張奇

（山東省冶金科學(xué)研究院，山東濟(jì)南 250014）

信息化建設(shè)

電力需量計(jì)量負(fù)荷平衡控制系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用

張奇

（山東省冶金科學(xué)研究院，山東濟(jì)南 250014）

通過建立高速、雙向、實(shí)時(shí)、集成的通信系統(tǒng)，應(yīng)用潮流模型分析、瞬時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)等技術(shù)，利用獨(dú)立的電網(wǎng)負(fù)荷平衡控制系統(tǒng)，電網(wǎng)沖擊負(fù)荷由69萬kW降低到48.3萬kW，縮短了負(fù)荷快切的全響應(yīng)時(shí)間，增強(qiáng)廠區(qū)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的可靠性，年節(jié)約電費(fèi)5 000萬元。

電力；需量計(jì)量；平衡控制；負(fù)載率；沖擊負(fù)荷

1 前言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，濟(jì)鋼實(shí)行兩部制電價(jià)制度，目前平均總受電負(fù)荷在裝機(jī)容量的30%左右。隨著產(chǎn)能的降低，變壓器的負(fù)載率低下，若繼續(xù)實(shí)行此方式會(huì)產(chǎn)生巨大的資源浪費(fèi)。需通過改變原有的計(jì)費(fèi)方式，執(zhí)行需量計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)施獨(dú)立的電網(wǎng)負(fù)荷平衡控制系統(tǒng)，有效地抑制沖擊負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)最大需量不超過設(shè)定上限值并且要保證生產(chǎn)，從而達(dá)到節(jié)省電費(fèi)的目標(biāo)。瑞寶電氣受濟(jì)鋼委托開發(fā)應(yīng)用了電力需量計(jì)量負(fù)荷平衡控制系統(tǒng)，保證了濟(jì)鋼總需要負(fù)荷正常運(yùn)行，增強(qiáng)廠區(qū)電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

2 系統(tǒng)技術(shù)實(shí)施

2.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

系統(tǒng)主要采用分布式網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和調(diào)度管理系統(tǒng)技術(shù)，具有高度的分散性、可靠性、擴(kuò)展性和可用性等特點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)考慮兩層網(wǎng)絡(luò)：L1層基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)和L2層管理信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，初步考慮網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由若干個(gè)子站組成一個(gè)光纖環(huán)網(wǎng)，選用工業(yè)級交換機(jī)。底層數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)采用PLC。信息層選用界面友好軟件，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的能源數(shù)據(jù)分析和需量管理等功能。

基礎(chǔ)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)用于連接服務(wù)器、實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫、工程師站、各PLC監(jiān)控子站等。管理信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)用于連接服務(wù)器、操作員站、實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)等。為保證系統(tǒng)的高速可靠性，主干網(wǎng)絡(luò)采用1 000 M配置，交換機(jī)與服務(wù)器、操作員站、PLC控制站為100 M配置。

為保證負(fù)荷穩(wěn)控系統(tǒng)的采樣數(shù)據(jù)安全實(shí)時(shí)的性能指標(biāo)，在本系統(tǒng)涉及的各站內(nèi)，新建1套光纖網(wǎng)絡(luò)，采取光纖環(huán)網(wǎng)通訊結(jié)構(gòu)，各個(gè)主站與能源管控中心組建雙環(huán)光纖1 000 M網(wǎng)絡(luò)，各子站根據(jù)供電區(qū)域的劃分，分別采用單光纖環(huán)網(wǎng)的方式接入各自的區(qū)域主站內(nèi)。光纖采用單模鎧裝8芯室外光纖。要求光纖敷設(shè)全程單線穿管、分路敷設(shè)。保證負(fù)荷穩(wěn)控系統(tǒng)滿足濟(jì)鋼需量控制的可持續(xù)性發(fā)展的需求，所有主站進(jìn)出線回路、母聯(lián)柜的模擬量及開關(guān)狀態(tài)得到全面監(jiān)視。

負(fù)荷穩(wěn)控系統(tǒng)配置要求：軟件系統(tǒng)按照雙服務(wù)器冗余配置，在生產(chǎn)部總調(diào)度室、能源動(dòng)力廠能源管控中心、二降壓輔站、三降壓、五降壓、六降壓、七降壓、各分廠調(diào)度室等共設(shè)立30個(gè)客戶端，實(shí)現(xiàn)需量越限的報(bào)警及需量管理數(shù)據(jù)的查看工作。在負(fù)荷穩(wěn)控中心設(shè)立2臺冗余數(shù)據(jù)服務(wù)器、1臺應(yīng)用服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集及處理功能，同時(shí)設(shè)立2臺工程師站，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)定及維護(hù)功能，設(shè)立2臺WEB服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)頁發(fā)布，便于各級領(lǐng)導(dǎo)通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)查看相關(guān)數(shù)據(jù)，且具備相應(yīng)的權(quán)限管理功能。

