冶金企業構建智能電網探討

葉遠龍

（馬鋼工程技術有限公司，安徽馬鞍山243000）

冶金企業構建智能電網探討

葉遠龍

（馬鋼工程技術有限公司，安徽馬鞍山243000）

智能電網受到國內外的極大關注。以智能電網為代表的新能源經濟時代已經到來。智能電網的最終目的是實現電網的經濟、高效、可靠、安全運行，實現能源包括可再生能源的規模化高效利用，實現經濟、環境和社會效益的最大化。借鑒智能電網技術為冶金企業電網未來發展和技術創新提供技術和管理目標，實現經濟、社會和環境效益。

智能配電網；特點；功能；策略

1 未來電網發展的大趨勢

由于能源成本總是起伏不定，為工廠找到節能型解決方案，不但是保持企業財務健康的關鍵，而且已成為承擔社會責任的需要。在經濟衰退時期，優化能源效率和生產效率可為企業帶來長期競爭優勢，尤其是在經濟復蘇導致需求增加但利潤空間更窄的時候更是如此。目前全球興起的電網智能化解決方案可幫助企業監視、報告和優化能源使用狀況。無論企業的能源成本是固定預算還是可浮動支出，智能化策略將為企業創建和管理有效的節能計劃鋪平道路。

智能電網建設將是中國電網未來十年發展的主要方向，也是大型企業電網發展的大趨勢。傳統電網存在不支持大規模間歇性電源與分布式電源接入、輸電損失巨大、且用戶側無法互動等問題，無法滿足低碳經濟時代的要求。智能電網作為先進的信息技術和高級物理電網的充分結合，是解決未來能源輸送問題的理想方案，是未來電網發展的大趨勢。世界主要發達國家紛紛把發展智能電網作為搶占未來低碳經濟制高點的重要戰略措施，掀起了一場全球范圍的智能電網建設熱潮。

2 冶金企業電網現狀

大型冶金企業工藝環節多、連續性強，生產包含復雜的物理和化學過程，負荷十分龐大，一般不低于80~100萬kW·h，負荷結構復雜，既有平穩負荷，也有像電爐、軋機等沖擊負荷，還有電力電子裝置，由于其非線性、沖擊性、不平衡性造成電網電壓波形產生畸變、電壓波動、閃變、高次諧波和三相電壓不平衡，甚至引起系統頻率的波動。

在電網結構上，供配電系統電壓等級多種多樣，從400 V到6 kV、10 kV、35 kV、110 kV、220 kV等都有。

在電源構成上，既有來自國家電網的線路，也有企業自身建設的大量分布式電源如高爐TRT余壓發電、燒結廠余熱發電、軋鋼廠加熱爐余熱發電、煤焦化副產品煤氣和干熄焦發電、燃氣-蒸汽聯合循環發電等等，并且隨著企業能效意識的提高，后者所占的比重也越來越大，普遍達到50%以上。

在電網的監控管理上，通訊方式多樣，兼容性差，缺少電網信息的高度集成和共享，電網在運行中與用戶設備和行為缺乏交互性和互動性，不具有實時、在線連續的安全評估和分析能力，沒有預警控制系統和預防控制能力。

在電能管理上，只計費缺管理。缺少統一帶通訊功能的基礎計量裝備，沒有形成分區域、分工段、分班組、分系統和分時段的計量考核體系，沒有將電能消費與產品產量連接管理，沒有建立起一個科學的電能消耗管理平臺，每年幾十億元的電費使用電成為企業運行的一塊巨大成本。廠礦節能降耗停還留在人為節約“1度電”的口號里，僅把電力當作是源源不斷、用之不竭的商品，用電沒有向管理和技術要效益。

3 智能電網功能特征及技術

3.1 傳統電網與智能電網比較

傳統電網是一個剛性系統，電源的接入與退出、電能量的傳輸等都缺乏彈性，致使電網沒有動態柔性及可組性；垂直的多級控制機制反應遲緩，無法構建實時、可配置、可重組的系統；系統自愈、自恢復能力完全依賴于實體冗余；對客戶的服務簡單、信息單向；系統內部存在多個信息孤島，缺乏信息共享。雖然局部的自動化程度在不斷提高，但由于信息的不完善和共享能力的薄弱，使得系統中多個自動化系統是割裂的、局部的、孤立的，不能構成一個實時的有機統一整體，所以整個電網的智能化程度較低。

與傳統電網相比，智能電網將進一步拓展對電網全景信息（指完整的、正確的、具有精確時間斷面的、標準化的電力流信息和業務流信息等）的獲取能力，以堅強、可靠、通暢的實體電網架構和信息交互平臺為基礎，以服務生產全過程為需求，整合系統各種實時生產和運營信息，通過加強對電網業務流實時動態的分析、診斷和優化，為電網運行和管理人員提供更為全面、完整和精細的電網運營狀態圖，并給出相應的輔助決策支持，以及控制實施方案和應對預案，最大程度地實現更為精細、準確、及時、優化的電網運行和管理。

