鋼鐵廠負荷穩控電能質量在線監測系統的開發與應用

劉悅

（山東商業職業技術學院，山東濟南250014）

鋼鐵廠負荷穩控電能質量在線監測系統的開發與應用

劉悅

（山東商業職業技術學院，山東濟南250014）

鋼鐵廠所用大多是非線性負荷，造成區域電網波形畸變、電壓波動、閃變、晃電等一系列電能質量問題。針對這種情況，采用在線監測技術，建立負荷穩控電能質量（PQ）在線監測系統，可實時采集企業配電網的運行數據，并對數據進行管理和分析。保證了鋼鐵企業配電網的安全運行，降低了用電成本。

電能質量（PQ）；負荷穩控；在線監測；節能

1　前　言

鋼鐵企業所用負荷多為軋機、電弧爐、中頻爐、電葫蘆、整流設備、換流設備、變頻器等非線性負荷，此類負荷的積聚造成了電力系統電壓畸變、電流畸變、電壓波動、閃變、晃電以及三相不平衡等嚴重的電能質量問題。這些問題不僅導致大量的電能損耗，而且直接影響到電力系統的穩定運行和用電設備的安全。近年來，鋼鐵行業普遍產能過剩，適時淘汰落后的電氣設備、更換節能型變壓器和電網改造等節能降耗措施更是被提到首要議程。因此，鋼鐵行業需加大電力需求側管理水平，建立完備的電能質量在線監測機制，通過強化區域電網的電能質量在線監測，提升鋼鐵行業優化電能效率，良好控制負荷優化組合穩定運行，發展節能型鋼鐵工業，提高新型鋼鐵企業的用電經濟性、安全性和高效性。

2　負荷穩控電能質量在線監測系統的應用

負荷穩控電能質量在線監測可廣泛應用于鋼鐵、石油、煉化、醫藥等大型企業生產的各個方面。首先，負荷穩控電能質量在線監測數據可應用于傳統變電站向智能變電站建設中的優化設計，根據在線監測諧波參數，對變電站所用變壓器、電容補償、諧波處理、電壓穩定裝置等電氣參數進行電能質量綜合分析，確定參數的合理與否。其次，負荷穩控電能質量在線監測系統可詳細記錄電力系統事故發生前后及事故期間的所有波形和數據，根據這些波形和數據，評估事故過程中電網的表現，捕捉一切瞬時事件，詳盡分析事故原因，準確定位故障點。另外，該系統可用于評價電網區域性污染程度，考量大功率沖擊性負荷瞬間尖峰導致的高附加電費，解決沖擊性負荷對電網造成的頻繁擾動，減少企業電能損失。最后，負荷穩控電能質量在線監測系統可用于尋找電能質量污染源，區分污染責任，做到職責分明。

3　負荷穩控電能質量在線監測管理系統

3.1構建智能在線監測網絡

負荷穩控電能質量監測管理系統的網絡構建由各現場監測終端、各區域子站和能源管控中心三部分構成，通過梯度分層、分權限實現對企業電網電能質量的分析和管理（見圖1和圖2）。

用于現場監測的監測終端，其主要功能是實現電能質量指標的實時監測和數據上傳；各區域子站點負責管理所轄子站內的電能質量狀況，上報地區電能質量數據分析報告；能源管控中心由該中心數據庫服務器、WEB服務器和管理終端組成，負責管理主網構架，并對系統電能質量影響較大的點和子站以及電能質量污染嚴重的網點進行信息篩選，最后形成企業區域電網電能質量綜合分析評估報告。

圖1　電能質量分級管理體系

圖2　電能質量在線監測子系統

3.2移植PQ在線監測子集

將電能質量（PQ）在線監測子集成功移植入智能變電站聯網運營，是負荷穩控系統整體運行的關鍵環節。該子集采用DSP技術和WIN8改進操作平臺，建立多兼容性的高速實時諧波分析及故障錄波測試系統，具有多窗口同時遠程配置、權限共享更新調用數據等智能通訊功能。單子集測試可拓撲8個電流通道，每個通道的采樣率為每周波256點，多子集協同可設置監測屏。

