周佃民，李 凱，張 銳

（上海寶鋼股份公司 能源環(huán)保部，上海 200941）

電能的供應(yīng)在鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)中起著重要作用。作為一個(gè)超大型的企業(yè)輸配電網(wǎng)絡(luò)，供電的安全、可靠與經(jīng)濟(jì)性對企業(yè)來說至關(guān)重要，并且在安全性和經(jīng)濟(jì)性上也與外部電網(wǎng)相互影響。伴隨著智能電網(wǎng)的研究與實(shí)施的深入，在鋼鐵企業(yè)供配電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理中，結(jié)合智能電網(wǎng)的概念及其發(fā)展、分析智能電網(wǎng)建設(shè)對鋼鐵企業(yè)電網(wǎng)建設(shè)的啟示，乃至構(gòu)建鋼鐵企業(yè)智能供配電網(wǎng)，做好相關(guān)準(zhǔn)備與銜接是非常重要的。

本文主要討論了智能電網(wǎng)的概念與其發(fā)展，并針對鋼鐵企業(yè)供配電網(wǎng)的現(xiàn)狀展開討論，應(yīng)該說這是一個(gè)非常嶄新的課題，盡管其中有許多需要進(jìn)一步明確的內(nèi)容和需要統(tǒng)一的認(rèn)識，但是開展這個(gè)方面的討論仍是非常有意義的。

1 智能電網(wǎng)的概念、主要特征和目標(biāo)

從技術(shù)組成方面講，智能電網(wǎng)是集計(jì)算機(jī)、通信、信號傳感、自動控制、電力電子以及超導(dǎo)材料新技術(shù)在輸配電系統(tǒng)中應(yīng)用的總和。

與傳統(tǒng)電網(wǎng)不同，這些新技術(shù)的應(yīng)用不是孤立的、單方面的，不是對傳統(tǒng)輸配電系統(tǒng)進(jìn)行簡單地改進(jìn)、提高，而是從提高電網(wǎng)整體性能、節(jié)省總體成本出發(fā)，將各種新技術(shù)與傳統(tǒng)的輸配電技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地融合，使電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)以及保護(hù)與運(yùn)行控制方式發(fā)生革命性的變化。這種融合主要體現(xiàn)在高級數(shù)據(jù)分析程序的開發(fā)與應(yīng)用及其技術(shù)支撐軟硬件環(huán)境。

盡管從技術(shù)上講，智能電網(wǎng)（包括配電網(wǎng)）涵蓋的內(nèi)容很多，筆者認(rèn)為，自愈能力、安全性、電能質(zhì)量和信息的可視化一直是近年來配電網(wǎng)的建設(shè)目標(biāo)，智能配電網(wǎng)最大的概念革新主要在于：

（1）信息的互動

打破原有的信息單向（或準(zhǔn)單向）流動的情況，用戶可以直接獲知用電成本（電價(jià)）乃至系統(tǒng)狀態(tài)，這就極大地推動了電力需求側(cè)管理，有利于用戶直接主動地按照一定的規(guī)則（比如“實(shí)時(shí)電價(jià)”），參與到維護(hù)電網(wǎng)整體的安全性與經(jīng)濟(jì)性中來，從而一方面降低自身的用電成本，另外一方面也有利于提高系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。

（2）分布式能源的接入

便于用戶開發(fā)和使用分布式能源，并接入到系統(tǒng)中去。在這個(gè)方面，許多發(fā)達(dá)國家已經(jīng)進(jìn)行了有益的嘗試。這既有技術(shù)方面的原因，也有能源管理政策的原因，需要2個(gè)方面的努力來促進(jìn)發(fā)展。在新的智能電網(wǎng)建設(shè)中，需要為分布式能源的并網(wǎng)創(chuàng)造技術(shù)條件和政策條件。

（3）高級系統(tǒng)分析與管理

輸配電網(wǎng)管理系統(tǒng)盡管之前做了很多工作，但主要集中在監(jiān)控功能，缺乏對系統(tǒng)的高級分析與優(yōu)化功能的開發(fā)和應(yīng)用。