3.2 智能電網功能特點

智能電網具有以下功能特點：

（1）安全（Safety）。在電網發生大擾動和故障時，電網仍能保持對用戶的供電能力，而不發生大面積的停電事故；在自然災害和極端氣候條件下、或人為的外力破壞下仍能保證電網的安全運行；具有確保信息安全的能力和防計算機病毒破壞的能力。

（2）自愈（Self-Healing）——穩定可靠。自愈是實現電網安全可靠運行的主要功能，具有實時、在線連續的安全評估和分析能力，強大的預警控制系統和預防控制能力，無需或僅需少量人為干預，實現自動故障診斷、故障隔離和系統自我恢復的能力，最小化或避免用戶的供電中斷。

（3）兼容（Compatible）——發電資源。能支持可再生能源的正確、合理地接入，通過在電源互聯領域引入類似于計算機中的"即插即用"技術(尤其是分布式發電資源)，電網可以容納包含集中式發電在內的多種不同類型電源。

（4）交互（Interactivity）——電力用戶。電網在運行中與用戶設備和行為進行交互，將其視為電力系統的完整組成部分之一，與電力用戶實現無縫銜接，能使需求側管理的功能更加完善和提高，實現與用戶的交互和高效互動。

（5）高效（Efficient）——資產優化。引入最先進的信息和監控技術，優化設備和資源的使用效益，可以提高單個資產的利用效率，從整體上實現網絡運行和擴容的優化，降低它的運行維護成本和投資。

（6）優質(High quality)——電能質量。在數字化、高科技占主導的經濟模式下，電力用戶的電能質量能夠得到有效保障。

（7）集成（Integrated）——信息系統。實現電網信息的高度集成和共享，采用統一的平臺和模型，實現標準化、規范化和精細化的管理。實現包括監視、控制、維護、能量管理(EMS)、配電管理(DMS)、市場運營(MOS)、企業資源規劃(ERP)等和其他各類信息系統之間的綜合集成。

3.3 智能電網基本特征

統一堅強智能電網在技術上包含四個基本特征：

（1）信息化——實時和非實時信息的高度集成、共享和利用；

（2）數字化——電網對象、結構及狀態的定量描述和各類信息的精確高效采集與傳輸；

（3）自動化——電網控制策略的自動優選、運行狀態的自動監控和故障狀態的自動恢復等；

（4）互動化——電源、電網和用戶資源的友好互動和協調運行。

3.4 智能電網技術

（1）通信技術

建立高速、雙向、實時、集成的通信系統是實現智能電網的基礎，智能電網的數據獲取、保護和控制、跨越各個分布系統或終端的信息交換都有先進的通信系統支持。

（2）量測技術

參數量測技術是智能電網基本的組成部件，先進的參數量測技術獲取數據并將其轉換成數據信息，以供智能電網的各個方面使用。它是評估電網設備的健康狀況和電網的完整性，進行表計的讀取、防止竊電、緩減電網阻塞以及與用戶的溝通的重要手段。

（3）設備技術

廣泛應用先進的設備技術，極大地提高輸配電系統的性能。未來智能電網中的設備將充分應用在材料、超導、儲能、電力電子和微電子技術方面的最新研究成果，從而提高功率密度、供電可靠性和電能質量以及電力生產的效率。

（4）控制技術

先進的控制技術是指智能電網中分析、診斷和預測狀態并確定和采取適當的措施以消除、減輕和防止供電中斷和電能質量擾動的裝置和算法。提供對輸電、配電和用戶側的控制方法并且可以管理整個電網的有功和無功。

（5）支持技術

決策支持技術將復雜的電力系統數據轉化為系統運行人員一目了然的可理解的信息，因此動畫技術、動態著色技術、虛擬現實技術以及其他數據展示技術，用來幫助系統運行人員認識、分析和處理緊急問題。

4 冶金企業構建智能電網策略

近年來，中國冶金行業保持著高速發展，冶金企業的生產經營規模急劇擴張，面對日趨激烈行業競爭，技術創新已成為冶金企業生存和發展的關鍵。

《鋼鐵工業“十二五”發展規劃》中不僅對鋼鐵工業的轉型升級進行了具體部署，還設立了單位能耗、二氧化碳、二氧化硫排放量等具體的量化目標。因此，冶金企業“十二五”節能減排任務更加艱巨，綠色發展之路任重而道遠。智能電網技術是建設資源節約型、環境友好型企業和探索綠色低碳發展新道路的重要契機。

盡管大型冶金企業負荷巨大，電網結構復雜，但與國家電網相比，不過是一個大客戶而已，企業智能電網建設不可能也無法照搬國家電網建設模式。根據大型冶金企業狀況及特點，借鑒國家智能電網建設理念，選擇符合企業發展規律的建設思路，才是企業未來電網發展策略；建設具有企業特色的智能電網技術，能夠幫助電力企業進行技術創新，并實現技術轉型。

