能源優(yōu)化控制系統(tǒng)在杭鋼電網(wǎng)的應(yīng)用

董傳君（杭州鋼鐵集團(tuán)公司動(dòng)力公司，浙江杭州　310022）

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能源優(yōu)化控制系統(tǒng)在杭鋼電網(wǎng)的應(yīng)用

董傳君
（杭州鋼鐵集團(tuán)公司動(dòng)力公司，浙江杭州310022）

【摘要】通過能源優(yōu)化控制系統(tǒng)在杭鋼220 kV鋼鐵變應(yīng)用的實(shí)例，介紹了能源優(yōu)化控制系統(tǒng)的原理、系統(tǒng)方案等。并通過相關(guān)測試，證明了能源優(yōu)化控制系統(tǒng)在冶金企業(yè)產(chǎn)生的巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

【關(guān)鍵詞】能源優(yōu)化；負(fù)荷；電爐；經(jīng)濟(jì)效益

1　前言

企業(yè)電費(fèi)主要包括基本電費(fèi)（一般分為裝機(jī)容量計(jì)費(fèi)或最大需量計(jì)費(fèi)兩種）、電度電費(fèi)、力率調(diào)整費(fèi)等。杭鋼動(dòng)力220 kV鋼鐵變采用最大需量基本電費(fèi)計(jì)費(fèi)方式，按月申報(bào)。采用當(dāng)月15 min平均功率的最大值（MD）作為計(jì)算月基本電費(fèi)的依據(jù)。2010年杭鋼動(dòng)力220 kV鋼鐵變的最大需量值為11.8萬kW，月基本電費(fèi)值約472萬元。2011年初，由于220 kV鋼鐵變2#動(dòng)力變（63MVA）的投運(yùn)和4臺(tái)LF爐（7 MVA×4）的負(fù)荷移入，最大需量值增加到14萬kW，月基本電費(fèi)值達(dá)14×40=560萬元。龐大的電費(fèi)支出，使得有必要對整個(gè)變電所的用電進(jìn)行監(jiān)控，合理調(diào)節(jié)設(shè)備的功率，當(dāng)負(fù)荷存在疊加時(shí)適當(dāng)?shù)慕档湍承ιa(chǎn)不造成影響的設(shè)備功率，例如電弧爐，達(dá)到平抑負(fù)荷減少基本電費(fèi)支出的目的。

2　能源優(yōu)化系統(tǒng)概述及原理

能源優(yōu)化控制系統(tǒng)主要是針對用電設(shè)備復(fù)雜、負(fù)荷波動(dòng)劇烈、高耗電的大工業(yè)用戶，通過對用電負(fù)荷的優(yōu)化，實(shí)行“移峰填谷”。在不影響正常生產(chǎn)的前提下，使整個(gè)企業(yè)負(fù)荷峰值降低，減輕對電網(wǎng)的沖擊，降低最大需量，節(jié)約基本電費(fèi)，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。

能源優(yōu)化控制系統(tǒng)以企業(yè)總表的計(jì)量脈沖作為輸入信號，監(jiān)視整個(gè)企業(yè)的用電情況，根據(jù)內(nèi)部設(shè)定的算法，測試平均功率，如果有可能超過最大需量設(shè)定值，控制器將會(huì)在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)斷開或轉(zhuǎn)換到較低的負(fù)荷等級，功率峰值過后，將恢復(fù)正常負(fù)荷運(yùn)行，通過這種方式將負(fù)荷的峰值移至谷時(shí)，使企業(yè)的用電量盡量穩(wěn)定。

3　具體實(shí)施方案

在220 kV鋼鐵變2426線（220 kV進(jìn)線）安裝ODTEKS電能優(yōu)化控制系統(tǒng)一套，自動(dòng)控制電爐初煉爐（96 MVA）、精煉爐（18 MVA）及轉(zhuǎn)爐1#、2#、5#、6#LF爐（7 MVA×4）的變壓器有載分接開關(guān)檔位，降低最大需量，以減少基本電費(fèi)支出，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，降低線路損耗，節(jié)能降耗提高電氣設(shè)備的利用率。

3.1實(shí)施方案的前期準(zhǔn)備

在制訂實(shí)施方案前，首先對220 kV鋼鐵變關(guān)口電力負(fù)荷進(jìn)行測試。在220 kV變電站配電室內(nèi)安裝ODTEKS能源控制器，采集220 kV進(jìn)線柜上電表輸出的脈沖信號。控制器與電表之間采用電話線連接。在控制室內(nèi)放置一臺(tái)ODT能源優(yōu)化計(jì)算機(jī)，作為整個(gè)能源優(yōu)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)生產(chǎn)過程中的電力負(fù)荷數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)用專用的通訊線與控制器聯(lián)接。

