工業企業節能算法研究

馬蔚云，馬新春，李劍

（新疆電子研究所有限公司新疆烏魯木齊830049）

目前，新疆正處于工業化加速發展的重要階段，但工業能源消耗占全社會能源消耗的70%左右，是耗費能源、資源的最主要產業。鑒于目前工業領域節能的嚴峻形勢，這里特提出工業企業節能算法研究。目前比較流行的工業企業節能算法有配電網動態無功補償節能算法[1]、電器節能控制算法[2]等。而在實際應用中，工業企業用電情況復雜而且耗能設備眾多，單從一個方面或一個類型設備的節能考慮，都不能達到理想的節能效果。因此本文從國家中長期節能減排為出發點，以節能的國家標準為依據，提出了多尺度的用電綜合數據分析評估，從線損率、負荷率、供電三相電壓不平衡度等方面綜合評估，并且從各個方面提出改進的措施及方法，為企業合理用電，節能減排提供強有力的保證。

1 設計原理

能源管理系統[3]是開發完成該系統的三個功能層次。第一層是開發能源設備的采集層，這層是能源管理的基礎；第二個層次是能源監視，對供配電系統的能源使用情況進行監視，根據生產和節能的要求進行調度；第三個層次是能源的分析和管理，包括能源計量、計劃、評估、能源質量、能源預測、統計報表和分析優化。

1.1 企業合理供電技術評估分析

1.1.1 降 低企業供配電線損

從電網送到企業的電能，經壓降后分配到各個用電車間或用電設備，這就構成企業內部的配電系統。它由壓降主變壓器和配電變壓器、低壓配電線路、高低壓變（配）電裝置中的各種電氣設備組成。一般大、中型企業均設有總壓降，將35～110 kV電壓降為6～10 kV，向變（配）電所供電。變（配）電所中的主要電氣設備是變壓器和高低壓配電裝置，包括匯流母線、隔離刀閘、開關、電力電容器、保護電器、測量儀表及其他電氣設備等。在企業內部的電能輸送和分配過程中，電流經過線路和變壓器等設備時，會產生功率損耗和電能損耗，這些損耗稱為供電損耗。其損耗電能占輸入電能的百分比（或功率損耗占輸入功率的百分比），稱為線路損失率，簡稱線損率。由于企業的負荷類型、供配電系統的電壓等級、電力網絡結構、供電方式的不同，將使線損率有所差異。

線損率的計算公式為

線損率=（線損電量/供電量）×100%代碼實現如下：

1）單一線路線損電量

///單一線路線損電量——Lee（線損電量=電流的平方乘以電阻（單一線路線損））

///＜param name="i"＞電流值＜/param＞

///＜param name="r"＞電阻值＜/param＞

public decimal XSDL（decimal i，decimal r）//線損電量=電流的平方乘以電阻（單一線路線損）

{

return i*i/r；

}

2）三相電線路線損

///三相電線路線損——Lee（線損電量=電流的平方乘以電阻（三相電線路線損））

///＜param name="i1"＞相電流1＜/param＞

///＜param name="r1"＞相電阻1＜/param＞

///＜param name="i2"＞相電流2＜/param＞

///＜param name="r2"＞相電阻2＜/param＞

///＜param name="i3"＞相電流3＜/param＞

///＜param name="r3"＞相電阻3＜/param＞

///＜returns＞返回值：三相電路線損電量＜/returns＞

public decimal XSDL3（decimal i1，decimal r1，decimal i2，decimal r2，decimal i3，decimal r3）//線損電量=電流的平方乘以電阻（三相電線路線損）

{

return（i1*i1/r1）+（i2*i2/r2）+（i3*i3/r3）；}

3）總電量

///總電量——Lee

///＜param name="i"＞相電流＜/param＞

///＜param name="u"＞相電壓＜/param＞

///＜param name="h"＞時間＜/param＞

///＜param name="glys"＞功率因素＜/param＞

///＜returns＞返回值：總電量＜/returns＞

public decimal ZDL（decimal i，decimal u，decimal h，decimal glys）

{

return 3*i*u*h*glys；

}

《評價企業合理用電技術導則》3.3規定，企業根據受電端至用電設備的變壓級數，其總線損率分別應不超過以下指標[4]：①一級3.5%；②二級5.5%；③三級7%。

1.1.2 供 配電網負載經濟調配

配電網負載經濟調配主要包括兩個方面：1）在時間上對負載進行調整包括提高負荷率和削峰填谷，使配電網中負載曲線接近均衡；2）在空間上對負載進行調整，使配電網中變壓器間及電力線路間負載實現經濟分配，從而降低配電網損耗。

