钢铁企业智能电力系统功能与运行架构研究.pdf

第 3 5卷第 3期 2 0 1 1年 5月 台 金自 动 化 Me t a l l u r g i c a l I n d u s t r y Au t o ma t i o n Vo 1 3 5 No 3 Ma v 201 1 综 述 与评 论 钢铁企业智能 电力 系统功能与运行架构 研究 张玉庆 ， 孙彦广 ( 冶金 自动化研究设计院， 北京 1 0 0 0 7 1 ) 摘要： 针对钢铁企业电力系统安全稳定运行、 提高电能质量和经济运行的目标， 将钢铁企业电力系统发电、 配电 和用电三个环节作为一个有机整体考虑， 讨论了钢铁企业电力系统的技术需求， 分析了钢铁企业智能电力系统 的主要功能 ， 包 括在线安全预警和决策支持 、 基于定制 电力系统 的电能质量控制 、 发 电成本 优化 、 配电 网络重构 和负荷管理控制等。借鉴电力系统混成控制理论思想， 给出了钢铁企业智能电力系统的运行架构， 包括最高决 策指挥层 、 中间处理与操作层 、 底层 、 离线与在线分析及数据采集与监控 。 关键 词： 钢铁企业 ； 智能电力 系统 ； 智能电网 中图分类号： T K 0 1 8 ； T M 7 1 ； F 4 0 7 3 文献标志码： A文章编号： 1 0 0 0 - 7 0 5 9 ( 2 0 1 1 ) 0 3 - 0 0 0 8 - 0 6 Fu nc t i o n a n d o pe r a t i o n f r a m e r e s e a r c h o f i nt e l l i g e nt po we r s y s t e m f o r i r o n a nd s t e e l e n t e r p r i s e s Z HANG Yu q i n g，S UN Ya n Gu a n g ( A u t o m a t i o n R e s e a r c h a n d D e s i g n I n s t i t u t e 0 l Me t a l l u r g i c a l I n d u s t r y ， B e i j i n g 1 0 0 0 7 1 ， C h i n a) Abs t r a c t ：I n t hi s p a p e r ，a s f o r t h e a i m o f s t a b l e，h i g h q u a l i t y a n d e c o n o mi c o p e r a t i o n o f p o we r s y s t e m i n i r o n a n d s t e e l e n t e r p r i s e s ，c o n s i d e r i n g t he p o we r g e n e r a t i o n，d i s t rib u t i o n a n d ri s e a s o n e i n t e g rit y， t he t e c h n o l o g y de ma n d s o f p o we r s y s t e m a r e d i s c u s s e d，t h e ma i n f u n c t i o n s o f i nt e l l i g e n t p o we r s y s t e m for i r o n a n d s t e e l e n t e r p ri s e a r e a n a l y z e d，i n c l u d i n g e a r l y w a r n i n g a n d s e c u r i t y c o u n t e r me a s u r e ， DFACT S b a s e d p o we r q u a l i t y c o n t r o l ，p o we r g e n e r a t i o n c o s t o p t i mi z a t i o n，d i s t r i bu t i o n n e t wo r k r e c o n s t r u c t i o n，l o a d ma n a g e me n t a n d c o n t r o 1 Ba s e d o n h y b rid