（1）重點以110 kV~220 kV超高壓電網為主干，建立一個內外電源互聯、兼容性好、結構優化、運行靈活、恢復能力強、保障給力的堅強電網；在滿足地區電網各項規定基礎上，提高電網大范圍配置資源能力，用足自發電，用好再生電，避免企業發電倒送電網，提高電網大范圍優化配置資源能力。

（2）大力發展企業可再生能源發電，開發和改善電源接入和并網技術，回收冶金企業二次能源。充分利用高爐煤氣的余壓、燒結廠、軋鋼廠的余熱、煤焦化副產品煤氣和干熄焦、燃氣-蒸汽聯合循環發電等資源，通過能源回收轉換為企業所用。這些清潔綠色能源的回收不僅為企業帶來可觀的利潤，還能實現環保效益和社會效益。

（3）建立能量管理系統（EMS），配置電網調度自動化系統，引入電能量計費系統和廣域測量系統（WAMS），建設新規則下的企業內部電力市場交易技術支持系統。

（4）建立企業能源控制中心，實行用戶端高、中、低壓全方位的電力集中監控管理，建設節約型企業。在廠礦每一個負荷區域分散設置基于微處理器的智能電表，借助計算機、網絡通訊、計量保護裝置，上傳能量管理系統(EMS)，獲取分班組、分生產線、分關鍵設備、分車間、分時段的用電信息數據，隨時統計分析電能消耗指標，進而建立分區域、分工段、分班組、分系統和分時段的計量考核體系。

（5）構建電網與用戶能量流、信息流、業務流實時互聯、互動的新型供用電關系。國家電網主要側重于輸變電智能化，企業電網側重于配用電和配網的智能化。通過信息控制技術實現精確供能，解決能源終端需求側的節能管理。配置智能終端可以獲取電網供需信息和用電價格，實現用能狀況、電費構成可視化展示和智能控制，用戶可以根據電價變化情況，實現經濟、合理用電。

（6）建立企業獨立、統一的能效管理系統，而不是以二級廠礦為管理單位的用電管理制度，設立企業用戶電力消費專用賬戶，存儲年、月、日電能消費歷史記錄，為生產工藝改進、用電管理提供真實數據。創建開放、透明、節能、高效的大企業級能效管理平臺。數據自動采集系統可以全面實時掌握發電端、變電站到用戶側各環節的功率潮流、電能質量信息和電網健康狀況，并可以通過多種方式使信息共享，通過生成報表、曲線和圖形，設置越限報警，及時發現事件發生地點時間，對電能質量和峰谷平周期進行評估診斷，縱向對比，橫向比較，尋找用電規律和特性，挖掘潛能，與產品品種結構和產量掛鉤，尋求最低電力消費指標，為電網優化、電力調度和經濟運行提供決策依據和管理解決方案，使企業切實負起低碳環保的社會責任。

（7）大力推進先進的三維、動態、可視化調度技術，一體化調度支持系統，資產全壽命周期管理系統，用戶用電信息采集系統和電力通信等建設，為智能電網建設奠定扎實的基礎。

（8）全面實現變電站計算機監控和無人、少人值守，應用地理信息系統(GIS)于輸電、變電和配電管理等業務。

（9）建立生產運營管理信息系統，如電網生產運行管理系統、設備檢修管理、變電站視頻監控系統等，以提高信息化水平和生產效率。

（10）設置覆蓋全網的智能傳感器，融合和集成新的量測、通訊、控制和決策技術，實現冶金電力系統管理的技術變革。

[1]劉振亞.智能電網技術[M].北京：中國電力出版社，2010.

[2]韓曉平.當能源充滿智慧[EB/OL].[2009-08-26].中國能源網.

[3]胡學浩.智能電網——未來電網發展的態勢[J].電網技術，2009（14）.

[4]陳樹勇，宋書芳，李蘭欣等.智能電網技術綜述[J].電網技術，2009（8）：33.

A Discussion on Smart Electric Grid Construction in Metallurgical Enterprises

YE Yuanlong
(The Engineering&Technology Co.,Ltd.of Masteel,Maanshan,Anhui 243000,China)

Smart gird has drawn great attention home and abroad and a new energy era represented by smart grid has come.The final objective of smart grid is to achieve economic, high-efficiency,reliable and safe operation of power grid,realize large-scale and high-efficiency utilization of energy including renewable energies and maximize economic,environmental and social benefits.Smart gird technology can be referred to in drawing up technical and management goals for the power grid development of metallurgical enterprises to achieve economic,environmental and social benefits.

smart power grid;characteristics;function;strategy

TM7

B

1006-6764(2014)01-0008-03

2013－03－15

葉遠龍（1964－），男，1986年畢業于上海電力學院電力系統及其自動化專業，主任工程師、高級工程師，長期從事冶金工程供配電專業設計研究工作。