浅谈电力负荷智能监控系统

　　1  问题的提出

　　针对我国目前的缺电情况，钢铁企业和其他一些用电大户实施电力需求侧（ＤＳＭ）电脑智能管理，在一定程度上能在峰平时段减少对电网的需用负荷，能适当缓解目前的缺电状况，企业也能减少用电需量费用支出。

　　电力系统的总负荷就是系统中所有用电设备消耗总功率的总和；将工业、农业、邮电、交通、市政、商业以及城乡居民所消耗的功率相加，就得电力系统的综合用电负荷；综合用电负荷加网络损耗的功率就是系统中各发电厂应供应的功率，称为电力系统的供电负荷（供电量）；供电负荷再加各发电厂本身消耗的功率（即厂用电），就是系统中各发电机应发的功率，称为系统的发电负荷（发电量）。

　　电力需求侧（ＤＳＭ）电脑智能管理系统可以自动检测电力、电量和电压质量，为用户开展能源审计，调整用电负荷，提高用电负荷率，实行均衡用电、节约用电、减少电费支出，提供了先进的技术手段。

　　2  系统总体设计

　　立项伊始，为了充分挖掘系统的功能，我们征求了各方面的需求，终对监控系统的主要功能达成如下共识：

　　（1）      监测电力系统运行的各个参数（有功功率、无功功率、电压、电流、功率因数），并提供参数报警功能。

　　（2）      提供运行的历史数据和历史曲线，可以查阅和打印。

　　（3）      厂内任何一台电脑，只要联入戚厂以太网，使用IE浏览器就能浏览现场数据。

　　（4）      具备自诊断功能，终端通讯异常，能够提供报警。

　　（5）      提供负荷运行需量实时曲线及趋势分析。需量按1分钟滑动时间计算，并且画面可设定需量计算的时间。

　　（6）      提供铸钢和铸铁的实时需量曲线，并获得每月的需量值。可以设置结算日期。

　　（7）      负荷超过设定需量时，预先提供报警。

　　（8）      能够为计算中心提供实时数据接口。

　　（9）      铸钢车间能够可靠浏览控制需量所需的画面，并获得需量越界的报警

　　（10）       根据报警类型的不同，有不同的报警声音。报警可以设置暂时关闭。

　　3  戚厂电力系统现状

　　戚厂的供电系统由供电局的两路35KV进线通过北厂降压站降压后通过南北厂两个开关室集中送往全厂。由于南北厂距离较远，直线距离大概有1公里左右，曲线距离就更远了；而北厂降压站与开关室则相距较近，约120米左右，所以初步确定在南北厂各设立一个现场采集站，彼此通过工厂现有的局域网相连，虽然没有专用网络的可靠程度，但可以极大的降低工程成本。由于铸钢车间是负荷控制的关键，它及时可靠的了解工厂负荷的变化情况，并及时采取措施规避高负荷是项目成功的关键所在，所以在铸钢工段设立了一个浏览终端，它同样连入工厂局域网内，可以随时获取现场数据。

　　现场数据需要在工厂局域网上发布，我们决定将服务器设置于北厂站。

　　4  现场数据采集站

　　从供电局送来的35KV电降压后经开关室输送到全厂各分变电室，我们需要采集从高压柜送到变电室的电缆上的电气参数（有功功率、无功功率、电压、电流、功率因数），从而可以获得电力系统运行情况的手资料。

　　由于工厂的电力系统都是高压系统，都配有电压互感器和电流互感器，把信号转变为0～100V的电压信号和0～5A的电流信号，所以我们仅需考虑如何测量这两种信号。

　　4.1  采用PCI数据采集板卡

　　每块板卡可以采集8～16个模拟量，甚至更多，如果搭配开关量输入输出板卡，则可以极大的提高采集通道的利用率，节省很大的成本。采用PCI数据采集板卡的采集过程示意图见图1。

