電力需量計量負荷平衡控制系統開發應用

張奇

（山東省冶金科學研究院，山東濟南 250014）

信息化建設

電力需量計量負荷平衡控制系統開發應用

張奇

（山東省冶金科學研究院，山東濟南 250014）

通過建立高速、雙向、實時、集成的通信系統，應用潮流模型分析、瞬時動態響應等技術，利用獨立的電網負荷平衡控制系統，電網沖擊負荷由69萬kW降低到48.3萬kW，縮短了負荷快切的全響應時間，增強廠區電網安全穩定運行的可靠性，年節約電費5 000萬元。

電力；需量計量；平衡控制；負載率；沖擊負荷

1 前言

據統計，濟鋼實行兩部制電價制度，目前平均總受電負荷在裝機容量的30%左右。隨著產能的降低，變壓器的負載率低下，若繼續實行此方式會產生巨大的資源浪費。需通過改變原有的計費方式，執行需量計費標準，實施獨立的電網負荷平衡控制系統，有效地抑制沖擊負荷，實現最大需量不超過設定上限值并且要保證生產，從而達到節省電費的目標。瑞寶電氣受濟鋼委托開發應用了電力需量計量負荷平衡控制系統，保證了濟鋼總需要負荷正常運行，增強廠區電網的穩定性。

2 系統技術實施

2.1 網絡架構

系統主要采用分布式網絡通訊技術和調度管理系統技術，具有高度的分散性、可靠性、擴展性和可用性等特點。網絡架構考慮兩層網絡：L1層基礎自動化系統和L2層管理信息網絡系統。

根據基礎數據，初步考慮網絡系統由若干個子站組成一個光纖環網，選用工業級交換機。底層數據采集和控制系統采用PLC。信息層選用界面友好軟件，實現電力系統的能源數據分析和需量管理等功能。

基礎自動化網絡系統用于連接服務器、實時/歷史數據庫、工程師站、各PLC監控子站等。管理信息網絡系統用于連接服務器、操作員站、實時/歷史數據庫服務器、網絡打印機等。為保證系統的高速可靠性，主干網絡采用1 000 M配置，交換機與服務器、操作員站、PLC控制站為100 M配置。

為保證負荷穩控系統的采樣數據安全實時的性能指標，在本系統涉及的各站內，新建1套光纖網絡，采取光纖環網通訊結構，各個主站與能源管控中心組建雙環光纖1 000 M網絡，各子站根據供電區域的劃分，分別采用單光纖環網的方式接入各自的區域主站內。光纖采用單模鎧裝8芯室外光纖。要求光纖敷設全程單線穿管、分路敷設。保證負荷穩控系統滿足濟鋼需量控制的可持續性發展的需求，所有主站進出線回路、母聯柜的模擬量及開關狀態得到全面監視。

負荷穩控系統配置要求：軟件系統按照雙服務器冗余配置，在生產部總調度室、能源動力廠能源管控中心、二降壓輔站、三降壓、五降壓、六降壓、七降壓、各分廠調度室等共設立30個客戶端，實現需量越限的報警及需量管理數據的查看工作。在負荷穩控中心設立2臺冗余數據服務器、1臺應用服務器，實現數據的采集及處理功能，同時設立2臺工程師站，實現系統的設定及維護功能，設立2臺WEB服務器，實現數據的網頁發布，便于各級領導通過互聯網實時查看相關數據，且具備相應的權限管理功能。

2.2 數據采集處理

目前，濟鋼總廠區電能采集數據來自高壓微機保護裝置，多數數據為計算數據而非直接計量數據，不能滿足智能化電網優化穩控系統的實時性、準確性及計費規則的要求，對1#～7#降壓站所有回路及分廠重要出線回路進行電能需量計量改造。

采集層采用智能電網IEC61850規約接收各降壓站配電系統需量等能源計量信息、設備運行信息，完成數據采集、定時存儲等功能，所有數據的刷新速度應達到秒級，其中各智能采集裝置的需量采集和網絡傳輸是毫秒級。系統采集和計算參數包含各進線回路總容量，饋電回路當前使用量，回路剩余電量，主要設備的運行狀態、耗電情況和需求（包括在啟動、輕載、正常負載和重載等情況下的功率），一級、二級，三級負載的具體運行狀態等。根據現場情況，增加帶有需量測量的智能采集裝置，并且重要斷路器需具有分合閘輔助觸點以便能夠將狀態送到需量管理系統，并且三級負荷等需具備遠程分閘功能，以便操作人員進行遠程控制。

系統各降壓站、各主要回路的需量進行分類統計、計算，包括各降壓站運行負荷瞬時值、負荷剩余值、小時累積量、日累積量、月累積量、年累積量，各大型負載設備的負荷情況的計算及數據分析處理等，并定時保存。