用電體系的日平均負荷與日最大負荷之百分比稱為日負荷率。負荷率是衡量企業用電單位平均負荷與最高負荷的差異程度，反映企業用電均衡程度的一個重要指標。日負荷率按以下公式計算：

負荷率=（日負荷曲線的平均值/日負荷曲線的最大值）×100%

代碼實現如下：

1）電阻

///電阻——Lee

乘坐當地傳統的人力小船向湖心島劃去，清澈明亮的藍色湖水中倒映著遠處的阿爾卑斯雪山和近處蒼翠的山林。15世紀，人們在湖心島上修建了圣瑪利亞教堂。圣母堂雖然沒有大教堂的宏偉輝煌，但卻透著一份安詳和秀美，給布萊德湖帶來了靈性。

///＜param name="u"＞電壓值＜/param＞

///＜param name="i"＞電流值＜/param＞

public decimal R（decimal u，decimal i）//電阻

{

return u/i；

}

2）負荷率

負荷率是指用電平均負荷對用電最大負荷的比值，用來考核電力系統負荷的穩定程度。

//f——代表日平均負荷率，f＝Ipj/Imax，Imax為最大負荷電流值，Ipj為平均負荷電流值；

//α——代表日最小負荷率，α=Imin/Imax，Imin為最小負荷電流值。

///日平均負荷率——Lee（負荷率是指用電平均負荷對用電最大負荷的比值，用來考核電力系統負荷的穩定程度）

///＜param name="Ipj"＞為平均負荷電流值＜/param＞

///＜param name="Imax"＞為最大負荷電流值＜/param＞

///＜param name="rq"＞rq＜/param＞

public decimal pjfhl（decimal Ipj，decimal Imax）

{

return（Ipj/Imax）*100；

}

3）日最小負荷率

///日最小負荷率——Lee（負荷率是指用電平均負荷對用電最大負荷的比值，用來考核電力系統負荷的穩定程度）

///＜/summary＞

///＜param name="Imin"＞為最小負荷電流值＜/param＞

///＜param name="Imax"＞為最大負荷電流值＜/param＞

///＜param name="rq"＞rq＜/param＞

public decimal minfhl（decimal Imin，decimal Imax）

{

return（Imin/Imax）*100；

}

提高負荷率對節約用電、降低成本、減少供電網絡中的

電能損耗等具有重要意義[5]。其方法很多，如采用輪流周休日，實行避峰用電，安排填谷負荷等。

1.1.3 供 配電網電能質量控制

電能質量指標是電能質量各個方面的具體描述，不同的指標有不同的定義，參考IEC標準，從電磁現象及相互作用和影響角度考慮給出的引起干擾的基本現象分類如下：低頻傳導現象，低頻輻射現象，高頻傳導現象，高頻輻射現象，靜電放電現象。

電力污染及電力品質惡化主要表現在：電壓波動和閃變、浪涌沖擊和雷擊、諧波、三相不平衡等[6]。其中低頻傳導現象中的諧波是影響供配電網電能質量的主要因素。諧波源的主要設備包括：電力變壓器、電弧爐、氣體放電光源等，此外除上述諧波源外，感應加熱設備、旋轉電機、電機車、電焊機、家用電器（如電視機）以及使用電力、電子裝置的用電設備，也都會產生諧波。

1）電壓波動率測量7個點，取出平均值，然后與最高或高低的比較后即可算出來，取高大的波動率做為電壓的波動率。

///＜param name="u1"＞電壓波動率＜/param＞

///＜param name="u2"＞電壓波動率＜/param＞

///＜param name="u3"＞電壓波動率＜/param＞

///＜param name="u4"＞電壓波動率＜/param＞

///＜param name="u5"＞電壓波動率＜/param＞

///＜param name="u6"＞電壓波動率＜/param＞

///＜param name="u7"＞電壓波動率＜/param＞

public decimal dybdl（decimal u1，decimal u2，decimal u3，decimal u4，decimal u5，decimal u6，decimal u7）

