LCD显示、背光显示，电能精度0.5s级。
	ADW200		4路三相电压、电流、功率、功率因数、频率测量；电压电流相角、电压电流不平衡度测量；电压电流2-31次分次谐波及总畸变测量；当月及上三月的电压、电流、功率极值记录；*大需量及上十二月历史需量记录；事件记录、复费率、四象限电能及历史电能记录；支持12路开关量输入4路开关量输出；支持12路测温4路剩余电流测量；有功电能精度1级。 通讯方式：RS485接口，支持Modbus-RTU协议
	ADW210		4路三相电压、电流、功率、功率因数、频率测量；电压电流相角、电压电流不平衡度测量；电压电流2-31次分次谐波及总畸变测量；当月及上三月的电压、电流、功率极值记录；*大需量及上十二月历史需量记录；事件记录、复费率、四象限电能及历史电能记录；支持12路开关量输入4路开关量输出；支持12路测温4路剩余电流测量；有功电能精度1级。
	ADW300-4G		三相电压、电流、功率、功率因数、频率测量；电压电流相角、电压电流不平衡度测量；电压电流2-31次分次谐波及总畸变测量；当月及上三月的电压、电流、功率极值记录；*大需量及上十二月历史需量记录；事件记录、复费率、四象限电能及历史电能记录；支持4路开关量输入、2路开关量输出；支持4路测温；支持1路剩余电流测量；支持本地显示及按键设置；有功电能精度1级。 通讯方式：支持RS485通讯、Lora无线通讯、4G通讯；WIFI通讯
预付费电表	DDSY-4G		单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。有功电能计量（正、反向），A、B、C分相正向有功电能，支持4个时区、2个时段表、14个日时段、4个费率*大需量及发生时间，实时需量，历史冻结数据购电记录；8位段式LCD显示、背光显示；有功电能脉冲输出；有功电能精度1级，无功电能0.5s级。
	DTSY-4G		三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。有功电能计量（正、反向），A、B、C分相正向有功电能，支持4个时区、2个时段表、14个日时段、4个费率*大需量及发生时间，实时需量，历史冻结数据购电记录；8位段式LCD显示、背光显示；有功电能脉冲输出；有功电能精度1级，无功电能0.5s级。
直流电能表	DJSF1352		1.精度：1级或0.5级，带±12V电压输出用于霍尔传感器供电 2.测量：电压、电流、功率、正反向电能，支持双路计量。
电气安全	ARCM300-Z		三相（I、U、Kw、Kvar、Kwh、Kvarh、Hz、cosΦ），视在电能、四象限电能计量，单回路剩余电流监测，4路温度监测，2路继电器输出，2 路开关量输入，支持断电报警上传
	AAFD-DU		监测故障电弧、漏电、温度 两路无源干接点（开关量）输入 两路无源常开触点（开关量）输出
充电桩	ACX系列		充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。 支持投币、刷卡，扫码、免费充电，
	AEV_AC007		额定功率7kW,单相三线制，防护等级IP65,具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用。 通讯方式：4G、蓝牙、Wifi
智慧照明	ASL200		遥控输出 两路无源干接点（开关量）输入 两路无源常开触点（开关量）输出

5、结束语

智能化配电系统与智能化能源管理系统是基于云技术、大数据技术、物联网技术、人工智能技术、移动通信技术等推广应用下形成的管理系统。在钢铁制造中，智能化配电系统应用的关键在于对钢铁企业电力设备进行自动化、智能化管理，以*大程度保证电力设备运行安全、稳定；智能化能源管理系统应用的关键在于整合钢铁制造全流程各种能源介质，实现能源统筹管理与动态调度，提高企业能源资源利用率。基于智能化配电系统及能源管理系统的有效应用，可促进钢铁企业绿色化、信息化、智能化、创新化发展，保障钢铁企业长期安全、稳定、健康运行。

参考文献

[1]李娟.浅析智能低压开关柜开发在钢铁企业中的应用[J].甘肃冶金,2021,43(01):74-76+81.

[2]邓万里.智能制造视野下钢铁企业能源管控系统展望[J].钢铁,2020,55(11):1-9.

[3]张琦,刘帅,徐化岩,等.钢铁企业智慧能源管控系统开发与实践[J].钢铁,2019,54(10):125-133.

[4]燕飞,范军,吴礼云,等.基于物质流、能量流与信息流的钢铁厂智能调控系统架构研究[J].冶金自动化,2018,42(03).

[5]刘昱辰.能源管理系统在钢铁行业的应用.

[6]安科瑞企业微电网设计应用手册.2022.05版.

作者简介：

叶根胜，安科瑞电气股份有限公司

浅谈配电能源管理系统应用在钢铁行业

叶根胜

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：能源管理系统在钢铁行业的应用不仅是钢铁行业信息化、数据化、智能化发展的重要体现，也是钢铁行业实现智能制造和精细化管理的重要举措。有鉴于此，从能源管理系统在钢铁行业的应用意义出发，简要分析了能源管理系统的应用现状，结合钢铁行业的特点和可持续发展的智能创造目标，设计了能源管理系统。通过系统架构和功能分析，确定该系统能够与智能配电系统、自动化管理系统、资源规划系统等互联互通，实现钢铁企业能源运营的完善

关键词：智能配电系统；能源管理；钢铁；智能化；信息化；

0、引言

钢铁工业是中国工业体系的重要组成部分，在促进社会进步、经济发展和技术繁荣方面发挥着至关重要的作用。基于近年来钢铁工业的快速发展，钢铁生产制造的自动化、数字化和信息化水平不断提高，导致钢铁能源供需匹配、钢铁制造工艺方法的使用、钢铁生产工艺的衔接、各种钢铁流程的调度和流通发生了很大的变化。能源资源的智能配置和控制已成为新时期钢铁工业建设和发展的客观需求和必然趋势。智能配电系统和智能能源管理

1、能源管理在钢铁行业的应用意义分析

(1)智能配电系统的应用意义

近年来，随着钢铁行业的快速发展，钢铁企业的生产规模不断扩大，导致钢铁企业生产设备的增加。为了满足生产用电需求，供配电网中的中低压变配电站数量增加。此外，随着智能制造过程的不断推进，钢铁企业供配电网络的自动化和信息化水平不断提高，对供配电管理提出了更高的要求。如何实现钢铁企业供配电系统管理的有效性和安全性，促进供配电系统管理的智能化、集约化、透明化和精细化发展，已成为相关人员关注和思考的重要问题。而且智能配电系统的有效设计和科学应用，可以满足钢铁企业供配电系统管理的需要。通过使用智能配电系统(图1)，钢铁企业可以全面监控电力参数、环境参数、运行参数等。，并根据监测结果预测负荷能耗，指导企业节能减排；预警电气设备或系统过载、过压、过温等危险情况，减少这些危险行为的发生和发展对企业安全生产的不利影响；监控设备运行故障和电能质量，使运维人员能够及时发现和处理故障，防止事故蔓延，从而将事故影响降到最低。通过使用智能配电系统，钢铁企业可以实现资产管理(如资产档案快速检查、评估等)、运维管理(如流程规范、运维跟踪、案例存储等)、能源管理(如能源使用监测、能耗统计、能耗评估等)的集成化、精细化控制。

(2)能源管理系统的应用意义

在我国建设和发展过程中，能源短缺和环境污染是一个关键问题。钢铁行业不仅能耗大，而且污染物排放大。从生产工艺的角度来看，大多数钢铁企业采用“烧结炼铁炼钢轧制”工艺，涉及原料厂、烧结厂、焦化厂、炼铁厂、炼钢厂、轧制厂等多种生产设施。据统计，烧结工艺能耗可达48kgce/t左右，焦化工艺能耗可达103kgce/t左右，炼铁工艺能耗可达386kgce/t左右，炼钢工艺能耗可达54kgce/t左右，吨钢能耗可达456~462kwh/tt，吨钢新水消耗量可达2.45~2.56m3/t，综合能耗约为545~552kgce//tt。从生产排放的角度来看，钢铁行业的碳排放仅次于电力行业，占全国碳排放总量的13%~15%。此外，二氧化硫、氮氧化物、烟尘、废水等排放也位居工业前列。因此，在新时期的发展中，如何降低资源和能源消耗，减少环境生态负荷，实现能源的精细化管理，在保证生产质量、提高生产效率的同时，已成为企业及相关人员关注和思考的重点问题。作为钢铁企业信息系统的重要组成部分，能源管理系统在资源和能源数据采集、分析、整理、存储和利用方面的优势支持了钢铁企业能源管理的智能化和精细化发展。目前，钢铁企业应用的能源管理系统可以监控压力、温度、浓度、流量、运行状态、开闭信号等各种能源介质信息，如压力、温度、浓度、流量、运行状态、开闭信号等，也可以监控和控制污染物信息，如浓度、流量、总排放量、污染指数等，从而为能源分配利用、设备维护、污染预防和控制提供指导。与此同时，能源管理系统可以与其它信息管理系统互联互通，进一步提高企业管理水平。促进钢铁企业高效、环保、节能、专业、科技、创新发展。

2、钢铁行业中能源管理系统应用现状及存在的问题分析

钢铁企业能源管理系统是一种集制造过程监控、能源资产管理、能源资产调度等功能为一体的管理系统，其有效应用对企业能源利用率提高、企业能源管理质量提高存在积极影响，是新时期企业实现绿色化、信息化、创新化发展的重要手段。纵观钢铁企业能源管理系统应用现状，发现能源管控系统的应用仍存在诸多问题，有待在后续研究发展中改进、完善、优化。例如，能源数据采集缺乏准确性、全面性；能源管理系统与其他系统之间融合有限，易产生信息孤岛问题；现场装备集成度不够高，设备监管的离散性较高；系统通讯存在一定滞后性，事后管理现象屡见不鲜等。