圖1選取的時(shí)間點(diǎn)為2011年2月20日到2011年3月20日。通過實(shí)地掛機(jī)測試選取該月完整30天的數(shù)據(jù)，可以看出整條線路最大需量變化較大，其中最大值出現(xiàn)在2011年3月14日夜間23時(shí)37分，數(shù)值為120450 kW（與電力局電表時(shí)間、數(shù)值吻合）。圖中直線代表控制線112000 kW，從圖1中可以看到最大需量絕大部分時(shí)間在112000 kW以下，在這個(gè)30天的測量時(shí)間段內(nèi)大約有25個(gè)需量尖峰超過了112000 kW，可以將112000 kW作為最大需量控制的起點(diǎn)。

圖1　掛機(jī)測試最大需量波動(dòng)圖

圖2選取電表中出現(xiàn)的本月最大需量出現(xiàn)的日期2011年3月14日當(dāng)天的最大需量變化曲線圖，當(dāng)天有7個(gè)尖峰超過或接近112000 kW，導(dǎo)致一天甚至一個(gè)月的最大需量超出了8000多kW，造成了需要多支出基本電費(fèi)32萬元（8000 kW×40元/kW＝32萬元）。能源優(yōu)化控制系統(tǒng)就是削掉這一天24 h中所出現(xiàn)的這7個(gè)尖峰，達(dá)到我們所預(yù)期的最大需量不超過112000 kW的目的。

圖2　3月14日最大需量波動(dòng)圖

3.2系統(tǒng)方案的制訂

3.2.1杭鋼動(dòng)力220 kV鋼鐵變

在220 kV鋼鐵變增加一套能源優(yōu)化控制系統(tǒng)，系統(tǒng)圖見圖3。在中控室安裝負(fù)荷控制器、后臺(tái)計(jì)算機(jī)，對2801間隔（2426線）、3301間隔（電爐33 kV高配）、3891#柜（5#、6#LF爐）、3893#柜（1#、2#LF爐）進(jìn)行電力負(fù)荷檢測。上述電力負(fù)荷測試數(shù)據(jù)送入后臺(tái)機(jī)和負(fù)荷控制器，以顯示實(shí)際電力負(fù)荷數(shù)據(jù)及曲線，經(jīng)負(fù)荷控制器軟件處理，提供電力負(fù)荷趨勢曲線。根據(jù)最大需量目標(biāo)值設(shè)定電力負(fù)荷控制曲線，與電力負(fù)荷趨勢曲線比較自動(dòng)生成調(diào)整電爐初煉爐（96 MVA）直流輸出的冶煉檔位指令，通過通訊系統(tǒng)進(jìn)入電爐公司初煉爐（96 MVA）直流調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)降檔冶煉。如果實(shí)時(shí)電力負(fù)荷超過設(shè)定值，負(fù)荷控制器會(huì)在15 min內(nèi)做出調(diào)整，發(fā)出指令對電爐初煉爐直流輸出的冶煉檔位進(jìn)行調(diào)整。初步設(shè)定電爐初煉變減檔分三個(gè)檔次：第一檔下調(diào)8000 kW，第二檔下調(diào)12000 kW，第三檔下調(diào)16000 kW。由于精煉變、轉(zhuǎn)爐LF爐負(fù)荷相對較小，本次暫未介入系統(tǒng)。

圖3　220 kV鋼鐵變供電系統(tǒng)能源優(yōu)化結(jié)構(gòu)圖

3.2.2電爐公司

在電爐公司初煉爐控制室安裝中間控制箱，以接受有載開關(guān)檔位調(diào)整信號。修改電爐初煉爐的控制軟件程序，使有載開關(guān)檔位調(diào)整信號能順利進(jìn)入原控制系統(tǒng)并發(fā)出指令。電爐中間控制箱通過光纖用以接收鋼鐵變負(fù)荷控制器發(fā)出的負(fù)荷調(diào)節(jié)信號。電爐控制器PLC在接收到信號后，在電爐允許的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)微調(diào)電弧爐功率，使負(fù)荷減少，減少的用電功率對生產(chǎn)沒有影響。當(dāng)優(yōu)化系統(tǒng)監(jiān)測到全廠的這個(gè)尖峰用電時(shí)刻已過去時(shí)自動(dòng)釋放掉對電爐的控制信號，電爐恢復(fù)到初始運(yùn)行狀態(tài)。