p o we r s y s t e m c o n t r o l t he o r y，t h e o p e r a t i o n f r a me o f t h i s s y s t e m i s p r e s e n t e d，i n c l u d i n g c o mma n d l a y e r，o pe r a t i o n l a y e r，p h y s i c a l l a y e r ，a n a l y s i s a nd SCADA l a y e r Ke y wo r ds ： i r o n a n d s t e e l e n t e r p r i s e；i n t e l l i g e n t p o we r s y s t e m ；s ma r t g r i d O 引言 钢铁企业 电力系统 包括发电、 配电和用 电三 个环节。其 中， 发电环节与外部电网一起 ， 为钢铁 企业提供电能。钢铁企业 内部发 电设备包括热 电 联产机组、 利用冶金煤气 的燃气蒸汽联合循环机 组 、 高炉压差发电机组 、 焦化厂干熄焦发电机组和 烧结余热发 电机组 等， 近年来一些钢 铁公 司还 因 地制宜 ， 引入 了风 能等清 洁能源用 于发 电。配电 环节通过线路经各车间( 或分厂) 变电所为相应用 电设备供配 电， 包括 2 2 0 k V变电站、 1 1 0 k V区域 变电站 、 1 1 0 k V车问负荷终端变 电所 、 车 间主电 室 ， 以及各种继 电保 护和功率补偿装置。用 电环 节包括各种用 电设备 和启停控制 系统 ， 按 电能转 换性质不同 ， 用 电设备可分为电气传动设备、 电加 热设备 、 电化学设备和电气照明设备等。 目前 ， 智能电网技术越来越受 到重视 ， 各国 纷纷开展智能电网的研究 和实践 。因为钢铁企业 电力系统包括发电、 配电和用 电三个环节， 一定程 度上构成了自成体系的微网( Mi c r o G r i d ) ， 因此对 于大 电网来说 ， 钢铁企业是终端用户 ， 但又与一般 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 3 -2 2； 修改稿收到 日期 ： 2 0 1 1 -03 - 2 5 作者简介 ： 张玉庆 ( 1 9 5 6 一 ) ， 男 ， 黑龙江哈尔滨人 ， 高级工程师 ， 主要从事冶金 自动化方 面的工作 。 第3 期 张玉庆， 等 ： 钢铁企业智能电力 系统功能与运行 架构研究 9 终端用户不 同。基 于此 ， 钢 铁企业智 能电力系统 的定位为 ： 针对钢铁企业电力 系统特点 ， 采用先进 的检测 、 通信 、 控制 、 电力电子和优化技术 ， 对钢铁 企业 电力系统发 电、 配 电和用 电环节进行 整体监 控 、 调配和管理 ， 从而实现钢铁企业 电力 系统安全 可靠 、 高质和经济运行 。 钢铁企业智能电力系统有以下技术需求 ： ( 1 ) 实现电力系统 的安全稳定运 行。钢铁企 业 电力系统所带负荷大都 是一 、 二类 负荷 ， 冶炼过 程处于高温状 态 ， 工艺 生产 上 、 下游 工序衔 接 紧 密 ， 如果出现停 电事故 ， 容 易造成重大经济损失 和 人身事故 ， 因此对供 电安全可靠性有很 高的要求。 钢铁企业 内部包 含 了集 中发 电和分 布式发 电单 元 ， 且都直接接人 配电系统 ， 此时 ， 电网 自上而下 形成 了支 路 上 潮 流 可 能 双 向 流 动 的 电 力 交 换 系 统 ； 利用余能余热发 电的分布式发 电单元 ， 其发 电 量与工艺生产以及其他能源系统之间形成 的强耦 合关 系大多是不确定 或间歇性 的， 对 电力 系统 的 安全稳定造成一定扰 动。因此 ， 需要提 高系统 的 全局可视化程度 和预警能力 ， 以提高 电力 系统安 全稳定运行能力 ， 同时 ， 通过 电力系统各环节信息 交互和分析 ， 快速确定 和排 除故障源 ， 及 时恢复供 电 。 ( 2 ) 提高电能质量 。在钢铁企业 ， 数 k W 到数 MW 的大容量非线性单机负荷较多 ， 如轧机 、 电弧 炉等产生 的冲击负荷 ， 在运行过 程 中会造成功率 因数低 、 波形畸 变， 引起 电压闪变或跌 落 ， 产生 大 量谐波。