3、钢铁企业能源管理系统优化设计分析

随着“互联网+”理念以及“加快建设制造强国与网络强国”任务的提出，钢铁企业应促进钢铁制造管理与信息技术的深度融合，积极优化能源管理系统，实现物质流、信息流、能源流一体化智能调度与管控，从而有效解决传统能源管理系统应用问题，促进能源管理系统应用作用*大化发挥，实现钢铁企业能源精细化管理，推动钢铁企业绿色化、自动化、创新化、智能化发展。

(1)智能化能源管理系统主要架构

根据钢铁企业特征结合“智能制造”对钢铁企业建设与管理的要求，钢铁企业应以系统安全运行、制造节能减排、全流程能源协同优化控制为目标，以计算机技术、互联网技术、大数据技术、云技术、物联网技术、信

息通讯技术等为支撑，搭建智能化能源管理系统。根据智能化能源管理系统功能对其架构进行划分，可分为数据中心层侧重于钢铁企业各种流的调度管控，包括生产原料、燃料、材料等物质流调度管控；电能、水能、气能、热能、机械能等能量流调度管控；生产制造、运营管理等过程中产生各种信息的信息流调度管控。协同管控层则是根据各种信息对能源资产进行高效高质量匹配，切实提高企业生产、管理质量和效率，*大程度提高对各种能源、资产的利用率。智能管控层进一步提高能源管理系统智能化水平，实现对企业全流程的智能化监测、调度、管控。

(2)智能化能源管理系统设计要点

1）明确系统之间的关系，提高系统交互性

提高智能化能源管理系统与其他信息化管理系统的交互能力，对智能化能源管理系统作用充分发挥存在重要影响。故在系统设计与建设过程中需要综合考虑能源管理系统与钢铁企业其他信息化管理系统，如基础自动化系统、过程控制系统、生产执行系统、企业资源计划系统等关系，从而准确确定能源管理系统在企业信息化管理系统架构中的位置。通常情况下，能源管理系统主要面向企业及业务管理层人员服务，对数据信息的可控性、关联性具有较高要求。能源管理系统需要为企业运营提供准确、全面信息，以满足企业生产计划、采购计划、资本计划、能源计划等需求，故能源管理系统应具备较强的物质流(图2)、信息流、能源流、资金流等协调控制能力。基础自动化系统与过程控制管理系统侧重于设备运行状态等基础数据管控，对数据信息准确性、时效性具有较高要求。生产执行系统侧重于钢铁企业生产管理，包括生产计划执行管控、生产能源消耗管控等，该系统可将过程控制管理系统与能源管理系统有效衔接，进一步提高钢铁企业生产运营管控水平，消除钢铁企业生产过程中的各种不确定性问题。故在钢铁企业信息化管理系统中在钢铁企业信息化管理系统中，基础自动化系统与过程控制管理系统位于架构底层，生产执行系统位于信息化管理系统架构底层，能源管理系统位于架构顶层。

2）根据钢铁企业特征，给予系统设计综合考虑

钢铁企业能源介质管网分布广泛，对能源介质输送具有较高要求，如何提高能源介质输送连续性、持久性、安全性、快速性、经济性，成为钢铁企业能源管理思考的重点问题之一。对此，智能化能源管理系统在钢铁企业中的应用，需要具备较强的能源动态调节平衡能力。这就需要从能源介质输送监控能力、能源动态调节能力、能源介质信心采集处理能力、能源介质输送故障分析处理能力、能源计划调整能力、能源平衡预测能力等方面对智能化能源管理系统设计进行综合考虑，以保证企业在系统支持下对能源介质输送管理做出科学决策。

3）根据企业能源管理要求，科学规划系统功能

钢铁企业应用能源管理系统的主要目的是提高能源利用率，保证能源生产、转换、消费平衡，促进企业生产健康、稳定、长久发展。因此，钢铁企业的智能化能源管理系统一方面需要对能源使用进行管理，另一方面需要对能源成本进行管理。其中能源使用管理侧重于物质流管控，能源成本管理侧重于资金流管控。且满足企业能源管理需求，智能化能源管理系统需要具备能源设备监管、能源计划监管、能源平衡监管、能耗实绩监管、能源预测监管等功能。就能耗实际管理而言，钢铁企业通过智能化能源管理系统能够根据企业实际情况建立能源消耗预测模型，并在能耗历史信息、生产计划信息、能源供需计划信息等支持下，完成能耗预测，从而为企业能源管理计划制定提供依据，提高能源利用率。就能源平衡监管而言，钢铁企业通过智能化能源管理系统能够系统、准确、全面、动态掌握电能源、水能源、气能源等购入情况、存储情况、利用情况、输送分配情况、终端使用情况等，并对其进行监视、调度、控制，保证能源介质在各环节安全、可用。与此同时，企业借助系统能够将能源数据转换为碳排放数据，实现各分厂或各业务污染排放智能分析，让企业管理人员更加直观了解各分厂或各业务污染状况，便于企业管理人员发展污染排放管理问题，从而针对性制定科学、合理、有效减排降污方案。

4）合理选择系统实现技术，保证系统功能有效发挥

系统的实现离不开各类技术支持。对此，在系统设计开发过程中应给予系统实现技术高度重视。由于钢铁企业能管管理范围为全钢铁厂，故将系统设计为多层分布式结构，确保系统运行安全、可靠的同时，提高系统维修简便性。选择客户/服务器网络通信模式，并引入以太网通信技术、现场总线通信技术、无线传感技术以及Modbus-RTU、IEC61850、ModbusTCP/IP等多种通信协议，满足系统内部通信需求、系统与系统之间通信需求。采用模块化设计法，根据系统主要功能将其划分为多个子系统，以满足不同用户管理需求。同时子系统设计中，能源介质按类型归类，工作人员能够针对某种介质查阅历史信息。为提高信息利用效率，系统依托数据挖掘技术、数据库技术、专家知识系统技术等，能够自动生产各类报表，并以多种形式进行可视化显示，同时系统具备信息追踪能力，便于溯源管理。系统依托云技术不仅能够通过互联网登录，也可以通过移动终端登录，实现对能源的远程管控。

4、Acrel-EIOT能源物联网云平台

（1）概述

Acrel-EIoT能源物联网开放平台是一套基于物联网数据中台，建立统一的上下行数据标准，为互联网用户提供能源物联网数据服务的平台。用户仅需购买安科瑞物联网传感器，选配网关，自行安装后扫码即可使用手机和电脑得到所需的行业数据服务。

该平台提供数据驾驶舱、电气安全监测、电能质量分析、用电管理、预付费管理、充电桩管理、智能照明管理、异常事件报警和记录、运维管理等功能，并支持多平台、多语言、多终端数据访问。

（2）应用场所

本平台适用于公寓出租户、连锁小超市、小型工厂、楼管系统集成商、小型物业、智慧城市、变配电站、建筑楼宇、通信基站、工业能耗、智能灯塔、电力运维等领域。

（3）平台结构

（4）平台功能

• 电力集抄

电力集抄模块可以实现对各种监测数据的查询、分析、预警及综合展示，以保证配电室的环境友好。在智能化方面实现供配电监控系统的遥测'、遥信、遥控控制，对系统进行综合检测和统一管理；在数据资源管理方面，可以显示或查询供配电室内各设备运行（包括历史和实时参数，并根据实际情况进行日报、月报和年报查询或打印，提高工作效率，节约人力资源。

变压器监控

配电图

• 能耗分析

能耗分析模块采用自动化、信息化技术，实现从能源数据采集、过程监控、能源介质消耗分析、能耗管理等全过程的自动化、科学化管理，使能源管理、能源生产以及使用的全过程有机结合起来，运用先进的数据处理与分析技术，进行离线生产分析与管理，实现全厂能源系统的统一调度，优化能源介质平衡、有效利用能源，提高能源质量、降低能源消耗，达到节能降耗和提升整体能源管理水平的目的。

能耗概况

• 预付费管理

1）登陆管理：管理操作员账户及权限分配，查看系统日志等功能；

2）系统配置：对建筑、通讯管理机、仪表及默认参数进行配置；

3）用户管理：对商铺用户执行开户、销户、远程分合闸、批量操作及记录查询等操作；

4）售电管理：对已开户的表进行远程售电、退电、冲正及记录查询等操作；

5）售水管理：对已开户的表进行远程售水、退水、记录查询等操作；

6）报表中心：提供售电、售水财务报表、用能报表、报警报表等查询，本系统所有的报表及记录查询，都支持excel格式导出。

预付费看板

• 充电桩管理

通过物联网技术，对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控，同时对各类故障如充电机过温保护、充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警。云平台包含了充电收费和充电桩运营的所有功能，包括城市级大屏、交易管理、财务管理、变压器监控、运营分析、基础数据管理等功能。

 

充电桩看板

• 智能照明

智能照明通过物联网技术对安装在城市各区域的室内照明、城市路灯等照明回路的用电状态进行不间断地数据监测，也可以实现定时开关策略配置及后台远程管理和移动管理等，降低路灯设施的维护难度和成本，提升管理水平，并达到一定节能减挂的效果。

监控页面

• 安全用电

安全用电采用第一时间的排查和治理，达到消除潜在电气火灾安全隐患，实现“防患于未然”的目的。

• 智慧消防

通过云平台进行数据分析、挖掘和趋势分析，帮助实现科学预警火灾、网格化管理、落实多元责任监管等目标。填补了原先针对“九小场所”和危化品生产企业无法有效监控的空白，适应于所有公建和民建，实现了无人化值守智慧消防，实现智慧消防“自动化”、“智能化”、“系统化”、用电管理“精细化”的实际需求。

