鋼鐵企業中建設智能配電網的探討

周佃民，李 凱，張 銳

（上海寶鋼股份公司 能源環保部，上海 200941）

電能的供應在鋼鐵企業生產中起著重要作用。作為一個超大型的企業輸配電網絡，供電的安全、可靠與經濟性對企業來說至關重要，并且在安全性和經濟性上也與外部電網相互影響。伴隨著智能電網的研究與實施的深入，在鋼鐵企業供配電網的規劃設計、運行管理中，結合智能電網的概念及其發展、分析智能電網建設對鋼鐵企業電網建設的啟示，乃至構建鋼鐵企業智能供配電網，做好相關準備與銜接是非常重要的。

本文主要討論了智能電網的概念與其發展，并針對鋼鐵企業供配電網的現狀展開討論，應該說這是一個非常嶄新的課題，盡管其中有許多需要進一步明確的內容和需要統一的認識，但是開展這個方面的討論仍是非常有意義的。

1 智能電網的概念、主要特征和目標

從技術組成方面講，智能電網是集計算機、通信、信號傳感、自動控制、電力電子以及超導材料新技術在輸配電系統中應用的總和。

與傳統電網不同，這些新技術的應用不是孤立的、單方面的，不是對傳統輸配電系統進行簡單地改進、提高，而是從提高電網整體性能、節省總體成本出發，將各種新技術與傳統的輸配電技術進行有機地融合，使電網的結構以及保護與運行控制方式發生革命性的變化。這種融合主要體現在高級數據分析程序的開發與應用及其技術支撐軟硬件環境。

盡管從技術上講，智能電網（包括配電網）涵蓋的內容很多，筆者認為，自愈能力、安全性、電能質量和信息的可視化一直是近年來配電網的建設目標，智能配電網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（或準單向）流動的情況，用戶可以直接獲知用電成本（電價）乃至系統狀態，這就極大地推動了電力需求側管理，有利于用戶直接主動地按照一定的規則（比如“實時電價”），參與到維護電網整體的安全性與經濟性中來，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的安全穩定性。

（2）分布式能源的接入

便于用戶開發和使用分布式能源，并接入到系統中去。在這個方面，許多發達國家已經進行了有益的嘗試。這既有技術方面的原因，也有能源管理政策的原因，需要2個方面的努力來促進發展。在新的智能電網建設中，需要為分布式能源的并網創造技術條件和政策條件。

（3）高級系統分析與管理

輸配電網管理系統盡管之前做了很多工作，但主要集中在監控功能，缺乏對系統的高級分析與優化功能的開發和應用。

針對大量的運行數據，采用數據挖掘與各種數學工具，加強對系統的分析和優化運行的功能開發，一方面可作為運行人員對系統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制程序，對系統進行自動的優化控制與安全操作。

2 鋼鐵企業用電特點及配電網建設面臨的挑戰

鋼鐵企業是典型的高耗電企業，鼓風電動機、電爐、軋機和制氧等設備耗電巨大，電能對生產成本和生產安全影響至關重要。因此，必須關注鋼鐵企業所用電能的來源、傳輸與使用的安全性和經濟性。

下面結合鋼鐵企業的用電特點來進行具體說明。

2.1 連續生產要求持續可靠供電

鋼鐵企業是典型的連續生產的流程工業，這就要求供電必須持續可靠，供電的中斷在某些時刻會給生產帶來重大損失，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荷在設計規劃和運行中重點考慮供電的可靠性問題。

2.2 鋼鐵企業負荷變化與電能成本變動

鋼鐵企業的負荷波動主要受生產計劃和檢修計劃編制的影響（重大事故除外），負荷波動較大，以小時平均負荷為例，波動范圍一般為10%以上。

而鋼鐵企業的供電來源一般為2個方面，一是外部電網；二是自備電廠及廠內余熱余能回收。根據目前的電價政策，負荷波動大小和用電時段直接影響到用電成本。兼顧用電成本和正常生產的電力需求側管理在這方面具有重大的經濟意義。

2.3 鋼鐵企業電能質量問題相對突出

在鋼鐵企業各生產工序中有大量用電設備在使用過程中產生高次諧波、有功和無功沖擊，造成電壓閃變，對供電系統的電能質量造成影響，嚴重的可能危及其它用電設備，這種情況在軋鋼廠和電弧爐中尤為嚴重。因此需要針對電能質量問題采取就地補償的治理措施。

2.4 鋼鐵企業具有大量的可回收能源

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

另外一個方面，鋼鐵企業大多建立在郊區或者沿海地區且廠區較大，因而太陽能、風能具有一定的應用前景。

2.5 鋼鐵企業電網設備更新問題

鋼鐵企業一般具有較長的歷史，其中部分設備已經達到壽命周期，如何科學地進行設備更換涉及保證生產的順利進行和投資2個方面的問題，因此結合設備狀態在線監視的可靠性維修具有重大實