2.3 系統控制策略

2.3.1 建立高速、雙向、實時、集成的通信系統

建立高速、雙向、實時、集成的通信系統是實現濟鋼電網經濟性優化負荷穩控系統的基礎，沒有這樣的通信系統，任何實時需量的特征都無法實現。高速、雙向、實時、集成的通信系統使電力需量管理系統成為一個動態的、實時信息和電力交換互動的大型的基礎設施，可以提高濟鋼智能電網的供電可靠性和資產的利用率。

以能源管控中心為核心，將各個主站及能源中心通過雙光纖環網進行連接。各主站采用通訊管理機作為數據采集終端，將綜合保護器的數據通過單光纖環網傳送至主站PLC。各子站也是采用通訊管理機作為數據采集終端，將綜合保護器的數據通過單光纖環網傳送至相應的主站，子站的PLC單元作為執行終端來控制負荷的啟停，如圖1所示。

圖1 通訊系統閉環控制流程

技術上采用閉環控制策略，把負荷饋線保護裝置內負荷狀態數據及開斷狀態通RS485通訊協議傳輸到相應的通訊管理機，完成負荷狀態數據的采集，并把采集到的數據通過光纖傳輸到主站PLC。當出現最大需量預測超越設定上限時，在生產部總調度室、能源動力廠能源管控中心、各相關分廠調度室及主站控制室，系統發出音響提示，并自動彈出報警畫面和下步動作提示信息。優先由調度通知生產崗位限負荷，超時由系統自動實現負荷分級切除，智能選擇預切負荷的范圍和大小。閉環控制策略、高速、雙向、實時、集成的通信系統和采用光纖通訊大大縮短了負荷快切的全響應時間，增強廠區電網安全穩定運行的可靠性。

2.3.2 潮流模型分析、瞬時動態響應技術

潮流模型分析、瞬時動態響應技術是指智能化電網優化穩控系統中分析、診斷和預測狀態并確定和采取適當的措施以消除、減輕和防止需量失衡和電能質量擾動的裝置和算法。這些技術將提供對輸電、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。監測基本的元件，提供及時和適當的響應并且對事件進行快速的診斷，提高電力資產的管理水平。

2.3.3 工程項目實施

通過對廠區所有高壓發、配、用電系統深入調研，將1 300路高壓負荷分成三大類，第一類為只監測，不控制，共388路，分布在1#～7#總降壓站；第二類為既監測，又控制，共122路，分步在各分廠高壓配電室內；剩余的為第三類，既不監測，又不控制。

對第一類負荷，實現對電能數據的實施監測，數據上傳等功能；對第二類負荷，實現對各個用電回路電能數據的實施監測，數據上傳，負荷控制等功能，同時將122路負荷按重要程度分為三級，根據能源管控中心發出的控制指令逐級響應，實現實時需量的智能控制。

能源管控中心作為智能化電網優化穩控系統的中樞大腦，對52個監測、監控子站上傳的實時數據進行記錄、分析、計算、報警，并根據實時負荷與需量設定值之差，按預先設定的負荷分級策略，自動設定將要受控的子站回路，并給出建議，傳達給調度人員，既可采用人工方式，又可采用自動方式。

當出現最大需量預測超越設定上限時，系統發出音響提示，并自動彈出報警畫面和下步動作提示信息。優先由調度通知生產崗位限負荷，超時由系統自動實現負荷分級切除。智能選擇預切負荷的范圍和大小，科學合理的邏輯程序判斷和采用光纖通訊大大縮短了切除負荷全響應時間，增強廠區電網安全穩定運行的可靠性［1］。

3 結語

電力需量計量負荷平衡控制系統應用后，縮短了負荷快切的全響應時間，增強廠區電網安全穩定運行的可靠性，整體優化廠區供配電系統，沖擊負載由69萬kW降低到48.3萬kW，主變壓器的基本電費由容量計費改為需量計費后年度節約電費5 000萬元。

［1］鋼鐵企業電力設計手冊.鋼鐵企業電力設計手冊［M］.北京：冶金工業出版社.1996.

Development and Application of Measurement Load Balance Control System for Electric Power Demand

ZHANG Qi
（Shandong Metallurgical Research Institute,Jinan 250014,China）

Based on the integration of high-speed with two-way and real-time for communication system,analysis and application on power flow model with instantaneous dynamic response technology were taken.Using the grid load balancing control system independently,the power impact load on grid can effectively be inhibited.It was decreased to 483 thousand kW from 690 thousand kW. The response time for faster load cutting was shorten,the reliability of safe and stable operation was enhanced for power plant.The electricity spending was saved by 50 million Yuan annually.

power;electric power demand;balance control;load rate;impact load

TP273

B

1004-4620（2017）01-0052-02

2016-06-22

張奇，男，1980年生，2004年畢業于東北師范大學電氣自動化專業。現為山東省冶金科學研究院電氣工程師，從事高低壓盤柜設計、電能質量等工作。