（5）系统硬件配置

类型	型号	外观	产品功能
能源物联网云平台	Acrel-EIOT		提供数据驾驶舱、电气安全监测、电能质量分析、用电管理、预付费管理、充电桩管理、智能照明管理、异常事件报警和记录、运维管理等功能，并支持多平台、多语言、多终端数据访问
智能网关	AWT100-4G		1路下行485，上行可选配4G、WIFI、网口
	ANet-1E2S1-4G		上行：以太网、4G 下行：RS485
物联网电表	ARTU系列		可扩展DIDO以及多路模拟量输入输出单元。 通讯方式：RS485接口，Modbus协议。可扩展2G、Lora、LoRAWAN、NB-IoT、4G、以太网
无线测温	ARTM-Pn		可监测电压、电流、频率、有功功率、无功功率、电能，可接收60个无线温度传感器温度
	ATC600		ATC600有2种工作模式：终端(-C)、中继(-Z)，可根据项目布局选择配置。可接收240个无线温度传感器温度
光伏监控	AGF		光伏电池串开路报警，可以配合组串电压进行综合判断；带3路开关量状态监测，用于采集直流断路器、防雷器等输出空接点状态；一次电流采用穿孔方式接入，安装方便，安全性高；测量元件采用霍尔传感器，隔离测量*大电流20A；电压测量功能可测量母线电压*高DC1500V
电力监控	AEM96		三相电力参数测量、电压和电流的相角、四象限电能计量、复费率、*大需量、历史电能统计、开关量事件记录、历史极值记录、31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）、开关量、报警输出 通讯方式：RS485接口，支持Modbus-RTU协议
	AEM72		三相电力参数测量、电压和电流的相角、四象限电能计量、复费率、*大需量、历史电能统计、开关量事件记录、历史极值记录、31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）、开关量、报警输出 通讯方式：RS485接口，支持Modbus-RTU协议
	ACR系列		三相所有电力参数、*大需量记录（ACR320EFL）、分时电能统计及12月电能统计、日期时间显示、LCD显示、RS485通讯，事件记录。 通讯方式：RS485，Prifibus-DP、以太网
	APM系列		全电量测量，四象限电能，复费率电能，仪表内部温度测量，总有功、总无功、总视在电能脉冲输出、秒脉冲等可选。三相电流、有功功率、无功功率、视在功率实时需量及*大需量(包含时间戳)。电流、线电压、相电压、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率、电流总谐波、电压总谐波的本月极值和上月极值(包含时间戳)。中文显示，有功电能0.2s级。通讯方式：RS485，Prifibus-DP、以太网
物联网电表	DDS		有功、无功电能计量，电参量测量：U、I、P、Q、S、PF、F，LCD显示，RS485通讯，MODBUS-RTU和DL/T645协议
物联网电表	DDSD		电能计量：总电能计量（反向计入正向），3个月历史电能数据冻结存储电参量测量：U、I、P、Q、S、PF、F测量LCD显示：8位段式LCD显示按键编程：3按键可编程设置密码、通讯地址、波特率、复费率和通讯协议。 脉冲输出：L有功电能脉冲输出复费率：4个时区、2个时段表、14个日时段、4个费率通讯：RS485接口，MODBUS-RTU、DL/T645-97、DL/T645-07协议、红外通讯
物联网电表	DTSD		电能计量：有功电能计量（正、反向）、无功电能计量（正、反向）、A、B、C分相正向有功电能电参量测量：U、I、P、Q、S、PF、F谐波测量：2~31次谐波电压电流LCD显示：8位段式LCD显示、背光显示按键编程：4按键可编程通信、变比等参数脉冲输出：有功脉冲输出、无功脉冲输出、时钟脉冲输出LED报警：失压、过压报警复费率及附带功能：有源开关量输入、3开关量输出、支持4个时区、2个时段表、14个日时段、4个费率、*大需量及发生时间、上48月、上90日历史冻结数据、日期、时间 通讯：红外通讯、RS485接口、同时支持Modbus、DL/T645测温：支持3外置NTC测温
物联网电表	ADL200		单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。总电能计量（反向计入正向），3个月历史电能数据冻结存储；8位段式LCD显示；有功电能脉冲输出；有功电能精度1级，无功电能2级。
	ACR10R		三相电流/电压/频率/功率因数，有功/无功/视在功率，四象限电能计量，*大需量，复费率电能计量，总谐波含量、分次谐波（2-63次），事件记录和报警功能。电能精度0.5级。 通讯方式：RS485接口，支持Modbus-RTU协议
	ADL10-E		有功、无功电能计量，电参量测量：U、I、P、Q、S、PF、F，LCD显示，RS485通讯，MODBUS-RTU和DL/T645协议
	ADL400		三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。（正、反向）有功、无功电能计量；A、B、C分相正向有功电能计量；2-31次谐波电压电流；12位段式LCD显示、背光显示，电能精度0.5s级。
	ADW200		4路三相电压、电流、功率、功率因数、频率测量；电压电流相角、电压电流不平衡度测量；电压电流2-31次分次谐波及总畸变测量；当月及上三月的电压、电流、功率极值记录；*大需量及上十二月历史需量记录；事件记录、复费率、四象限电能及历史电能记录；支持12路开关量输入4路开关量输出；支持12路测温4路剩余电流测量；有功电能精度1级。 通讯方式：RS485接口，支持Modbus-RTU协议
	ADW210		4路三相电压、电流、功率、功率因数、频率测量；电压电流相角、电压电流不平衡度测量；电压电流2-31次分次谐波及总畸变测量；当月及上三月的电压、电流、功率极值记录；*大需量及上十二月历史需量记录；事件记录、复费率、四象限电能及历史电能记录；支持12路开关量输入4路开关量输出；支持12路测温4路剩余电流测量；有功电能精度1级。
	ADW300-4G		三相电压、电流、功率、功率因数、频率测量；电压电流相角、电压电流不平衡度测量；电压电流2-31次分次谐波及总畸变测量；当月及上三月的电压、电流、功率极值记录；*大需量及上十二月历史需量记录；事件记录、复费率、四象限电能及历史电能记录；支持4路开关量输入、2路开关量输出；支持4路测温；支持1路剩余电流测量；支持本地显示及按键设置；有功电能精度1级。 通讯方式：支持RS485通讯、Lora无线通讯、4G通讯；WIFI通讯
预付费电表	DDSY-4G		单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。有功电能计量（正、反向），A、B、C分相正向有功电能，支持4个时区、2个时段表、14个日时段、4个费率*大需量及发生时间，实时需量，历史冻结数据购电记录；8位段式LCD显示、背光显示；有功电能脉冲输出；有功电能精度1级，无功电能0.5s级。
	DTSY-4G		三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。有功电能计量（正、反向），A、B、C分相正向有功电能，支持4个时区、2个时段表、14个日时段、4个费率*大需量及发生时间，实时需量，历史冻结数据购电记录；8位段式LCD显示、背光显示；有功电能脉冲输出；有功电能精度1级，无功电能0.5s级。
直流电能表	DJSF1352		1.精度：1级或0.5级，带±12V电压输出用于霍尔传感器供电 2.测量：电压、电流、功率、正反向电能，支持双路计量。
电气安全	ARCM300-Z		三相（I、U、Kw、Kvar、Kwh、Kvarh、Hz、cosΦ），视在电能、四象限电能计量，单回路剩余电流监测，4路温度监测，2路继电器输出，2 路开关量输入，支持断电报警上传
	AAFD-DU		监测故障电弧、漏电、温度 两路无源干接点（开关量）输入 两路无源常开触点（开关量）输出
充电桩	ACX系列		充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。 支持投币、刷卡，扫码、免费充电，
	AEV_AC007		额定功率7kW,单相三线制，防护等级IP65,具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用。 通讯方式：4G、蓝牙、Wifi
智慧照明	ASL200		遥控输出 两路无源干接点（开关量）输入 两路无源常开触点（开关量）输出

5、结束语

智能化配电系统与智能化能源管理系统是基于云技术、大数据技术、物联网技术、人工智能技术、移动通信技术等推广应用下形成的管理系统。在钢铁制造中，智能化配电系统应用的关键在于对钢铁企业电力设备进行自动化、智能化管理，以*大程度保证电力设备运行安全、稳定；智能化能源管理系统应用的关键在于整合钢铁制造全流程各种能源介质，实现能源统筹管理与动态调度，提高企业能源资源利用率。基于智能化配电系统及能源管理系统的有效应用，可促进钢铁企业绿色化、信息化、智能化、创新化发展，保障钢铁企业长期安全、稳定、健康运行。

参考文献

[1]李娟.浅析智能低压开关柜开发在钢铁企业中的应用[J].甘肃冶金,2021,43(01):74-76+81.

[2]邓万里.智能制造视野下钢铁企业能源管控系统展望[J].钢铁,2020,55(11):1-9.

[3]张琦,刘帅,徐化岩,等.钢铁企业智慧能源管控系统开发与实践[J].钢铁,2019,54(10):125-133.

[4]燕飞,范军,吴礼云,等.基于物质流、能量流与信息流的钢铁厂智能调控系统架构研究[J].冶金自动化,2018,42(03).

[5]刘昱辰.能源管理系统在钢铁行业的应用.

[6]安科瑞企业微电网设计应用手册.2022.05版.