{

decimal pjz=（u1+u2+u3+u4+u5+u6+u7）/7；

decimal j1=Math.Abs（pjz-u1）；

decimal j2=Math.Abs（pjz-u2）；

decimal j3=Math.Abs（pjz-u3）；

decimal j4=Math.Abs（pjz-u4）；

decimal j5=Math.Abs（pjz-u5）；

decimal j6=Math.Abs（pjz-u6）；

decimal j7=Math.Abs（pjz-u7）；

decimal max1=Math.Max（j1，j2）；

decimal max2=Math.Max（max1，j3）；

decimal max3=Math.Max（max2，j4）；

decimal max4=Math.Max（max3，j5）；

decimal max5=Math.Max（max4，j6）；

decimal max6=Math.Max（max5，j7）；

decimal max=Math.Abs（pjz-max6）；

return pjz/max；

}

2）三項電壓電流不平衡度

三項電壓電流不平衡度=（max（Ia，Ib，Ic）-min（Ia，Ib，Ic））/min（Ia，Ib，Ic）×100%

//max為最大電流min為最小電流

///三項電壓電流不平衡度——Lee

///＜/summary＞

///＜param name="u1"＞線電壓1＜/param＞

///＜param name="u2"＞線電壓2＜/param＞

///＜param name="u3"＞線電壓3＜/param＞

public decimal sxdybphd（decimal u1，decimal u2，decimal u3）

{

decimal max1=Math.Max（u1，u2）；

decimal max2=Math.Max（max1，u3）；

decimal max=max2；

decimal min1=Math.Min（u1，u2）；

decimal min2=Math.Min（min1，u3）；

decimal min=min2；

return（（max-min）/min）*100；

}

電源污染的治理主要方法包括：串聯電抗器；有源濾波補償（功能多，適應性好響應快）；無源濾波補償（應用最多，效果較好，價格低）；增加整流設備的相數；安裝各種吸收和保護裝。

2 系統設計與實現

工業企業能源評估分析系統使用上述算法設計，主要由用電技術指標、用電情況監測、企業用電技術評價分析3個模塊組成。

用電技術指標是國家在一個時期對工業企業各種用電設備的一個具體考核指標，是國家在節能減排工作中，對每個企業的基本要求。用電技術指標圖如圖1所示。

用電情況監測模塊主要負責采集工業企業目前使用的各類用電設備的參數，用電情況監測圖如圖2所示。

通過前2步工作，可以得出目前企業的用電情況是否達到目前國家對該類企業的考核指標，然后用評價分析系統給企業給出節能減排的具體做法。

3 實驗結果分析

對目前常見的工業企業，例如水泥廠在一個月內用本節能系統進行了分析和評估，具體參數如表1所示。

表1 企業節能評估分析Tab.1 Energy-saving assessment analysis

圖1 用電技術指標圖Fig.1 Electrical technical indicators

圖2 用電情況監測圖Fig.2 Electricity condition monitoring

使用了本節能算法后，企業通過本算法提供的分析數據和節能措施，使用電量有了明顯的下降，用電情況對比如表2所示。

表2 用電量對比Tab.2 Power consumption contrast

4 結論

節能減排越來越受到各行各業的重視，本文對工業企業的節能減排工作起到了很好的指導性作用。借鑒相關國標要求，提出了工業企業合理用電的節能算法。該算法通過綜合匯總和分析企業各項用電指標，得出企業目前需要在那些方面進行用電技術改進，并依據科學的方法提出企業目前要進行的節能措施。綜合分析企業各項用電參數，可以詳細了解企業每個工序和設備的耗能情況，為科學而合理提出節能措施提供依據。

[1]熊友紅.配電網動態無功補償節能算法的研究[J].冶金動力，2007，8（6）:44-47.

XIONG You-hong.Dynamic energy distribution of reactive power compensation algorithm[J].Metallurgical Power，2007，8（6）:44-47.

[2]周永良.基于實時歷史數據庫技術的鋼鐵能源管理系統[J].冶金能源，2010，17（2）：34-36.

ZHOU Yong-liang.Research of the real-time database technology of steel history of energy management system[J].Energy For Metallurgical Industry，2010，17（2）：34-36.

[3]吳兆明.智能能源管理系統設計研究[J].工業控制計算機，2009，11（5）:7-11.

WU Zhao-ming.Design and research of intelligent energy management system[J].Industrial Control Computer，2009，11（5）:7-11.

[4]葉無煦，翟克俊，王恒義，等.評價企業合理用電技術導則.GB/T 3485-1998[S].國家質量技術監督局，1998.

[5]辛定國，張管生，李愛仙，等.節能監測技術通則.GB/T 15316-94[S].國家質量技術監督局，1994.

[6]郭湘，蘇詳生，林郁郁，等.工業企業能源管理導則.GB/T 15587-1995[S].國家質量技術監督局，1995.