針對大量的運(yùn)行數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)挖掘與各種數(shù)學(xué)工具，加強(qiáng)對系統(tǒng)的分析和優(yōu)化運(yùn)行的功能開發(fā)，一方面可作為運(yùn)行人員對系統(tǒng)分析判斷的有力輔助工具；另一方面，也有利于按照一定的預(yù)制程序，對系統(tǒng)進(jìn)行自動的優(yōu)化控制與安全操作。

2 鋼鐵企業(yè)用電特點(diǎn)及配電網(wǎng)建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)

鋼鐵企業(yè)是典型的高耗電企業(yè)，鼓風(fēng)電動機(jī)、電爐、軋機(jī)和制氧等設(shè)備耗電巨大，電能對生產(chǎn)成本和生產(chǎn)安全影響至關(guān)重要。因此，必須關(guān)注鋼鐵企業(yè)所用電能的來源、傳輸與使用的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

下面結(jié)合鋼鐵企業(yè)的用電特點(diǎn)來進(jìn)行具體說明。

2.1 連續(xù)生產(chǎn)要求持續(xù)可靠供電

鋼鐵企業(yè)是典型的連續(xù)生產(chǎn)的流程工業(yè)，這就要求供電必須持續(xù)可靠，供電的中斷在某些時(shí)刻會給生產(chǎn)帶來重大損失，比如在電爐煉鋼、軋鋼過程中的供電中斷。

這就要求必須對重要負(fù)荷在設(shè)計(jì)規(guī)劃和運(yùn)行中重點(diǎn)考慮供電的可靠性問題。

2.2 鋼鐵企業(yè)負(fù)荷變化與電能成本變動

鋼鐵企業(yè)的負(fù)荷波動主要受生產(chǎn)計(jì)劃和檢修計(jì)劃編制的影響（重大事故除外），負(fù)荷波動較大，以小時(shí)平均負(fù)荷為例，波動范圍一般為10%以上。

而鋼鐵企業(yè)的供電來源一般為2個(gè)方面，一是外部電網(wǎng)；二是自備電廠及廠內(nèi)余熱余能回收。根據(jù)目前的電價(jià)政策，負(fù)荷波動大小和用電時(shí)段直接影響到用電成本。兼顧用電成本和正常生產(chǎn)的電力需求側(cè)管理在這方面具有重大的經(jīng)濟(jì)意義。

2.3 鋼鐵企業(yè)電能質(zhì)量問題相對突出

在鋼鐵企業(yè)各生產(chǎn)工序中有大量用電設(shè)備在使用過程中產(chǎn)生高次諧波、有功和無功沖擊，造成電壓閃變，對供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量造成影響，嚴(yán)重的可能危及其它用電設(shè)備，這種情況在軋鋼廠和電弧爐中尤為嚴(yán)重。因此需要針對電能質(zhì)量問題采取就地補(bǔ)償?shù)闹卫泶胧?/p>

2.4 鋼鐵企業(yè)具有大量的可回收能源

余熱余壓資源在鋼鐵企業(yè)中大量存在，針對可回收部分，建設(shè)干熄焦余熱發(fā)電（CDQ）、高爐余壓發(fā)電（TRT）等，把其他形式的能源轉(zhuǎn)換為電能，并入電網(wǎng)之中。在電網(wǎng)的建設(shè)中，需要考慮余熱余能的發(fā)電并網(wǎng)接入問題。

另外一個(gè)方面，鋼鐵企業(yè)大多建立在郊區(qū)或者沿海地區(qū)且廠區(qū)較大，因而太陽能、風(fēng)能具有一定的應(yīng)用前景。

2.5 鋼鐵企業(yè)電網(wǎng)設(shè)備更新問題

鋼鐵企業(yè)一般具有較長的歷史，其中部分設(shè)備已經(jīng)達(dá)到壽命周期，如何科學(xué)地進(jìn)行設(shè)備更換涉及保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行和投資2個(gè)方面的問題，因此結(jié)合設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)視的可靠性維修具有重大實(shí)