作者简介：

叶根胜，安科瑞电气股份有限公司

浅谈配电能源管理系统应用在钢铁行业

叶根胜

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：能源管理系统在钢铁行业的应用不仅是钢铁行业信息化、数据化、智能化发展的重要体现，也是钢铁行业实现智能制造和精细化管理的重要举措。有鉴于此，从能源管理系统在钢铁行业的应用意义出发，简要分析了能源管理系统的应用现状，结合钢铁行业的特点和可持续发展的智能创造目标，设计了能源管理系统。通过系统架构和功能分析，确定该系统能够与智能配电系统、自动化管理系统、资源规划系统等互联互通，实现钢铁企业能源运营的完善

关键词：智能配电系统；能源管理；钢铁；智能化；信息化；

0、引言

钢铁工业是中国工业体系的重要组成部分，在促进社会进步、经济发展和技术繁荣方面发挥着至关重要的作用。基于近年来钢铁工业的快速发展，钢铁生产制造的自动化、数字化和信息化水平不断提高，导致钢铁能源供需匹配、钢铁制造工艺方法的使用、钢铁生产工艺的衔接、各种钢铁流程的调度和流通发生了很大的变化。能源资源的智能配置和控制已成为新时期钢铁工业建设和发展的客观需求和必然趋势。智能配电系统和智能能源管理

1、能源管理在钢铁行业的应用意义分析

(1)智能配电系统的应用意义

近年来，随着钢铁行业的快速发展，钢铁企业的生产规模不断扩大，导致钢铁企业生产设备的增加。为了满足生产用电需求，供配电网中的中低压变配电站数量增加。此外，随着智能制造过程的不断推进，钢铁企业供配电网络的自动化和信息化水平不断提高，对供配电管理提出了更高的要求。如何实现钢铁企业供配电系统管理的有效性和安全性，促进供配电系统管理的智能化、集约化、透明化和精细化发展，已成为相关人员关注和思考的重要问题。而且智能配电系统的有效设计和科学应用，可以满足钢铁企业供配电系统管理的需要。通过使用智能配电系统(图1)，钢铁企业可以全面监控电力参数、环境参数、运行参数等。，并根据监测结果预测负荷能耗，指导企业节能减排；预警电气设备或系统过载、过压、过温等危险情况，减少这些危险行为的发生和发展对企业安全生产的不利影响；监控设备运行故障和电能质量，使运维人员能够及时发现和处理故障，防止事故蔓延，从而将事故影响降到最低。通过使用智能配电系统，钢铁企业可以实现资产管理(如资产档案快速检查、评估等)、运维管理(如流程规范、运维跟踪、案例存储等)、能源管理(如能源使用监测、能耗统计、能耗评估等)的集成化、精细化控制。

(2)能源管理系统的应用意义

在我国建设和发展过程中，能源短缺和环境污染是一个关键问题。钢铁行业不仅能耗大，而且污染物排放大。从生产工艺的角度来看，大多数钢铁企业采用“烧结炼铁炼钢轧制”工艺，涉及原料厂、烧结厂、焦化厂、炼铁厂、炼钢厂、轧制厂等多种生产设施。据统计，烧结工艺能耗可达48kgce/t左右，焦化工艺能耗可达103kgce/t左右，炼铁工艺能耗可达386kgce/t左右，炼钢工艺能耗可达54kgce/t左右，吨钢能耗可达456~462kwh/tt，吨钢新水消耗量可达2.45~2.56m3/t，综合能耗约为545~552kgce//tt。从生产排放的角度来看，钢铁行业的碳排放仅次于电力行业，占全国碳排放总量的13%~15%。此外，二氧化硫、氮氧化物、烟尘、废水等排放也位居工业前列。因此，在新时期的发展中，如何降低资源和能源消耗，减少环境生态负荷，实现能源的精细化管理，在保证生产质量、提高生产效率的同时，已成为企业及相关人员关注和思考的重点问题。作为钢铁企业信息系统的重要组成部分，能源管理系统在资源和能源数据采集、分析、整理、存储和利用方面的优势支持了钢铁企业能源管理的智能化和精细化发展。目前，钢铁企业应用的能源管理系统可以监控压力、温度、浓度、流量、运行状态、开闭信号等各种能源介质信息，如压力、温度、浓度、流量、运行状态、开闭信号等，也可以监控和控制污染物信息，如浓度、流量、总排放量、污染指数等，从而为能源分配利用、设备维护、污染预防和控制提供指导。与此同时，能源管理系统可以与其它信息管理系统互联互通，进一步提高企业管理水平。促进钢铁企业高效、环保、节能、专业、科技、创新发展。

2、钢铁行业中能源管理系统应用现状及存在的问题分析

钢铁企业能源管理系统是一种集制造过程监控、能源资产管理、能源资产调度等功能为一体的管理系统，其有效应用对企业能源利用率提高、企业能源管理质量提高存在积极影响，是新时期企业实现绿色化、信息化、创新化发展的重要手段。纵观钢铁企业能源管理系统应用现状，发现能源管控系统的应用仍存在诸多问题，有待在后续研究发展中改进、完善、优化。例如，能源数据采集缺乏准确性、全面性；能源管理系统与其他系统之间融合有限，易产生信息孤岛问题；现场装备集成度不够高，设备监管的离散性较高；系统通讯存在一定滞后性，事后管理现象屡见不鲜等。

3、钢铁企业能源管理系统优化设计分析

随着“互联网+”理念以及“加快建设制造强国与网络强国”任务的提出，钢铁企业应促进钢铁制造管理与信息技术的深度融合，积极优化能源管理系统，实现物质流、信息流、能源流一体化智能调度与管控，从而有效解决传统能源管理系统应用问题，促进能源管理系统应用作用*大化发挥，实现钢铁企业能源精细化管理，推动钢铁企业绿色化、自动化、创新化、智能化发展。

(1)智能化能源管理系统主要架构

根据钢铁企业特征结合“智能制造”对钢铁企业建设与管理的要求，钢铁企业应以系统安全运行、制造节能减排、全流程能源协同优化控制为目标，以计算机技术、互联网技术、大数据技术、云技术、物联网技术、信

息通讯技术等为支撑，搭建智能化能源管理系统。根据智能化能源管理系统功能对其架构进行划分，可分为数据中心层侧重于钢铁企业各种流的调度管控，包括生产原料、燃料、材料等物质流调度管控；电能、水能、气能、热能、机械能等能量流调度管控；生产制造、运营管理等过程中产生各种信息的信息流调度管控。协同管控层则是根据各种信息对能源资产进行高效高质量匹配，切实提高企业生产、管理质量和效率，*大程度提高对各种能源、资产的利用率。智能管控层进一步提高能源管理系统智能化水平，实现对企业全流程的智能化监测、调度、管控。

(2)智能化能源管理系统设计要点

1）明确系统之间的关系，提高系统交互性

提高智能化能源管理系统与其他信息化管理系统的交互能力，对智能化能源管理系统作用充分发挥存在重要影响。故在系统设计与建设过程中需要综合考虑能源管理系统与钢铁企业其他信息化管理系统，如基础自动化系统、过程控制系统、生产执行系统、企业资源计划系统等关系，从而准确确定能源管理系统在企业信息化管理系统架构中的位置。通常情况下，能源管理系统主要面向企业及业务管理层人员服务，对数据信息的可控性、关联性具有较高要求。能源管理系统需要为企业运营提供准确、全面信息，以满足企业生产计划、采购计划、资本计划、能源计划等需求，故能源管理系统应具备较强的物质流(图2)、信息流、能源流、资金流等协调控制能力。基础自动化系统与过程控制管理系统侧重于设备运行状态等基础数据管控，对数据信息准确性、时效性具有较高要求。生产执行系统侧重于钢铁企业生产管理，包括生产计划执行管控、生产能源消耗管控等，该系统可将过程控制管理系统与能源管理系统有效衔接，进一步提高钢铁企业生产运营管控水平，消除钢铁企业生产过程中的各种不确定性问题。故在钢铁企业信息化管理系统中在钢铁企业信息化管理系统中，基础自动化系统与过程控制管理系统位于架构底层，生产执行系统位于信息化管理系统架构底层，能源管理系统位于架构顶层。

2）根据钢铁企业特征，给予系统设计综合考虑

钢铁企业能源介质管网分布广泛，对能源介质输送具有较高要求，如何提高能源介质输送连续性、持久性、安全性、快速性、经济性，成为钢铁企业能源管理思考的重点问题之一。对此，智能化能源管理系统在钢铁企业中的应用，需要具备较强的能源动态调节平衡能力。这就需要从能源介质输送监控能力、能源动态调节能力、能源介质信心采集处理能力、能源介质输送故障分析处理能力、能源计划调整能力、能源平衡预测能力等方面对智能化能源管理系统设计进行综合考虑，以保证企业在系统支持下对能源介质输送管理做出科学决策。

3）根据企业能源管理要求，科学规划系统功能

钢铁企业应用能源管理系统的主要目的是提高能源利用率，保证能源生产、转换、消费平衡，促进企业生产健康、稳定、长久发展。因此，钢铁企业的智能化能源管理系统一方面需要对能源使用进行管理，另一方面需要对能源成本进行管理。其中能源使用管理侧重于物质流管控，能源成本管理侧重于资金流管控。且满足企业能源管理需求，智能化能源管理系统需要具备能源设备监管、能源计划监管、能源平衡监管、能耗实绩监管、能源预测监管等功能。就能耗实际管理而言，钢铁企业通过智能化能源管理系统能够根据企业实际情况建立能源消耗预测模型，并在能耗历史信息、生产计划信息、能源供需计划信息等支持下，完成能耗预测，从而为企业能源管理计划制定提供依据，提高能源利用率。就能源平衡监管而言，钢铁企业通过智能化能源管理系统能够系统、准确、全面、动态掌握电能源、水能源、气能源等购入情况、存储情况、利用情况、输送分配情况、终端使用情况等，并对其进行监视、调度、控制，保证能源介质在各环节安全、可用。与此同时，企业借助系统能够将能源数据转换为碳排放数据，实现各分厂或各业务污染排放智能分析，让企业管理人员更加直观了解各分厂或各业务污染状况，便于企业管理人员发展污染排放管理问题，从而针对性制定科学、合理、有效减排降污方案。