在子集移植中，電壓電流通過高精度傳感器轉換成電壓信號，經過專項定制的抗混疊濾波器濾波，通過DSP及FPGA進行高速實時數據采集，由USB2.0數據總線與工業控制卡進行數據交換，進而實現在各類型復雜負荷按需穩定運行的背景下，對區域電網電能質量數據進行全天候不間斷的監測、記錄、運算和合成。

3.2開發負荷穩控PQ監管軟件

負荷穩控PQ監管軟件的開發是依據國標和IEC相關標準，結合國家電網電能質量管理工作的實際，開發的一套完整的負荷穩控電能質量監測管理軟件平臺。主要亮點如下：

1、終端導航功能

按照鋼鐵企業電網各個級別分別進行展開，逐級找到對應的變電站和監測終端，點擊測試終端，可以查看終端的詳細配置信息、事件列表、趨勢圖、統計報表等。

2、查看報表功能

主要有：日報表、月報表、年報表。

系統針對某一母線或者線路的數據進行報表查詢、統計和分析。數據類型包括諧波的超標數據、正常數據、綜合數據、閃變數據等，還可以根據客戶需求，靈活定制報表。報表支持OFFICE數據格式兼容。

3、瞬態事件分析

瞬態事件分析主要針對電壓驟升、電壓驟降、電壓短時中斷等事件進行錄波，進而進行調用分析，以圖表的方式給出事件過程的細節分析及影響分析。

4、用戶賬號管理

系統可對用戶賬號進行查看、修改密碼、修改相關賬號信息等。

5、系統管理功能

系統可以進行賬號管理、行政單位管理、變電站管理、監測終端、菜單管理。為了保證系統正常運行，現僅允許超級管理員進入。超級管理員可以進行賬號設置，可以添加、修改、刪除賬號信息，可以設置新的角色、權限等。

6、專家管理

專家系統由數據分析、分析報告瀏覽等兩個子系統組成。通過歷史數據的分析，專家系統可以形成一些結論性的報告。更有利于分析電網狀況和缺陷原因。數據分析子系統將歷史數據庫中的數據進行各項指標分析，可以對某一監測點進行分析，也可以對局域網進行分析，按不同的需求進行不同性質的分析，有概率分析、趨勢分析、統計分析、比較分析等等，最后形成一定風格的電能質量指標分析報告存于歷史數據庫中，供各類有權限人員查詢。

7、接口應用軟件

負責與其他廠商的監測系統進行對接，實現信息及資源共享。分為兩種運行模式：被動模式，用于把本套系統的數據傳給其他廠商的監測系統，本套系統相當于下級監控中心，其他廠商相當于上級監控中心；主動模式，用于接其他廠商監測系統的數據輸入到本套系統中，這樣其他廠商相當于下級監控中心，而本套系統則是上級監控中心。本系統的接口應用功能實現了數據共享以及不同廠商之間設備的無縫接入。

4結語

通過構建負荷穩控電能質量在線監測系統，可及時清楚的了解鋼鐵廠電網運行狀況和所有設備的用電狀況，尤其是大功率沖擊性負荷運行帶來的擾動，發現設備運行隱患和高耗能點，合理分配電能使用時間，錯開用電高峰，同時可促進企業提高電能質量，以此提高電能利用效率，節能降耗，實現鋼鐵廠電能質量全系統管理，保證企業以最低成本完成正常用電秩序。負荷穩控電能質量在線監測系統為大區域企業供配電網負荷穩控運行提供了精確的數據保證和完整趨勢分析，其在濟南鋼鐵股份有限公司的成功應用，為冶金、煉化等行業提供了新的有力借鑒。

編輯：馮惟榘

Development and Application of Load Stability Control On-line Monitoring System of Power Quality in Iron and Steel Factory

LIU Yue
（Shandong Metallurgical Science Research Institute，Jinan Shandong 250014）

Iron and steel enterprise mostly uses nonlinear load，which causes a series of power quality problems，such as waveform distortion and voltage fluctuation and flicker.According to this condition，load stability control on-line monitoring system of power quality used on-line monitoring technology was established，which can real-timely collect operation data of enterprise distribution network and perform data manage and data analysis.It guarantees safe operation of iron and steel enterprise distribution network and decreases the cost of using power.

Power quality；Load stability control；online monitoring；energy saving

F326

A

2095-7327（2016）-01-0048-03

劉悅（1981-）女，山東菏澤人，山東商業職業技術學院教師，碩士，研究方向：電力系統及其自動化。