电力需量计量负荷平衡控制系统开发应用

张奇

（山东省冶金科学研究院，山东济南 250014）

信息化建设

电力需量计量负荷平衡控制系统开发应用

张奇

（山东省冶金科学研究院，山东济南 250014）

通过建立高速、双向、实时、集成的通信系统，应用潮流模型分析、瞬时动态响应等技术，利用独立的电网负荷平衡控制系统，电网冲击负荷由69万kW降低到48.3万kW，缩短了负荷快切的全响应时间，增强厂区电网安全稳定运行的可靠性，年节约电费5 000万元。

电力；需量计量；平衡控制；负载率；冲击负荷

1 前言

据统计，济钢实行两部制电价制度，目前平均总受电负荷在装机容量的30%左右。随着产能的降低，变压器的负载率低下，若继续实行此方式会产生巨大的资源浪费。需通过改变原有的计费方式，执行需量计费标准，实施独立的电网负荷平衡控制系统，有效地抑制冲击负荷，实现最大需量不超过设定上限值并且要保证生产，从而达到节省电费的目标。瑞宝电气受济钢委托开发应用了电力需量计量负荷平衡控制系统，保证了济钢总需要负荷正常运行，增强厂区电网的稳定性。

2 系统技术实施

2.1 网络架构

系统主要采用分布式网络通讯技术和调度管理系统技术，具有高度的分散性、可靠性、扩展性和可用性等特点。网络架构考虑两层网络：L1层基础自动化系统和L2层管理信息网络系统。

根据基础数据，初步考虑网络系统由若干个子站组成一个光纤环网，选用工业级交换机。底层数据采集和控制系统采用PLC。信息层选用界面友好软件，实现电力系统的能源数据分析和需量管理等功能。

基础自动化网络系统用于连接服务器、实时/历史数据库、工程师站、各PLC监控子站等。管理信息网络系统用于连接服务器、操作员站、实时/历史数据库服务器、网络打印机等。为保证系统的高速可靠性，主干网络采用1 000 M配置，交换机与服务器、操作员站、PLC控制站为100 M配置。

为保证负荷稳控系统的采样数据安全实时的性能指标，在本系统涉及的各站内，新建1套光纤网络，采取光纤环网通讯结构，各个主站与能源管控中心组建双环光纤1 000 M网络，各子站根据供电区域的划分，分别采用单光纤环网的方式接入各自的区域主站内。光纤采用单模铠装8芯室外光纤。要求光纤敷设全程单线穿管、分路敷设。保证负荷稳控系统满足济钢需量控制的可持续性发展的需求，所有主站进出线回路、母联柜的模拟量及开关状态得到全面监视。

负荷稳控系统配置要求：软件系统按照双服务器冗余配置，在生产部总调度室、能源动力厂能源管控中心、二降压辅站、三降压、五降压、六降压、七降压、各分厂调度室等共设立30个客户端，实现需量越限的报警及需量管理数据的查看工作。在负荷稳控中心设立2台冗余数据服务器、1台应用服务器，实现数据的采集及处理功能，同时设立2台工程师站，实现系统的设定及维护功能，设立2台WEB服务器，实现数据的网页发布，便于各级领导通过互联网实时查看相关数据，且具备相应的权限管理功能。

2.2 数据采集处理

目前，济钢总厂区电能采集数据来自高压微机保护装置，多数数据为计算数据而非直接计量数据，不能满足智能化电网优化稳控系统的实时性、准确性及计费规则的要求，对1#～7#降压站所有回路及分厂重要出线回路进行电能需量计量改造。

采集层采用智能电网IEC61850规约接收各降压站配电系统需量等能源计量信息、设备运行信息，完成数据采集、定时存储等功能，所有数据的刷新速度应达到秒级，其中各智能采集装置的需量采集和网络传输是毫秒级。系统采集和计算参数包含各进线回路总容量，馈电回路当前使用量，回路剩余电量，主要设备的运行状态、耗电情况和需求（包括在启动、轻载、正常负载和重载等情况下的功率），一级、二级，三级负载的具体运行状态等。根据现场情况，增加带有需量测量的智能采集装置，并且重要断路器需具有分合闸辅助触点以便能够将状态送到需量管理系统，并且三级负荷等需具备远程分闸功能，以便操作人员进行远程控制。