4）合理选择系统实现技术，保证系统功能有效发挥

系统的实现离不开各类技术支持。对此，在系统设计开发过程中应给予系统实现技术高度重视。由于钢铁企业能管管理范围为全钢铁厂，故将系统设计为多层分布式结构，确保系统运行安全、可靠的同时，提高系统维修简便性。选择客户/服务器网络通信模式，并引入以太网通信技术、现场总线通信技术、无线传感技术以及Modbus-RTU、IEC61850、ModbusTCP/IP等多种通信协议，满足系统内部通信需求、系统与系统之间通信需求。采用模块化设计法，根据系统主要功能将其划分为多个子系统，以满足不同用户管理需求。同时子系统设计中，能源介质按类型归类，工作人员能够针对某种介质查阅历史信息。为提高信息利用效率，系统依托数据挖掘技术、数据库技术、专家知识系统技术等，能够自动生产各类报表，并以多种形式进行可视化显示，同时系统具备信息追踪能力，便于溯源管理。系统依托云技术不仅能够通过互联网登录，也可以通过移动终端登录，实现对能源的远程管控。

4、Acrel-EIOT能源物联网云平台

（1）概述

Acrel-EIoT能源物联网开放平台是一套基于物联网数据中台，建立统一的上下行数据标准，为互联网用户提供能源物联网数据服务的平台。用户仅需购买安科瑞物联网传感器，选配网关，自行安装后扫码即可使用手机和电脑得到所需的行业数据服务。

该平台提供数据驾驶舱、电气安全监测、电能质量分析、用电管理、预付费管理、充电桩管理、智能照明管理、异常事件报警和记录、运维管理等功能，并支持多平台、多语言、多终端数据访问。

（2）应用场所

本平台适用于公寓出租户、连锁小超市、小型工厂、楼管系统集成商、小型物业、智慧城市、变配电站、建筑楼宇、通信基站、工业能耗、智能灯塔、电力运维等领域。

（3）平台结构

（4）平台功能

• 电力集抄

电力集抄模块可以实现对各种监测数据的查询、分析、预警及综合展示，以保证配电室的环境友好。在智能化方面实现供配电监控系统的遥测'、遥信、遥控控制，对系统进行综合检测和统一管理；在数据资源管理方面，可以显示或查询供配电室内各设备运行（包括历史和实时参数，并根据实际情况进行日报、月报和年报查询或打印，提高工作效率，节约人力资源。

变压器监控

配电图

• 能耗分析

能耗分析模块采用自动化、信息化技术，实现从能源数据采集、过程监控、能源介质消耗分析、能耗管理等全过程的自动化、科学化管理，使能源管理、能源生产以及使用的全过程有机结合起来，运用先进的数据处理与分析技术，进行离线生产分析与管理，实现全厂能源系统的统一调度，优化能源介质平衡、有效利用能源，提高能源质量、降低能源消耗，达到节能降耗和提升整体能源管理水平的目的。

能耗概况

• 预付费管理

1）登陆管理：管理操作员账户及权限分配，查看系统日志等功能；

2）系统配置：对建筑、通讯管理机、仪表及默认参数进行配置；

3）用户管理：对商铺用户执行开户、销户、远程分合闸、批量操作及记录查询等操作；

4）售电管理：对已开户的表进行远程售电、退电、冲正及记录查询等操作；

5）售水管理：对已开户的表进行远程售水、退水、记录查询等操作；

6）报表中心：提供售电、售水财务报表、用能报表、报警报表等查询，本系统所有的报表及记录查询，都支持excel格式导出。

预付费看板

• 充电桩管理

通过物联网技术，对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控，同时对各类故障如充电机过温保护、充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警。云平台包含了充电收费和充电桩运营的所有功能，包括城市级大屏、交易管理、财务管理、变压器监控、运营分析、基础数据管理等功能。

 

充电桩看板

• 智能照明

智能照明通过物联网技术对安装在城市各区域的室内照明、城市路灯等照明回路的用电状态进行不间断地数据监测，也可以实现定时开关策略配置及后台远程管理和移动管理等，降低路灯设施的维护难度和成本，提升管理水平，并达到一定节能减挂的效果。

监控页面

• 安全用电

安全用电采用第一时间的排查和治理，达到消除潜在电气火灾安全隐患，实现“防患于未然”的目的。

• 智慧消防

通过云平台进行数据分析、挖掘和趋势分析，帮助实现科学预警火灾、网格化管理、落实多元责任监管等目标。填补了原先针对“九小场所”和危化品生产企业无法有效监控的空白，适应于所有公建和民建，实现了无人化值守智慧消防，实现智慧消防“自动化”、“智能化”、“系统化”、用电管理“精细化”的实际需求。

（5）系统硬件配置

类型	型号	外观	产品功能
能源物联网云平台	Acrel-EIOT		提供数据驾驶舱、电气安全监测、电能质量分析、用电管理、预付费管理、充电桩管理、智能照明管理、异常事件报警和记录、运维管理等功能，并支持多平台、多语言、多终端数据访问
智能网关	AWT100-4G		1路下行485，上行可选配4G、WIFI、网口
	ANet-1E2S1-4G		上行：以太网、4G 下行：RS485
物联网电表	ARTU系列		可扩展DIDO以及多路模拟量输入输出单元。 通讯方式：RS485接口，Modbus协议。可扩展2G、Lora、LoRAWAN、NB-IoT、4G、以太网
无线测温	ARTM-Pn		可监测电压、电流、频率、有功功率、无功功率、电能，可接收60个无线温度传感器温度
	ATC600		ATC600有2种工作模式：终端(-C)、中继(-Z)，可根据项目布局选择配置。可接收240个无线温度传感器温度
光伏监控	AGF		光伏电池串开路报警，可以配合组串电压进行综合判断；带3路开关量状态监测，用于采集直流断路器、防雷器等输出空接点状态；一次电流采用穿孔方式接入，安装方便，安全性高；测量元件采用霍尔传感器，隔离测量*大电流20A；电压测量功能可测量母线电压*高DC1500V
电力监控	AEM96		三相电力参数测量、电压和电流的相角、四象限电能计量、复费率、*大需量、历史电能统计、开关量事件记录、历史极值记录、31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）、开关量、报警输出 通讯方式：RS485接口，支持Modbus-RTU协议
	AEM72		三相电力参数测量、电压和电流的相角、四象限电能计量、复费率、*大需量、历史电能统计、开关量事件记录、历史极值记录、31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）、开关量、报警输出 通讯方式：RS485接口，支持Modbus-RTU协议
	ACR系列		三相所有电力参数、*大需量记录（ACR320EFL）、分时电能统计及12月电能统计、日期时间显示、LCD显示、RS485通讯，事件记录。 通讯方式：RS485，Prifibus-DP、以太网
	APM系列		全电量测量，四象限电能，复费率电能，仪表内部温度测量，总有功、总无功、总视在电能脉冲输出、秒脉冲等可选。三相电流、有功功率、无功功率、视在功率实时需量及*大需量(包含时间戳)。电流、线电压、相电压、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率、电流总谐波、电压总谐波的本月极值和上月极值(包含时间戳)。中文显示，有功电能0.2s级。通讯方式：RS485，Prifibus-DP、以太网
物联网电表	DDS		有功、无功电能计量，电参量测量：U、I、P、Q、S、PF、F，LCD显示，RS485通讯，MODBUS-RTU和DL/T645协议
物联网电表	DDSD		电能计量：总电能计量（反向计入正向），3个月历史电能数据冻结存储电参量测量：U、I、P、Q、S、PF、F测量LCD显示：8位段式LCD显示按键编程：3按键可编程设置密码、通讯地址、波特率、复费率和通讯协议。 脉冲输出：L有功电能脉冲输出复费率：4个时区、2个时段表、14个日时段、4个费率通讯：RS485接口，MODBUS-RTU、DL/T645-97、DL/T645-07协议、红外通讯
物联网电表	DTSD		电能计量：有功电能计量（正、反向）、无功电能计量（正、反向）、A、B、C分相正向有功电能电参量测量：U、I、P、Q、S、PF、F谐波测量：2~31次谐波电压电流LCD显示：8位段式LCD显示、背光显示按键编程：4按键可编程通信、变比等参数脉冲输出：有功脉冲输出、无功脉冲输出、时钟脉冲输出LED报警：失压、过压报警复费率及附带功能：有源开关量输入、3开关量输出、支持4个时区、2个时段表、14个日时段、4个费率、*大需量及发生时间、上48月、上90日历史冻结数据、日期、时间 通讯：红外通讯、RS485接口、同时支持Modbus、DL/T645测温：支持3外置NTC测温
物联网电表	ADL200		单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。总电能计量（反向计入正向），3个月历史电能数据冻结存储；8位段式LCD显示；有功电能脉冲输出；有功电能精度1级，无功电能2级。
	ACR10R		三相电流/电压/频率/功率因数，有功/无功/视在功率，四象限电能计量，*大需量，复费率电能计量，总谐波含量、分次谐波（2-63次），事件记录和报警功能。电能精度0.5级。 通讯方式：RS485接口，支持Modbus-RTU协议
	ADL10-E		有功、无功电能计量，电参量测量：U、I、P、Q、S、PF、F，LCD显示，RS485通讯，MODBUS-RTU和DL/T645协议
	ADL400		三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。（正、反向）有功、无功电能计量；A、B、C分相正向有功电能计量；2-31次谐波电压电流；12位段式LCD显示、背光显示，电能精度0.5s级。
	ADW200		4路三相电压、电流、功率、功率因数、频率测量；电压电流相角、电压电流不平衡度测量；电压电流2-31次分次谐波及总畸变测量；当月及上三月的电压、电流、功率极值记录；*大需量及上十二月历史需量记录；事件记录、复费率、四象限电能及历史电能记录；支持12路开关量输入4路开关量输出；支持12路测温4路剩余电流测量；有功电能精度1级。 通讯方式：RS485接口，支持Modbus-RTU协议
	ADW210		4路三相电压、电流、功率、功率因数、频率测量；电压电流相角、电压电流不平衡度测量；电压电流2-31次分次谐波及总畸变测量；当月及上三月的电压、电流、功率极值记录；*大需量及上十二月历史需量记录；事件记录、复费率、四象限电能及历史电能记录；支持12路开关量输入4路开关量输出；支持12路测温4路剩余电流测量；有功电能精度1级。
	ADW300-4G		三相电压、电流、功率、功率因数、频率测量；电压电流相角、电压电流不平衡度测量；电压电流2-31次分次谐波及总畸变测量；当月及上三月的电压、电流、功率极值记录；*大需量及上十二月历史需量记录；事件记录、复费率、四象限电能及历史电能记录；支持4路开关量输入、2路开关量输出；支持4路测温；支持1路剩余电流测量；支持本地显示及按键设置；有功电能精度1级。 通讯方式：支持RS485通讯、Lora无线通讯、4G通讯；WIFI通讯
预付费电表	DDSY-4G		单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。有功电能计量（正、反向），A、B、C分相正向有功电能，支持4个时区、2个时段表、14个日时段、4个费率*大需量及发生时间，实时需量，历史冻结数据购电记录；8位段式LCD显示、背光显示；有功电能脉冲输出；有功电能精度1级，无功电能0.5s级。
	DTSY-4G		三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。有功电能计量（正、反向），A、B、C分相正向有功电能，支持4个时区、2个时段表、14个日时段、4个费率*大需量及发生时间，实时需量，历史冻结数据购电记录；8位段式LCD显示、背光显示；有功电能脉冲输出；有功电能精度1级，无功电能0.5s级。
直流电能表	DJSF1352		1.精度：1级或0.5级，带±12V电压输出用于霍尔传感器供电 2.测量：电压、电流、功率、正反向电能，支持双路计量。
电气安全	ARCM300-Z		三相（I、U、Kw、Kvar、Kwh、Kvarh、Hz、cosΦ），视在电能、四象限电能计量，单回路剩余电流监测，4路温度监测，2路继电器输出，2 路开关量输入，支持断电报警上传
	AAFD-DU		监测故障电弧、漏电、温度 两路无源干接点（开关量）输入 两路无源常开触点（开关量）输出
充电桩	ACX系列		充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。 支持投币、刷卡，扫码、免费充电，
	AEV_AC007		额定功率7kW,单相三线制，防护等级IP65,具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用。 通讯方式：4G、蓝牙、Wifi
智慧照明	ASL200		遥控输出 两路无源干接点（开关量）输入 两路无源常开触点（开关量）输出