際意義。

3 建設(shè)鋼鐵企業(yè)智能配電網(wǎng)的探討

根據(jù)鋼鐵制造流程的物質(zhì)與電能耗散結(jié)構(gòu)及運(yùn)行的特點(diǎn)，對配電網(wǎng)和用電建設(shè)進(jìn)行智能化的動態(tài)科學(xué)管理與控制，使配電網(wǎng)和用電系統(tǒng)能夠高效優(yōu)質(zhì)、安全可靠運(yùn)行。具有上述功能和特征的配電網(wǎng)和用電系統(tǒng)的集合稱之為鋼鐵企業(yè)智能配電網(wǎng)。

3.1 建設(shè)鋼鐵企業(yè)智能配電網(wǎng)的必要性

建設(shè)鋼鐵企業(yè)智能配電網(wǎng)的必要性主要來源于4個(gè)方面，環(huán)境保護(hù)的壓力、節(jié)能減排的壓力、成本壓力、安全可靠運(yùn)行的壓力，這些方面不再贅述。

3.2 鋼鐵企業(yè)智能配電網(wǎng)的建設(shè)目標(biāo)

鋼鐵企業(yè)智能配電網(wǎng)的建設(shè)目標(biāo)就是安全、經(jīng)濟(jì)地為鋼鐵生產(chǎn)提供電能與引導(dǎo)電能的高效率使用。

3.3 鋼鐵企業(yè)智能配電網(wǎng)建設(shè)的技術(shù)手段

鋼鐵企業(yè)智能配電網(wǎng)的建設(shè)是在以往電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)理念的基礎(chǔ)上，按照智能能源網(wǎng)—智能電網(wǎng)—智能配電網(wǎng)的架構(gòu)進(jìn)行再思考和再認(rèn)識，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)現(xiàn)有條件開展工作。結(jié)合當(dāng)前情況，可做的工作有：

（1）計(jì)量與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)建設(shè)

有效的電網(wǎng)管理首先需進(jìn)行的工作就是保證數(shù)據(jù)收集的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。一方面需要在終端的表計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)，保證數(shù)據(jù)源頭的準(zhǔn)確性；另一方面就是在數(shù)據(jù)傳輸上，打通數(shù)據(jù)的“盲管”，確保數(shù)據(jù)的雙向傳遞。

（2）鋼鐵企業(yè)用電可靠性與安全性的研究

在電力系統(tǒng)內(nèi)部，有自身的一套可靠性與安全性管理辦法，但這主要是針對一般性地區(qū)電網(wǎng)。對鋼鐵企業(yè)來說，供配電網(wǎng)的服務(wù)對象是鋼鐵生產(chǎn)，而在鋼鐵生產(chǎn)的不同環(huán)節(jié)，對電能的需求程度是不同的（供電中斷、電能質(zhì)量），需要供配電技術(shù)人員與鋼鐵生產(chǎn)人員共同對鋼鐵企業(yè)各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的供電可靠性與安全性進(jìn)行研究，建立定量和定性指標(biāo)，從而為電網(wǎng)規(guī)劃和運(yùn)行人員提供參考。

（3）鋼鐵企業(yè)電能耗散結(jié)構(gòu)的研究

電能用戶在鋼鐵生產(chǎn)流程之中，需要對鋼鐵企業(yè)電能耗散結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，從而加強(qiáng)對傳輸過程和最終用戶的管理。因此須對電能的產(chǎn)生、傳遞與最終耗散幾個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，逐步建立與完善這幾個(gè)環(huán)節(jié)的電能效率監(jiān)控體系，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并采取改進(jìn)措施。

（4）供用電雙方互動功能的開發(fā)