　　采用PCI数据采集板卡的方式，导致系统变得很复杂，系统可靠性和测量都很差，成本相对较低。

　　4.2  采用电量采集传感器采集数据

　　一个数据需要一个传感器，采集后信号成为4～20mA的标准信号，这还不能直接传给计算机，现场必须配有数据采集器，将之转为数字信号，通过总线被计算机接受。这样每个点需要9个电量采集传感器，大约900元，数据采集器还不算在内。另外由于信号传输需要较多的线材，接线也比较麻烦，特别是功率变送器和功率因数变送器接线复杂而重复，安装工作量多而复杂。总体来说这种方式可以用，但不是。采用电量采集传感器采集数据的过程示意图见图2。

　　4.3  采用电力综合数据采集模块采集数据

　　这种方式结构简单，接线也简单，安装简便，通过一根双芯屏蔽线与计算机相连。系统可靠性高，事后维护简单。按成本计算一个模块大约900元，与前面两种基本相同，如果使用更好的带现场数据显示的仪表则成本太大，约2000元。但是如果模块坏的话，那只能更换整个模块，单次维修成本较高。采用电力综合数采模块采集数据的过程示意图见图3。

　　从实施成本、方案可行性、系统易维护性和系统安全性等方面综合分析，以上几种方式，第三种方式。

　　5  确定方案

 

　　

    

    电力综合数采模块我们选用了山东力创科技有限公司生产的EDA9033智能电量变送器，该产品经调查性能可靠，有成熟的设备驱动程序，便于软件组态，价钱也比较便宜。

　　软件方面我们选用了北京昆仑通态自动化软件科技有限公司的组态软件MCGS。

　　根据上述分析，终确定方案见图4：

　　6  实施后的效益分析

　　本项目2005年实施后至今运行良好，并且取得了极好的效益。

　　6.1  直接经济效益

　　依据供电公司用户电费统一发票（2005年5月需量为19740；2005年11月需量为18228），戚厂用电需量在项目投运前后降低1512 kW，而2005年5月至2005年11月戚厂增加电力负荷约1000kw左右，实际降低需量2512kw，全年减少基本电费支出90.432万元。

　　6.2  间接经济效益

　　依据曲线对比，峰时段避峰让电有效时间以每天1.5小时计，则每天移峰填谷电量可达2512kW×1.5h=3768kWh。

　　谷电价与峰、平电价平均降低值为：

　　[（0.882－0.236）+（0.529－0.236）]÷2=0.4575元/ kWh。

　　则每天减少电度电费支出=0.4575元/ kWh×3768kWh=1723.9元。

　　考虑到上夜班人数增加，每天多支出575元费用，则每天减少电度电费以1148.9元计，全年减少电度电费支出：

　　1148.9元/天×300天=34.46万元。（锻铸分厂近几年一直单休。）

　　两项合计，全年减少电费支出=90.432万元+34.46万元=124.89万元。

　　一年内即可收回投资。

　　6.3  管理效益和社会效益

　　（1） 为工厂加强用电成本管理，创造了必备的条件。对工厂进一步降低电成本从技术平台上有了很大的提高，提供了现代化的技术辅助手段。

　　（2） 为强化供用电设备管理，提供可靠的分析依据。在该项目的实施过程中，供电、用电单位各级人员在工厂电成本的构成上都是有了很大的了解，有利于控制成本。

　　（3） 该项目的实施有利于管、供、用单位形成统一，充分、合理地降低电成本，从过去的被动管理到现在的主动管理。通过现在的技术手段，用电单位在线了解用电指标，可以算了再用，改变了用了再算的做法。

　　（4） 社会效益。移峰填谷的电负荷，相当于效能电厂的发电负荷，可减少电力设备、设施的投入。

　　（5） 电网运行更加经济、合理。

　　　由于采用可控整流，交流侧电压与电流不同，因此整流负荷的功率因数较低而且是变动的。当控制角α 大时，功率因数很低，需由系统提供大量的无功功率，以避免在配电线路中大量传送无功功率。另外整流负荷取用的交流电流为非正弦波，其中含有大量的谐波，这些谐波在电力系统的设备中引起附加的发热、振动、噪声、干扰等，也会引起电容器的损坏，应设法加以抑制。晶闸管的开关时间为数微秒以下，为此产生无线电频带（0.6～1.6MHz）内的干扰波， 也应采取抑制措施。