5、结束语

智能化配电系统与智能化能源管理系统是基于云技术、大数据技术、物联网技术、人工智能技术、移动通信技术等推广应用下形成的管理系统。在钢铁制造中，智能化配电系统应用的关键在于对钢铁企业电力设备进行自动化、智能化管理，以*大程度保证电力设备运行安全、稳定；智能化能源管理系统应用的关键在于整合钢铁制造全流程各种能源介质，实现能源统筹管理与动态调度，提高企业能源资源利用率。基于智能化配电系统及能源管理系统的有效应用，可促进钢铁企业绿色化、信息化、智能化、创新化发展，保障钢铁企业长期安全、稳定、健康运行。

参考文献

[1]李娟.浅析智能低压开关柜开发在钢铁企业中的应用[J].甘肃冶金,2021,43(01):74-76+81.

[2]邓万里.智能制造视野下钢铁企业能源管控系统展望[J].钢铁,2020,55(11):1-9.

[3]张琦,刘帅,徐化岩,等.钢铁企业智慧能源管控系统开发与实践[J].钢铁,2019,54(10):125-133.

[4]燕飞,范军,吴礼云,等.基于物质流、能量流与信息流的钢铁厂智能调控系统架构研究[J].冶金自动化,2018,42(03).

[5]刘昱辰.能源管理系统在钢铁行业的应用.

[6]安科瑞企业微电网设计应用手册.2022.05版.

作者简介：

叶根胜，安科瑞电气股份有限公司

浅谈配电能源管理系统应用在钢铁行业

叶根胜

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：能源管理系统在钢铁行业的应用不仅是钢铁行业信息化、数据化、智能化发展的重要体现，也是钢铁行业实现智能制造和精细化管理的重要举措。有鉴于此，从能源管理系统在钢铁行业的应用意义出发，简要分析了能源管理系统的应用现状，结合钢铁行业的特点和可持续发展的智能创造目标，设计了能源管理系统。通过系统架构和功能分析，确定该系统能够与智能配电系统、自动化管理系统、资源规划系统等互联互通，实现钢铁企业能源运营的完善

关键词：智能配电系统；能源管理；钢铁；智能化；信息化；

0、引言

钢铁工业是中国工业体系的重要组成部分，在促进社会进步、经济发展和技术繁荣方面发挥着至关重要的作用。基于近年来钢铁工业的快速发展，钢铁生产制造的自动化、数字化和信息化水平不断提高，导致钢铁能源供需匹配、钢铁制造工艺方法的使用、钢铁生产工艺的衔接、各种钢铁流程的调度和流通发生了很大的变化。能源资源的智能配置和控制已成为新时期钢铁工业建设和发展的客观需求和必然趋势。智能配电系统和智能能源管理

1、能源管理在钢铁行业的应用意义分析

(1)智能配电系统的应用意义

近年来，随着钢铁行业的快速发展，钢铁企业的生产规模不断扩大，导致钢铁企业生产设备的增加。为了满足生产用电需求，供配电网中的中低压变配电站数量增加。此外，随着智能制造过程的不断推进，钢铁企业供配电网络的自动化和信息化水平不断提高，对供配电管理提出了更高的要求。如何实现钢铁企业供配电系统管理的有效性和安全性，促进供配电系统管理的智能化、集约化、透明化和精细化发展，已成为相关人员关注和思考的重要问题。而且智能配电系统的有效设计和科学应用，可以满足钢铁企业供配电系统管理的需要。通过使用智能配电系统(图1)，钢铁企业可以全面监控电力参数、环境参数、运行参数等。，并根据监测结果预测负荷能耗，指导企业节能减排；预警电气设备或系统过载、过压、过温等危险情况，减少这些危险行为的发生和发展对企业安全生产的不利影响；监控设备运行故障和电能质量，使运维人员能够及时发现和处理故障，防止事故蔓延，从而将事故影响降到最低。通过使用智能配电系统，钢铁企业可以实现资产管理(如资产档案快速检查、评估等)、运维管理(如流程规范、运维跟踪、案例存储等)、能源管理(如能源使用监测、能耗统计、能耗评估等)的集成化、精细化控制。

(2)能源管理系统的应用意义

在我国建设和发展过程中，能源短缺和环境污染是一个关键问题。钢铁行业不仅能耗大，而且污染物排放大。从生产工艺的角度来看，大多数钢铁企业采用“烧结炼铁炼钢轧制”工艺，涉及原料厂、烧结厂、焦化厂、炼铁厂、炼钢厂、轧制厂等多种生产设施。据统计，烧结工艺能耗可达48kgce/t左右，焦化工艺能耗可达103kgce/t左右，炼铁工艺能耗可达386kgce/t左右，炼钢工艺能耗可达54kgce/t左右，吨钢能耗可达456~462kwh/tt，吨钢新水消耗量可达2.45~2.56m3/t，综合能耗约为545~552kgce//tt。从生产排放的角度来看，钢铁行业的碳排放仅次于电力行业，占全国碳排放总量的13%~15%。此外，二氧化硫、氮氧化物、烟尘、废水等排放也位居工业前列。因此，在新时期的发展中，如何降低资源和能源消耗，减少环境生态负荷，实现能源的精细化管理，在保证生产质量、提高生产效率的同时，已成为企业及相关人员关注和思考的重点问题。作为钢铁企业信息系统的重要组成部分，能源管理系统在资源和能源数据采集、分析、整理、存储和利用方面的优势支持了钢铁企业能源管理的智能化和精细化发展。目前，钢铁企业应用的能源管理系统可以监控压力、温度、浓度、流量、运行状态、开闭信号等各种能源介质信息，如压力、温度、浓度、流量、运行状态、开闭信号等，也可以监控和控制污染物信息，如浓度、流量、总排放量、污染指数等，从而为能源分配利用、设备维护、污染预防和控制提供指导。与此同时，能源管理系统可以与其它信息管理系统互联互通，进一步提高企业管理水平。促进钢铁企业高效、环保、节能、专业、科技、创新发展。