系统各降压站、各主要回路的需量进行分类统计、计算，包括各降压站运行负荷瞬时值、负荷剩余值、小时累积量、日累积量、月累积量、年累积量，各大型负载设备的负荷情况的计算及数据分析处理等，并定时保存。

2.3 系统控制策略

2.3.1 建立高速、双向、实时、集成的通信系统

建立高速、双向、实时、集成的通信系统是实现济钢电网经济性优化负荷稳控系统的基础，没有这样的通信系统，任何实时需量的特征都无法实现。高速、双向、实时、集成的通信系统使电力需量管理系统成为一个动态的、实时信息和电力交换互动的大型的基础设施，可以提高济钢智能电网的供电可靠性和资产的利用率。

以能源管控中心为核心，将各个主站及能源中心通过双光纤环网进行连接。各主站采用通讯管理机作为数据采集终端，将综合保护器的数据通过单光纤环网传送至主站PLC。各子站也是采用通讯管理机作为数据采集终端，将综合保护器的数据通过单光纤环网传送至相应的主站，子站的PLC单元作为执行终端来控制负荷的启停，如图1所示。

图1 通讯系统闭环控制流程

技术上采用闭环控制策略，把负荷馈线保护装置内负荷状态数据及开断状态通RS485通讯协议传输到相应的通讯管理机，完成负荷状态数据的采集，并把采集到的数据通过光纤传输到主站PLC。当出现最大需量预测超越设定上限时，在生产部总调度室、能源动力厂能源管控中心、各相关分厂调度室及主站控制室，系统发出音响提示，并自动弹出报警画面和下步动作提示信息。优先由调度通知生产岗位限负荷，超时由系统自动实现负荷分级切除，智能选择预切负荷的范围和大小。闭环控制策略、高速、双向、实时、集成的通信系统和采用光纤通讯大大缩短了负荷快切的全响应时间，增强厂区电网安全稳定运行的可靠性。

2.3.2 潮流模型分析、瞬时动态响应技术

潮流模型分析、瞬时动态响应技术是指智能化电网优化稳控系统中分析、诊断和预测状态并确定和采取适当的措施以消除、减轻和防止需量失衡和电能质量扰动的装置和算法。这些技术将提供对输电、配电和用户侧的控制方法并且可以管理整个电网的有功和无功。监测基本的元件，提供及时和适当的响应并且对事件进行快速的诊断，提高电力资产的管理水平。

2.3.3 工程项目实施

通过对厂区所有高压发、配、用电系统深入调研，将1 300路高压负荷分成三大类，第一类为只监测，不控制，共388路，分布在1#～7#总降压站；第二类为既监测，又控制，共122路，分步在各分厂高压配电室内；剩余的为第三类，既不监测，又不控制。

对第一类负荷，实现对电能数据的实施监测，数据上传等功能；对第二类负荷，实现对各个用电回路电能数据的实施监测，数据上传，负荷控制等功能，同时将122路负荷按重要程度分为三级，根据能源管控中心发出的控制指令逐级响应，实现实时需量的智能控制。

能源管控中心作为智能化电网优化稳控系统的中枢大脑，对52个监测、监控子站上传的实时数据进行记录、分析、计算、报警，并根据实时负荷与需量设定值之差，按预先设定的负荷分级策略，自动设定将要受控的子站回路，并给出建议，传达给调度人员，既可采用人工方式，又可采用自动方式。

当出现最大需量预测超越设定上限时，系统发出音响提示，并自动弹出报警画面和下步动作提示信息。优先由调度通知生产岗位限负荷，超时由系统自动实现负荷分级切除。智能选择预切负荷的范围和大小，科学合理的逻辑程序判断和采用光纤通讯大大缩短了切除负荷全响应时间，增强厂区电网安全稳定运行的可靠性［1］。

3 结语

电力需量计量负荷平衡控制系统应用后，缩短了负荷快切的全响应时间，增强厂区电网安全稳定运行的可靠性，整体优化厂区供配电系统，冲击负载由69万kW降低到48.3万kW，主变压器的基本电费由容量计费改为需量计费后年度节约电费5 000万元。

［1］钢铁企业电力设计手册.钢铁企业电力设计手册［M］.北京：冶金工业出版社.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

张奇，男，1980年生，2004年毕业于东北师范大学电气自动化专业。现为山东省冶金科学研究院电气工程师，从事高低压盘柜设计、电能质量等工作。