際意義。

3 建設鋼鐵企業智能配電網的探討

根據鋼鐵制造流程的物質與電能耗散結構及運行的特點，對配電網和用電建設進行智能化的動態科學管理與控制，使配電網和用電系統能夠高效優質、安全可靠運行。具有上述功能和特征的配電網和用電系統的集合稱之為鋼鐵企業智能配電網。

3.1 建設鋼鐵企業智能配電網的必要性

建設鋼鐵企業智能配電網的必要性主要來源于4個方面，環境保護的壓力、節能減排的壓力、成本壓力、安全可靠運行的壓力，這些方面不再贅述。

3.2 鋼鐵企業智能配電網的建設目標

鋼鐵企業智能配電網的建設目標就是安全、經濟地為鋼鐵生產提供電能與引導電能的高效率使用。

3.3 鋼鐵企業智能配電網建設的技術手段

鋼鐵企業智能配電網的建設是在以往電網規劃建設理念的基礎上，按照智能能源網—智能電網—智能配電網的架構進行再思考和再認識，并在此基礎上根據現有條件開展工作。結合當前情況，可做的工作有：

（1）計量與數據通信系統建設

有效的電網管理首先需進行的工作就是保證數據收集的準確性和及時性。一方面需要在終端的表計進行校準，保證數據源頭的準確性；另一方面就是在數據傳輸上，打通數據的“盲管”，確保數據的雙向傳遞。

（2）鋼鐵企業用電可靠性與安全性的研究

在電力系統內部，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電網。對鋼鐵企業來說，供配電網的服務對象是鋼鐵生產，而在鋼鐵生產的不同環節，對電能的需求程度是不同的（供電中斷、電能質量），需要供配電技術人員與鋼鐵生產人員共同對鋼鐵企業各個生產環節的供電可靠性與安全性進行研究，建立定量和定性指標，從而為電網規劃和運行人員提供參考。

（3）鋼鐵企業電能耗散結構的研究

電能用戶在鋼鐵生產流程之中，需要對鋼鐵企業電能耗散結構進行研究，從而加強對傳輸過程和最終用戶的管理。因此須對電能的產生、傳遞與最終耗散幾個環節進行分析，逐步建立與完善這幾個環節的電能效率監控體系，以便及時發現問題并采取改進措施。

（4）供用電雙方互動功能的開發

如前文所述，無論是采用分時電價還是基于自備電廠與外部電網的用電平衡，鋼鐵企業的用電成本是隨時變動的，因此在鋼鐵企業內部的各個生產單位推行分時電價實現成本控制的下移具有重大意義。這就要求在建設鋼鐵企業智能供配電網的過程中，通過開發和建立電能成本實時分析與通信系統，把電價的信息實時傳遞給各個用戶，從而由用戶根據生產任務的數量和剛性，把電能成本作為考慮因素之一來組織生產。圖1為鋼鐵企業用電成本實時分析系統架構。

圖1 鋼鐵企業用電成本實時分析系統架構圖

（5）高級系統功能的開發

盡管供配電系統進行了多年的建設，但目前的情況依舊是以監控為主，缺乏在此基礎上的高級分析功能，結合現狀，目前可做的工作有：

●建立鋼鐵企業電力負荷管理系統

建立和完善電力負荷管理系統，通過對數據的收集和整理，逐步完善鋼鐵企業主要生產負荷的數學模型，從而應用于負荷預測、潮流優化等。

●在線設備狀態監視與可靠性維修

建立供配電主要設備的在線監測系統，并結合可靠性維修，一方面有利于提高安全性，另一方面也有利于降低設備維修費用。

●圖形化系統的開發

可視化、圖形化是高效友好的人機界面，通過建立如：負荷率（負載率）、系統功率流動情況等的在線可視化系統，有利于提高運行管理人員對系統的認識和狀態的快速掌握。

●余熱余能發電回收、新能源及其系統接入

無論是對鋼鐵企業的余熱余能回收為電能，還是鋼鐵企業新能源（比如太陽能、風能）的建設，都需要接入裝置的開發。接入位置以及裝置設計需要同時考慮對系統的安全性的影響。

4 建議

智能配電網的概念及其具體實施依舊在不斷發展和完善之中，作為電能的終端用戶和地區電網的一個組成部分，鋼鐵企業供配電網雖然沒有必要馬上進行大規模智能配電網改造，但是，作為一種最終趨勢，必要的準備工作以及前期的基礎建設還是很有必要的。

無論企業智能供配電網處于何種進程，在所有的工作中，最基本的工作就是信息通信網絡的建設與實時數據的收集，保證數據的及時性、完整性與準確性，這對以這些數據為基礎的高級分析、優化程序的應用至關重要。

5 結束語

本文主要討論了智能配電網的基本概念及其發展，并針對鋼鐵企業的電能來源與使用特點，對鋼鐵企業智能供配電網的建設進行了初步的展望與分析。

作為用電大戶的鋼鐵企業，跟蹤與展開此項研究、建立相應的技術儲備與結合企業現狀，做好智能配電網應用的相應準備，并在具有實施條件和現階段必要性的方面開展工作，具有重要現實意義，對企業本身的節能與環保具有重大的推動作用。

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