2、钢铁行业中能源管理系统应用现状及存在的问题分析

钢铁企业能源管理系统是一种集制造过程监控、能源资产管理、能源资产调度等功能为一体的管理系统，其有效应用对企业能源利用率提高、企业能源管理质量提高存在积极影响，是新时期企业实现绿色化、信息化、创新化发展的重要手段。纵观钢铁企业能源管理系统应用现状，发现能源管控系统的应用仍存在诸多问题，有待在后续研究发展中改进、完善、优化。例如，能源数据采集缺乏准确性、全面性；能源管理系统与其他系统之间融合有限，易产生信息孤岛问题；现场装备集成度不够高，设备监管的离散性较高；系统通讯存在一定滞后性，事后管理现象屡见不鲜等。

3、钢铁企业能源管理系统优化设计分析

随着“互联网+”理念以及“加快建设制造强国与网络强国”任务的提出，钢铁企业应促进钢铁制造管理与信息技术的深度融合，积极优化能源管理系统，实现物质流、信息流、能源流一体化智能调度与管控，从而有效解决传统能源管理系统应用问题，促进能源管理系统应用作用*大化发挥，实现钢铁企业能源精细化管理，推动钢铁企业绿色化、自动化、创新化、智能化发展。

(1)智能化能源管理系统主要架构

根据钢铁企业特征结合“智能制造”对钢铁企业建设与管理的要求，钢铁企业应以系统安全运行、制造节能减排、全流程能源协同优化控制为目标，以计算机技术、互联网技术、大数据技术、云技术、物联网技术、信

息通讯技术等为支撑，搭建智能化能源管理系统。根据智能化能源管理系统功能对其架构进行划分，可分为数据中心层侧重于钢铁企业各种流的调度管控，包括生产原料、燃料、材料等物质流调度管控；电能、水能、气能、热能、机械能等能量流调度管控；生产制造、运营管理等过程中产生各种信息的信息流调度管控。协同管控层则是根据各种信息对能源资产进行高效高质量匹配，切实提高企业生产、管理质量和效率，*大程度提高对各种能源、资产的利用率。智能管控层进一步提高能源管理系统智能化水平，实现对企业全流程的智能化监测、调度、管控。

(2)智能化能源管理系统设计要点

1）明确系统之间的关系，提高系统交互性

提高智能化能源管理系统与其他信息化管理系统的交互能力，对智能化能源管理系统作用充分发挥存在重要影响。故在系统设计与建设过程中需要综合考虑能源管理系统与钢铁企业其他信息化管理系统，如基础自动化系统、过程控制系统、生产执行系统、企业资源计划系统等关系，从而准确确定能源管理系统在企业信息化管理系统架构中的位置。通常情况下，能源管理系统主要面向企业及业务管理层人员服务，对数据信息的可控性、关联性具有较高要求。能源管理系统需要为企业运营提供准确、全面信息，以满足企业生产计划、采购计划、资本计划、能源计划等需求，故能源管理系统应具备较强的物质流(图2)、信息流、能源流、资金流等协调控制能力。基础自动化系统与过程控制管理系统侧重于设备运行状态等基础数据管控，对数据信息准确性、时效性具有较高要求。生产执行系统侧重于钢铁企业生产管理，包括生产计划执行管控、生产能源消耗管控等，该系统可将过程控制管理系统与能源管理系统有效衔接，进一步提高钢铁企业生产运营管控水平，消除钢铁企业生产过程中的各种不确定性问题。故在钢铁企业信息化管理系统中在钢铁企业信息化管理系统中，基础自动化系统与过程控制管理系统位于架构底层，生产执行系统位于信息化管理系统架构底层，能源管理系统位于架构顶层。

2）根据钢铁企业特征，给予系统设计综合考虑

钢铁企业能源介质管网分布广泛，对能源介质输送具有较高要求，如何提高能源介质输送连续性、持久性、安全性、快速性、经济性，成为钢铁企业能源管理思考的重点问题之一。对此，智能化能源管理系统在钢铁企业中的应用，需要具备较强的能源动态调节平衡能力。这就需要从能源介质输送监控能力、能源动态调节能力、能源介质信心采集处理能力、能源介质输送故障分析处理能力、能源计划调整能力、能源平衡预测能力等方面对智能化能源管理系统设计进行综合考虑，以保证企业在系统支持下对能源介质输送管理做出科学决策。

3）根据企业能源管理要求，科学规划系统功能

钢铁企业应用能源管理系统的主要目的是提高能源利用率，保证能源生产、转换、消费平衡，促进企业生产健康、稳定、长久发展。因此，钢铁企业的智能化能源管理系统一方面需要对能源使用进行管理，另一方面需要对能源成本进行管理。其中能源使用管理侧重于物质流管控，能源成本管理侧重于资金流管控。且满足企业能源管理需求，智能化能源管理系统需要具备能源设备监管、能源计划监管、能源平衡监管、能耗实绩监管、能源预测监管等功能。就能耗实际管理而言，钢铁企业通过智能化能源管理系统能够根据企业实际情况建立能源消耗预测模型，并在能耗历史信息、生产计划信息、能源供需计划信息等支持下，完成能耗预测，从而为企业能源管理计划制定提供依据，提高能源利用率。就能源平衡监管而言，钢铁企业通过智能化能源管理系统能够系统、准确、全面、动态掌握电能源、水能源、气能源等购入情况、存储情况、利用情况、输送分配情况、终端使用情况等，并对其进行监视、调度、控制，保证能源介质在各环节安全、可用。与此同时，企业借助系统能够将能源数据转换为碳排放数据，实现各分厂或各业务污染排放智能分析，让企业管理人员更加直观了解各分厂或各业务污染状况，便于企业管理人员发展污染排放管理问题，从而针对性制定科学、合理、有效减排降污方案。

4）合理选择系统实现技术，保证系统功能有效发挥

系统的实现离不开各类技术支持。对此，在系统设计开发过程中应给予系统实现技术高度重视。由于钢铁企业能管管理范围为全钢铁厂，故将系统设计为多层分布式结构，确保系统运行安全、可靠的同时，提高系统维修简便性。选择客户/服务器网络通信模式，并引入以太网通信技术、现场总线通信技术、无线传感技术以及Modbus-RTU、IEC61850、ModbusTCP/IP等多种通信协议，满足系统内部通信需求、系统与系统之间通信需求。采用模块化设计法，根据系统主要功能将其划分为多个子系统，以满足不同用户管理需求。同时子系统设计中，能源介质按类型归类，工作人员能够针对某种介质查阅历史信息。为提高信息利用效率，系统依托数据挖掘技术、数据库技术、专家知识系统技术等，能够自动生产各类报表，并以多种形式进行可视化显示，同时系统具备信息追踪能力，便于溯源管理。系统依托云技术不仅能够通过互联网登录，也可以通过移动终端登录，实现对能源的远程管控。

4、Acrel-EIOT能源物联网云平台

（1）概述

Acrel-EIoT能源物联网开放平台是一套基于物联网数据中台，建立统一的上下行数据标准，为互联网用户提供能源物联网数据服务的平台。用户仅需购买安科瑞物联网传感器，选配网关，自行安装后扫码即可使用手机和电脑得到所需的行业数据服务。

该平台提供数据驾驶舱、电气安全监测、电能质量分析、用电管理、预付费管理、充电桩管理、智能照明管理、异常事件报警和记录、运维管理等功能，并支持多平台、多语言、多终端数据访问。

（2）应用场所

本平台适用于公寓出租户、连锁小超市、小型工厂、楼管系统集成商、小型物业、智慧城市、变配电站、建筑楼宇、通信基站、工业能耗、智能灯塔、电力运维等领域。

（3）平台结构

（4）平台功能

• 电力集抄

电力集抄模块可以实现对各种监测数据的查询、分析、预警及综合展示，以保证配电室的环境友好。在智能化方面实现供配电监控系统的遥测'、遥信、遥控控制，对系统进行综合检测和统一管理；在数据资源管理方面，可以显示或查询供配电室内各设备运行（包括历史和实时参数，并根据实际情况进行日报、月报和年报查询或打印，提高工作效率，节约人力资源。

变压器监控

配电图

• 能耗分析

能耗分析模块采用自动化、信息化技术，实现从能源数据采集、过程监控、能源介质消耗分析、能耗管理等全过程的自动化、科学化管理，使能源管理、能源生产以及使用的全过程有机结合起来，运用先进的数据处理与分析技术，进行离线生产分析与管理，实现全厂能源系统的统一调度，优化能源介质平衡、有效利用能源，提高能源质量、降低能源消耗，达到节能降耗和提升整体能源管理水平的目的。

能耗概况

• 预付费管理

1）登陆管理：管理操作员账户及权限分配，查看系统日志等功能；

2）系统配置：对建筑、通讯管理机、仪表及默认参数进行配置；

3）用户管理：对商铺用户执行开户、销户、远程分合闸、批量操作及记录查询等操作；

4）售电管理：对已开户的表进行远程售电、退电、冲正及记录查询等操作；

5）售水管理：对已开户的表进行远程售水、退水、记录查询等操作；

6）报表中心：提供售电、售水财务报表、用能报表、报警报表等查询，本系统所有的报表及记录查询，都支持excel格式导出。

预付费看板

• 充电桩管理

通过物联网技术，对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控，同时对各类故障如充电机过温保护、充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警。云平台包含了充电收费和充电桩运营的所有功能，包括城市级大屏、交易管理、财务管理、变压器监控、运营分析、基础数据管理等功能。

 

充电桩看板

• 智能照明

智能照明通过物联网技术对安装在城市各区域的室内照明、城市路灯等照明回路的用电状态进行不间断地数据监测，也可以实现定时开关策略配置及后台远程管理和移动管理等，降低路灯设施的维护难度和成本，提升管理水平，并达到一定节能减挂的效果。