如前文所述，無論是采用分時(shí)電價(jià)還是基于自備電廠與外部電網(wǎng)的用電平衡，鋼鐵企業(yè)的用電成本是隨時(shí)變動的，因此在鋼鐵企業(yè)內(nèi)部的各個(gè)生產(chǎn)單位推行分時(shí)電價(jià)實(shí)現(xiàn)成本控制的下移具有重大意義。這就要求在建設(shè)鋼鐵企業(yè)智能供配電網(wǎng)的過程中，通過開發(fā)和建立電能成本實(shí)時(shí)分析與通信系統(tǒng)，把電價(jià)的信息實(shí)時(shí)傳遞給各個(gè)用戶，從而由用戶根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的數(shù)量和剛性，把電能成本作為考慮因素之一來組織生產(chǎn)。圖1為鋼鐵企業(yè)用電成本實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)架構(gòu)。

圖1 鋼鐵企業(yè)用電成本實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)架構(gòu)圖

（5）高級系統(tǒng)功能的開發(fā)

盡管供配電系統(tǒng)進(jìn)行了多年的建設(shè)，但目前的情況依舊是以監(jiān)控為主，缺乏在此基礎(chǔ)上的高級分析功能，結(jié)合現(xiàn)狀，目前可做的工作有：

●建立鋼鐵企業(yè)電力負(fù)荷管理系統(tǒng)

建立和完善電力負(fù)荷管理系統(tǒng)，通過對數(shù)據(jù)的收集和整理，逐步完善鋼鐵企業(yè)主要生產(chǎn)負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型，從而應(yīng)用于負(fù)荷預(yù)測、潮流優(yōu)化等。

●在線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視與可靠性維修

建立供配電主要設(shè)備的在線監(jiān)測系統(tǒng)，并結(jié)合可靠性維修，一方面有利于提高安全性，另一方面也有利于降低設(shè)備維修費(fèi)用。

●圖形化系統(tǒng)的開發(fā)

可視化、圖形化是高效友好的人機(jī)界面，通過建立如：負(fù)荷率（負(fù)載率）、系統(tǒng)功率流動情況等的在線可視化系統(tǒng)，有利于提高運(yùn)行管理人員對系統(tǒng)的認(rèn)識和狀態(tài)的快速掌握。

●余熱余能發(fā)電回收、新能源及其系統(tǒng)接入

無論是對鋼鐵企業(yè)的余熱余能回收為電能，還是鋼鐵企業(yè)新能源（比如太陽能、風(fēng)能）的建設(shè)，都需要接入裝置的開發(fā)。接入位置以及裝置設(shè)計(jì)需要同時(shí)考慮對系統(tǒng)的安全性的影響。

4 建議

智能配電網(wǎng)的概念及其具體實(shí)施依舊在不斷發(fā)展和完善之中，作為電能的終端用戶和地區(qū)電網(wǎng)的一個(gè)組成部分，鋼鐵企業(yè)供配電網(wǎng)雖然沒有必要馬上進(jìn)行大規(guī)模智能配電網(wǎng)改造，但是，作為一種最終趨勢，必要的準(zhǔn)備工作以及前期的基礎(chǔ)建設(shè)還是很有必要的。

無論企業(yè)智能供配電網(wǎng)處于何種進(jìn)程，在所有的工作中，最基本的工作就是信息通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的收集，保證數(shù)據(jù)的及時(shí)性、完整性與準(zhǔn)確性，這對以這些數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的高級分析、優(yōu)化程序的應(yīng)用至關(guān)重要。

5 結(jié)束語

本文主要討論了智能配電網(wǎng)的基本概念及其發(fā)展，并針對鋼鐵企業(yè)的電能來源與使用特點(diǎn)，對鋼鐵企業(yè)智能供配電網(wǎng)的建設(shè)進(jìn)行了初步的展望與分析。

作為用電大戶的鋼鐵企業(yè)，跟蹤與展開此項(xiàng)研究、建立相應(yīng)的技術(shù)儲備與結(jié)合企業(yè)現(xiàn)狀，做好智能配電網(wǎng)應(yīng)用的相應(yīng)準(zhǔn)備，并在具有實(shí)施條件和現(xiàn)階段必要性的方面開展工作，具有重要現(xiàn)實(shí)意義，對企業(yè)本身的節(jié)能與環(huán)保具有重大的推動作用。

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