4　實(shí)施效果

能源優(yōu)化系統(tǒng)于2011年8月下旬投入運(yùn)行，在9月1日至20日的裝置調(diào)試運(yùn)行情況。9月1日最大需量參數(shù)設(shè)置在112000 kW，動(dòng)作時(shí)間每檔間隔15 s，第一檔調(diào)8000 kW，第二檔調(diào)12000 kW，第三檔調(diào)16000 kW。運(yùn)行至9月16日，由于電爐生產(chǎn)的鐵水條件無法保證，其他生產(chǎn)工藝條件發(fā)生變化，電爐初煉爐開關(guān)動(dòng)作加多，影響了生產(chǎn)，最大需量一度突破至112600 kW。為此，將設(shè)定參數(shù)調(diào)整為112500 kW，動(dòng)作時(shí)間每檔間隔30 s，第一檔調(diào)4000 kW，第二檔調(diào)6000 kW，第三檔調(diào)8000 kW運(yùn)行（未投入）。在整個(gè)調(diào)試運(yùn)行階段優(yōu)化控制裝置運(yùn)行穩(wěn)定正常，自動(dòng)調(diào)整負(fù)荷技術(shù)可行，效果明顯可控。

220kV優(yōu)化控制系統(tǒng)自2011年9月份正式投入運(yùn)行，第一次計(jì)量時(shí)間為2011年9月25日至10 月24日，最后一次計(jì)量時(shí)間為2013年3月25日至4月24日，中間曾因電爐公司檢修或停產(chǎn)等因素中斷。能源優(yōu)化控制系統(tǒng)投入運(yùn)行效果如表1。

表1　能源優(yōu)化控制系統(tǒng)效果表

從表1可看出，2011年9月至2013年4月期間，共計(jì)量15次，累計(jì)節(jié)約外購電費(fèi)201萬元。其中，2012年4月25日~7月24日，2012年12月25日~2013年1月24日，由于電爐公司檢修的因素中斷計(jì)量4個(gè)月，但實(shí)際上該4個(gè)月內(nèi)節(jié)約外購電費(fèi)較之更為明顯。采用能源優(yōu)化控制系統(tǒng)后，平均每月需量實(shí)際下降至為3.35 MW，平均每月經(jīng)濟(jì)效益約為13.4萬元，平均每年節(jié)約外購電費(fèi)約為160萬元。

5　結(jié)語

冶金行業(yè)設(shè)備由于功耗較大，負(fù)荷波動(dòng)比較劇烈，不僅對電網(wǎng)和用電設(shè)備造成沖擊，還給用戶的基本電費(fèi)造成浪費(fèi)。由于能源優(yōu)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用，在電爐初煉爐和精煉爐同時(shí)大負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)，及時(shí)自動(dòng)調(diào)整冶煉檔位，降低沖擊負(fù)荷，對穩(wěn)定供電系統(tǒng)有明顯好處，對用電設(shè)備提供了穩(wěn)定電源。同時(shí)，高溫季節(jié)，在不影響電爐公司生產(chǎn)的前提下，合理降低用電負(fù)荷，也起到了讓電于民的社會(huì)效益。但就目前來看，能源優(yōu)化系統(tǒng)雖然技術(shù)上已經(jīng)非常成熟，但在杭鋼的應(yīng)用中還是出現(xiàn)了一些小問題，如計(jì)算機(jī)死機(jī)、有時(shí)會(huì)出現(xiàn)調(diào)檔過頻繁、對生產(chǎn)造成一定影響等問題。在以后的工作中，需要不斷地予以提高。

Application of Energy Optimization Control System in the Power Grid of Hangzhou Steel

DONG Chuanjun
(The Power Supply Company of Hangzhou Iron and Steel Group, Hangzhou, Zhejiang 310022, China)

【Abstract】Through the case of application of energy optimization control system in the 220 kV transformer of Hangzhou Steel, the principle and system solution of the energy optimization control system are introduced. The significant economic and social benefit brought by the energy optimization control system to steelmaking enterprises has been proven by related tests.

【Keywords】energy optimization; load; electric furnace; economic benefit

作者簡介：董傳君（1981－），男，2004年畢業(yè)于鞍山科技大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事電氣專業(yè)技術(shù)管理工作。

收稿日期：2015－06－23

【中圖分類號】TK018

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號】1006-6764(2015)10-0004-03