这种负荷 特性影响电力系统供电电能质 量 ， 不仅降低企业综合效益 ， 而且会引发严重安全 事故。因此 ， 需要采用各种 电能质量控制技术 ， 包 括柔性配电技 术和定制 电力 技术 ， 以提高冶金企 业 电力系统 电能质量。 ( 3 ) 综合节能。钢铁行 业耗 电约 占全 国总用 电量的 1 0 左右 ， 推进钢铁行业节 电工作 ，对 促进钢铁企业 节能降耗 ， 实 现 国家节 能减排 目标 有重要促进作用 。因此 ， 需要研究发 电成本优化 、 配 电 网络重 构 、 变 压 器 经 济 运 行 和 负 荷 管 理 等 技 术 ， 以减少用 电量 ， 降低发电、 配电和用电成本。 1 主要作用 针对钢铁企业智能 电力 系统 的技术 需求 ， 智 能电力系统的主要作用是 ： 保障安全稳定运行 、 提 高电能质量和实现经济运行。 1 1 保 障安全 稳定 运 行 钢铁企业智能 电力系统 的首要任务是保 障电 网安全 、 稳 定 、 正常 运行并 连续 地为 电力用 户供 电。 通常电力 系统被看作在 两组 约束下运行 ： 负 荷约束和运行约束 ， 负荷约束要求所 有负荷都必 须被满足 ， 运行约束则 给 出了电力 网络运行参数 的上限和下限。按照负荷约束和运行 约束满足情 况 ， 电力系统的运行状态可以分为正常安全状态 、 正常不安全状态( 警戒状态 ) 、 紧急状态 、 故 障状态 和恢复状态 。正常状态指负荷约束和运行约束 均被满足的状态 ， 正常不安全状 态指对运行 约束 有重大破坏 的状态 ， 故 障状态 和恢 复状态分别指 负荷约束被破坏和恢复的状态。 如果一个系统处 于正常状态 ， 且 没有任何一 个预想事故会使它 转移到紧急状态 ， 则称这个系 统是正常安全 的， 此时没有任何元 件的运行约束 越界 。但是如果 即将发 生一个元件开 断， 系统将 会出现元件 的运行 约束 越界 ， 这 时电力系统处于 正常不安全状态 ， 或称警戒状态 ， 如有条件 ， 需要 通过预防控制将 电力 系统调整到正 常安全状 态 ， 或者做好事故预案 ， 以便在开断发生时 ， 解 除系统 出现的元件越界。随着负荷继续增长或者发生 了 元件开断， 系统 中会 出现元件运行约束越 界的现 象 ， 这时系统处 于紧急状态 ， 需要通过紧急控制来 解除元件运行约束 的越界 ， 使其 回到警戒状 态或 正常安全状态。紧急状态包括静态紧急和动态紧 急， 静态紧急涉及元件静 态过负荷或静态 电压越 界 ， 需要通过校正控制来解除 ； 动态紧急时系统失 去稳定 ， 需要立 即采取切 机或者切负荷等稳定控 制措施 。如果没 有及时采取措施 ， 即使 系统 出现 的是静态紧急 ， 元件约束 的持续 越界也可能导致 后续连续性故障开断 ， 使系统进入故障状态 ， 因此 必须采取相应措施 。有时为 了保住 更多 的负荷 ， 还需要进行 自主解 列 ， 这 时系统 已经失去部分或 者全部负荷 ， 进入恢复阶段后 ， 全部停 电的需要黑 启动 ， 部分停 电的需要恢 复电源、 恢 复负荷 ， 并逐 步并 网， 扩大负荷供 电区域 ， 最后使得系统恢 复到 正常工作状态。 在上述状 态转移过程 中， 钢铁企业智 能 电力 系统可通过 以下措施 ， 提升系统 承受 事故冲击 的 能力 ， 从而提高系统安全稳定运行水平 。 ( 1 ) 离线计 算 和预 案产 生 预先通过 大量的离线计算 和分析 ， 做好 事故 预想和处理预案 ， 一旦 电网发生故 障， 按照电网实 l 0 冶 金自 动 化 第3 5卷 际情况并参考处理预案 ， 迅速、 准确地控制 故障范 围， 保证电网正常运行 ， 并避免对 电力用户供电造 成影响 ； 合理配置厂站中的继电保护设备 和安全 自动装置 ， 在故障时及时切除故障设备 ， 保护电力 系统 。 ( 2 ) 实时监控和分析决策系统建立 目前 ， 钢铁企业 能源管理 系统 ( E MS ) 在 电网 安全稳定运行方面主要是采取人工分析型应用模 式。钢铁企业智能电力系统需要具有 自动跟踪电 网运行状态 、 自动诊断电网问题 、 自动给出控制或 调整建议 的功能， 能够进行综合稳态安全评估 、 动 态安全评估和电压稳定安全评估 ， 还能分析继 电 保护和安全 自动装置等对 电网安全性的影响。