2.2 數(shù)據(jù)采集處理

目前，濟(jì)鋼總廠區(qū)電能采集數(shù)據(jù)來自高壓微機(jī)保護(hù)裝置，多數(shù)數(shù)據(jù)為計(jì)算數(shù)據(jù)而非直接計(jì)量數(shù)據(jù)，不能滿足智能化電網(wǎng)優(yōu)化穩(wěn)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性及計(jì)費(fèi)規(guī)則的要求，對1#～7#降壓站所有回路及分廠重要出線回路進(jìn)行電能需量計(jì)量改造。

采集層采用智能電網(wǎng)IEC61850規(guī)約接收各降壓站配電系統(tǒng)需量等能源計(jì)量信息、設(shè)備運(yùn)行信息，完成數(shù)據(jù)采集、定時(shí)存儲等功能，所有數(shù)據(jù)的刷新速度應(yīng)達(dá)到秒級，其中各智能采集裝置的需量采集和網(wǎng)絡(luò)傳輸是毫秒級。系統(tǒng)采集和計(jì)算參數(shù)包含各進(jìn)線回路總?cè)萘?，饋電回路?dāng)前使用量，回路剩余電量，主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、耗電情況和需求（包括在啟動(dòng)、輕載、正常負(fù)載和重載等情況下的功率），一級、二級，三級負(fù)載的具體運(yùn)行狀態(tài)等。根據(jù)現(xiàn)場情況，增加帶有需量測量的智能采集裝置，并且重要斷路器需具有分合閘輔助觸點(diǎn)以便能夠?qū)顟B(tài)送到需量管理系統(tǒng)，并且三級負(fù)荷等需具備遠(yuǎn)程分閘功能，以便操作人員進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

系統(tǒng)各降壓站、各主要回路的需量進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)、計(jì)算，包括各降壓站運(yùn)行負(fù)荷瞬時(shí)值、負(fù)荷剩余值、小時(shí)累積量、日累積量、月累積量、年累積量，各大型負(fù)載設(shè)備的負(fù)荷情況的計(jì)算及數(shù)據(jù)分析處理等，并定時(shí)保存。

2.3 系統(tǒng)控制策略

2.3.1 建立高速、雙向、實(shí)時(shí)、集成的通信系統(tǒng)

建立高速、雙向、實(shí)時(shí)、集成的通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)濟(jì)鋼電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化負(fù)荷穩(wěn)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，沒有這樣的通信系統(tǒng)，任何實(shí)時(shí)需量的特征都無法實(shí)現(xiàn)。高速、雙向、實(shí)時(shí)、集成的通信系統(tǒng)使電力需量管理系統(tǒng)成為一個(gè)動(dòng)態(tài)的、實(shí)時(shí)信息和電力交換互動(dòng)的大型的基礎(chǔ)設(shè)施，可以提高濟(jì)鋼智能電網(wǎng)的供電可靠性和資產(chǎn)的利用率。

以能源管控中心為核心，將各個(gè)主站及能源中心通過雙光纖環(huán)網(wǎng)進(jìn)行連接。各主站采用通訊管理機(jī)作為數(shù)據(jù)采集終端，將綜合保護(hù)器的數(shù)據(jù)通過單光纖環(huán)網(wǎng)傳送至主站PLC。各子站也是采用通訊管理機(jī)作為數(shù)據(jù)采集終端，將綜合保護(hù)器的數(shù)據(jù)通過單光纖環(huán)網(wǎng)傳送至相應(yīng)的主站，子站的PLC單元作為執(zhí)行終端來控制負(fù)荷的啟停，如圖1所示。

圖1 通訊系統(tǒng)閉環(huán)控制流程

技術(shù)上采用閉環(huán)控制策略，把負(fù)荷饋線保護(hù)裝置內(nèi)負(fù)荷狀態(tài)數(shù)據(jù)及開斷狀態(tài)通RS485通訊協(xié)議傳輸?shù)较鄳?yīng)的通訊管理機(jī)，完成負(fù)荷狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集，并把采集到的數(shù)據(jù)通過光纖傳輸?shù)街髡綪LC。當(dāng)出現(xiàn)最大需量預(yù)測超越設(shè)定上限時(shí)，在生產(chǎn)部總調(diào)度室、能源動(dòng)力廠能源管控中心、各相關(guān)分廠調(diào)度室及主站控制室，系統(tǒng)發(fā)出音響提示，并自動(dòng)彈出報(bào)警畫面和下步動(dòng)作提示信息。優(yōu)先由調(diào)度通知生產(chǎn)崗位限負(fù)荷，超時(shí)由系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷分級切除，智能選擇預(yù)切負(fù)荷的范圍和大小。閉環(huán)控制策略、高速、雙向、實(shí)時(shí)、集成的通信系統(tǒng)和采用光纖通訊大大縮短了負(fù)荷快切的全響應(yīng)時(shí)間，增強(qiáng)廠區(qū)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的可靠性。