监控页面

• 安全用电

安全用电采用第一时间的排查和治理，达到消除潜在电气火灾安全隐患，实现“防患于未然”的目的。

• 智慧消防

通过云平台进行数据分析、挖掘和趋势分析，帮助实现科学预警火灾、网格化管理、落实多元责任监管等目标。填补了原先针对“九小场所”和危化品生产企业无法有效监控的空白，适应于所有公建和民建，实现了无人化值守智慧消防，实现智慧消防“自动化”、“智能化”、“系统化”、用电管理“精细化”的实际需求。

（5）系统硬件配置

类型	型号	外观	产品功能
能源物联网云平台	Acrel-EIOT		提供数据驾驶舱、电气安全监测、电能质量分析、用电管理、预付费管理、充电桩管理、智能照明管理、异常事件报警和记录、运维管理等功能，并支持多平台、多语言、多终端数据访问
智能网关	AWT100-4G		1路下行485，上行可选配4G、WIFI、网口
	ANet-1E2S1-4G		上行：以太网、4G 下行：RS485
物联网电表	ARTU系列		可扩展DIDO以及多路模拟量输入输出单元。 通讯方式：RS485接口，Modbus协议。可扩展2G、Lora、LoRAWAN、NB-IoT、4G、以太网
无线测温	ARTM-Pn		可监测电压、电流、频率、有功功率、无功功率、电能，可接收60个无线温度传感器温度
	ATC600		ATC600有2种工作模式：终端(-C)、中继(-Z)，可根据项目布局选择配置。可接收240个无线温度传感器温度
光伏监控	AGF		光伏电池串开路报警，可以配合组串电压进行综合判断；带3路开关量状态监测，用于采集直流断路器、防雷器等输出空接点状态；一次电流采用穿孔方式接入，安装方便，安全性高；测量元件采用霍尔传感器，隔离测量*大电流20A；电压测量功能可测量母线电压*高DC1500V
电力监控	AEM96		三相电力参数测量、电压和电流的相角、四象限电能计量、复费率、*大需量、历史电能统计、开关量事件记录、历史极值记录、31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）、开关量、报警输出 通讯方式：RS485接口，支持Modbus-RTU协议
	AEM72		三相电力参数测量、电压和电流的相角、四象限电能计量、复费率、*大需量、历史电能统计、开关量事件记录、历史极值记录、31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）、开关量、报警输出 通讯方式：RS485接口，支持Modbus-RTU协议
	ACR系列		三相所有电力参数、*大需量记录（ACR320EFL）、分时电能统计及12月电能统计、日期时间显示、LCD显示、RS485通讯，事件记录。 通讯方式：RS485，Prifibus-DP、以太网
	APM系列		全电量测量，四象限电能，复费率电能，仪表内部温度测量，总有功、总无功、总视在电能脉冲输出、秒脉冲等可选。三相电流、有功功率、无功功率、视在功率实时需量及*大需量(包含时间戳)。电流、线电压、相电压、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率、电流总谐波、电压总谐波的本月极值和上月极值(包含时间戳)。中文显示，有功电能0.2s级。通讯方式：RS485，Prifibus-DP、以太网
物联网电表	DDS		有功、无功电能计量，电参量测量：U、I、P、Q、S、PF、F，LCD显示，RS485通讯，MODBUS-RTU和DL/T645协议
物联网电表	DDSD		电能计量：总电能计量（反向计入正向），3个月历史电能数据冻结存储电参量测量：U、I、P、Q、S、PF、F测量LCD显示：8位段式LCD显示按键编程：3按键可编程设置密码、通讯地址、波特率、复费率和通讯协议。 脉冲输出：L有功电能脉冲输出复费率：4个时区、2个时段表、14个日时段、4个费率通讯：RS485接口，MODBUS-RTU、DL/T645-97、DL/T645-07协议、红外通讯
物联网电表	DTSD		电能计量：有功电能计量（正、反向）、无功电能计量（正、反向）、A、B、C分相正向有功电能电参量测量：U、I、P、Q、S、PF、F谐波测量：2~31次谐波电压电流LCD显示：8位段式LCD显示、背光显示按键编程：4按键可编程通信、变比等参数脉冲输出：有功脉冲输出、无功脉冲输出、时钟脉冲输出LED报警：失压、过压报警复费率及附带功能：有源开关量输入、3开关量输出、支持4个时区、2个时段表、14个日时段、4个费率、*大需量及发生时间、上48月、上90日历史冻结数据、日期、时间 通讯：红外通讯、RS485接口、同时支持Modbus、DL/T645测温：支持3外置NTC测温
物联网电表	ADL200		单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。总电能计量（反向计入正向），3个月历史电能数据冻结存储；8位段式LCD显示；有功电能脉冲输出；有功电能精度1级，无功电能2级。
	ACR10R		三相电流/电压/频率/功率因数，有功/无功/视在功率，四象限电能计量，*大需量，复费率电能计量，总谐波含量、分次谐波（2-63次），事件记录和报警功能。电能精度0.5级。 通讯方式：RS485接口，支持Modbus-RTU协议
	ADL10-E		有功、无功电能计量，电参量测量：U、I、P、Q、S、PF、F，LCD显示，RS485通讯，MODBUS-RTU和DL/T645协议
	ADL400		三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。（正、反向）有功、无功电能计量；A、B、C分相正向有功电能计量；2-31次谐波电压电流；12位段式LCD显示、背光显示，电能精度0.5s级。
	ADW200		4路三相电压、电流、功率、功率因数、频率测量；电压电流相角、电压电流不平衡度测量；电压电流2-31次分次谐波及总畸变测量；当月及上三月的电压、电流、功率极值记录；*大需量及上十二月历史需量记录；事件记录、复费率、四象限电能及历史电能记录；支持12路开关量输入4路开关量输出；支持12路测温4路剩余电流测量；有功电能精度1级。 通讯方式：RS485接口，支持Modbus-RTU协议
	ADW210		4路三相电压、电流、功率、功率因数、频率测量；电压电流相角、电压电流不平衡度测量；电压电流2-31次分次谐波及总畸变测量；当月及上三月的电压、电流、功率极值记录；*大需量及上十二月历史需量记录；事件记录、复费率、四象限电能及历史电能记录；支持12路开关量输入4路开关量输出；支持12路测温4路剩余电流测量；有功电能精度1级。
	ADW300-4G		三相电压、电流、功率、功率因数、频率测量；电压电流相角、电压电流不平衡度测量；电压电流2-31次分次谐波及总畸变测量；当月及上三月的电压、电流、功率极值记录；*大需量及上十二月历史需量记录；事件记录、复费率、四象限电能及历史电能记录；支持4路开关量输入、2路开关量输出；支持4路测温；支持1路剩余电流测量；支持本地显示及按键设置；有功电能精度1级。 通讯方式：支持RS485通讯、Lora无线通讯、4G通讯；WIFI通讯
预付费电表	DDSY-4G		单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。有功电能计量（正、反向），A、B、C分相正向有功电能，支持4个时区、2个时段表、14个日时段、4个费率*大需量及发生时间，实时需量，历史冻结数据购电记录；8位段式LCD显示、背光显示；有功电能脉冲输出；有功电能精度1级，无功电能0.5s级。
	DTSY-4G		三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。有功电能计量（正、反向），A、B、C分相正向有功电能，支持4个时区、2个时段表、14个日时段、4个费率*大需量及发生时间，实时需量，历史冻结数据购电记录；8位段式LCD显示、背光显示；有功电能脉冲输出；有功电能精度1级，无功电能0.5s级。
直流电能表	DJSF1352		1.精度：1级或0.5级，带±12V电压输出用于霍尔传感器供电 2.测量：电压、电流、功率、正反向电能，支持双路计量。
电气安全	ARCM300-Z		三相（I、U、Kw、Kvar、Kwh、Kvarh、Hz、cosΦ），视在电能、四象限电能计量，单回路剩余电流监测，4路温度监测，2路继电器输出，2 路开关量输入，支持断电报警上传
	AAFD-DU		监测故障电弧、漏电、温度 两路无源干接点（开关量）输入 两路无源常开触点（开关量）输出
充电桩	ACX系列		充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。 支持投币、刷卡，扫码、免费充电，
	AEV_AC007		额定功率7kW,单相三线制，防护等级IP65,具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用。 通讯方式：4G、蓝牙、Wifi
智慧照明	ASL200		遥控输出 两路无源干接点（开关量）输入 两路无源常开触点（开关量）输出

5、结束语

智能化配电系统与智能化能源管理系统是基于云技术、大数据技术、物联网技术、人工智能技术、移动通信技术等推广应用下形成的管理系统。在钢铁制造中，智能化配电系统应用的关键在于对钢铁企业电力设备进行自动化、智能化管理，以*大程度保证电力设备运行安全、稳定；智能化能源管理系统应用的关键在于整合钢铁制造全流程各种能源介质，实现能源统筹管理与动态调度，提高企业能源资源利用率。基于智能化配电系统及能源管理系统的有效应用，可促进钢铁企业绿色化、信息化、智能化、创新化发展，保障钢铁企业长期安全、稳定、健康运行。

参考文献

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[3]张琦,刘帅,徐化岩,等.钢铁企业智慧能源管控系统开发与实践[J].钢铁,2019,54(10):125-133.

[4]燕飞,范军,吴礼云,等.基于物质流、能量流与信息流的钢铁厂智能调控系统架构研究[J].冶金自动化,2018,42(03).

[5]刘昱辰.能源管理系统在钢铁行业的应用.

[6]安科瑞企业微电网设计应用手册.2022.05版.

作者简介：

叶根胜，安科瑞电气股份有限公司