2.3.2 潮流模型分析、瞬時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)技術(shù)

潮流模型分析、瞬時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)技術(shù)是指智能化電網(wǎng)優(yōu)化穩(wěn)控系統(tǒng)中分析、診斷和預(yù)測狀態(tài)并確定和采取適當(dāng)?shù)拇胧┮韵?、減輕和防止需量失衡和電能質(zhì)量擾動(dòng)的裝置和算法。這些技術(shù)將提供對輸電、配電和用戶側(cè)的控制方法并且可以管理整個(gè)電網(wǎng)的有功和無功。監(jiān)測基本的元件，提供及時(shí)和適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)并且對事件進(jìn)行快速的診斷，提高電力資產(chǎn)的管理水平。

2.3.3 工程項(xiàng)目實(shí)施

通過對廠區(qū)所有高壓發(fā)、配、用電系統(tǒng)深入調(diào)研，將1 300路高壓負(fù)荷分成三大類，第一類為只監(jiān)測，不控制，共388路，分布在1#～7#總降壓站；第二類為既監(jiān)測，又控制，共122路，分步在各分廠高壓配電室內(nèi)；剩余的為第三類，既不監(jiān)測，又不控制。

對第一類負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)對電能數(shù)據(jù)的實(shí)施監(jiān)測，數(shù)據(jù)上傳等功能；對第二類負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)對各個(gè)用電回路電能數(shù)據(jù)的實(shí)施監(jiān)測，數(shù)據(jù)上傳，負(fù)荷控制等功能，同時(shí)將122路負(fù)荷按重要程度分為三級，根據(jù)能源管控中心發(fā)出的控制指令逐級響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)需量的智能控制。

能源管控中心作為智能化電網(wǎng)優(yōu)化穩(wěn)控系統(tǒng)的中樞大腦，對52個(gè)監(jiān)測、監(jiān)控子站上傳的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、分析、計(jì)算、報(bào)警，并根據(jù)實(shí)時(shí)負(fù)荷與需量設(shè)定值之差，按預(yù)先設(shè)定的負(fù)荷分級策略，自動(dòng)設(shè)定將要受控的子站回路，并給出建議，傳達(dá)給調(diào)度人員，既可采用人工方式，又可采用自動(dòng)方式。

當(dāng)出現(xiàn)最大需量預(yù)測超越設(shè)定上限時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出音響提示，并自動(dòng)彈出報(bào)警畫面和下步動(dòng)作提示信息。優(yōu)先由調(diào)度通知生產(chǎn)崗位限負(fù)荷，超時(shí)由系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷分級切除。智能選擇預(yù)切負(fù)荷的范圍和大小，科學(xué)合理的邏輯程序判斷和采用光纖通訊大大縮短了切除負(fù)荷全響應(yīng)時(shí)間，增強(qiáng)廠區(qū)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的可靠性［1］。

3 結(jié)語

電力需量計(jì)量負(fù)荷平衡控制系統(tǒng)應(yīng)用后，縮短了負(fù)荷快切的全響應(yīng)時(shí)間，增強(qiáng)廠區(qū)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的可靠性，整體優(yōu)化廠區(qū)供配電系統(tǒng)，沖擊負(fù)載由69萬kW降低到48.3萬kW，主變壓器的基本電費(fèi)由容量計(jì)費(fèi)改為需量計(jì)費(fèi)后年度節(jié)約電費(fèi)5 000萬元。

［1］鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊.鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊［M］.北京：冶金工業(yè)出版社.1996.

Development and Application of Measurement Load Balance Control System for Electric Power Demand

ZHANG Qi
（Shandong Metallurgical Research Institute,Jinan 250014,China）

Based on the integration of high-speed with two-way and real-time for communication system,analysis and application on power flow model with instantaneous dynamic response technology were taken.Using the grid load balancing control system independently,the power impact load on grid can effectively be inhibited.It was decreased to 483 thousand kW from 690 thousand kW. The response time for faster load cutting was shorten,the reliability of safe and stable operation was enhanced for power plant.The electricity spending was saved by 50 million Yuan annually.

power;electric power demand;balance control;load rate;impact load

TP273

B

1004-4620（2017）01-0052-02

2016-06-22

張奇，男，1980年生，2004年畢業(yè)于東北師范大學(xué)電氣自動(dòng)化專業(yè)?，F(xiàn)為山東省冶金科學(xué)研究院電氣工程師，從事高低壓盤柜設(shè)計(jì)、電能質(zhì)量等工作。