因 此应该建立具有在线跟踪 、 自动智能控制 、 综合协 调特点 的电 网在线安 全预警 和决 策 支持 ( E a r l y Wa r n i n g a n d S e c u r i t y C o u n t e r m e a s u r e ，E WS C)系 统 引。 通过建立实时监控和分析决策系统 ， 重建 网 络实时信息 ， 跟踪电网运行状态变化 ， 实时监测 和 评估电网运行状态 ， 并根据不 同状态和预案给 出 不同的应对策略。系统处于正常安全状态时， 预 测一定周期( 如 1 5 ra i n ) 内的负荷变化 ， 根据实时 负荷水平预测正常安全状态下 的安全裕度并增强 控制对策； 系统处于警戒状态时， 进行正常不安全 状态评估、 预警和预防控制决策计算 ； 系统处于紧 急状态时 ， 进行 紧急状 态报警 、 紧急状态 决策计 算 ， 给出不同的校正控制和紧急控制方案 ， 遇到严 重事故时 ， 为保 证主网安全和大多数用户 的正常 供电， 根据具体 情况采取 紧急措施 ， 改变发电 、 配 电系统运行方式 ， 必要时临时 中断对部分用户的 供 电； 系统处 于故 障状态时 ， 通过综合信息分析 ， 判定故障发生的地点和故障种类 ，指导快速故障 恢复； 系统处 于恢复状 态时 ， 将 给 出最 佳恢复 策 略， 并以流程图的形式给出恢复操作程序 ， 尽量减 少用户停电时间。 1 2 提高电能质量 从普遍意义讲 ， 电能质量高是指能优质供 电。 但是 由于人们看 问题的角度不 同， 对 电能质量技 术含义的认识也不一致 ， 目前并没有一个统一的 电能质量定义 。从钢铁企业 电能质量控制工程 实用角度 出发 ， 电能质量 问题包 括 ： 供 电连续 性 差 、 电压频率和 电压 幅值 出现偏差 、 电压暂降 ( 暂 升) 、 三相不平衡 、 电压波动与闪变 、 谐波 、 需要无 功补偿等。其 中， 供 电连续性 与前 面讨论 的安全 稳定运行密切相关 ， 电压频率作为一个全局变量 主要由外部电力系统给予保证 ， 本节不进行讨论 。 对于电能质量， 钢铁企业智能 电力系统主要 任务是实现电能质量的监测和控制。电能质量监 测是收集和分析原始数据并将其解释为有用信息 的过程 ； 而电能质量控制可为供 电、 配 电和用 电所 面临的电能质量问题提供一个综合 的解决方法。 对电能质量的监控 ， 从负荷侧看 ， 可以有效减少供 电系统停电和电压波动对负荷 的影响 ， 提高设备 运行可靠性和用户资产利用率； 从电网侧看 ， 可 以 抑制用户非线性设备对供电系统和邻近用户产生 的影响 ， 从而 降低对敏感用户供 电的质量和附加 值。这里重点讨论基 于定制电力系统 的电能质量 控 制 。 定制电力 系统 ( D e ma n d P o w e r S y s t e m) ， 也称 用户电力系统 ( C u s t o m P o w e r ) 或柔性交 流配电系 统( D F A C T S ) ， 由 H i n g o r a n i N G 博士提 出 ， 其 核心是在不改变 网络结构 的情况下， 将 电力 电子 技术与现代控制技术相结合， 对系统的电压 、 线路 阻抗 、 相位角 、 功率潮流等参数进行快速和连续的 调节和控制 ， 最终实现配 电网的灵活实时控制 ， 以 满足用户的电能质量要求。D F A C T S包括控制 系 统和功率单元两部分。 目前国内外 已研制成功的用户 电力控制器主 要分为网络重构型和静态补偿 型两类 。网络重 构型控制器采用基于有源技术的静态开关设 备， 主要包括 固态断路器 ( S S C B ) 、 固态限流器 ( S S C L ) 和固态转换开关 ( S S T S ) ， 用于根据需要对线路和 负荷进行投切。静态补偿型控制器按其与电网连 接形式和功能的不同， 主要分为 串联 型、 并联型和 混合型， 串联型补偿器主要用 于电压补偿 ， 适用 于 电网电压有波动 的线性负荷场合 ， 用于消除电网 电压波动对负荷 的不利影响 ， 其代表产 品为动态 电压恢 复器 ( D y n a m i c V o l t a g e R e s t o r e r ， D V R) ； 并 联型补偿器主要用于 电流补偿 ， 适用 于电网电压 波动较小而负荷电流波动较大的场合 ， 用于消除 畸变负荷对 电网侧 的不利影响， 其代表产品为配 电用无功补偿器 ( S V C) 、 配电用静止 同步补偿 器 ( D S T A T C O M) 和并 联型有 源滤波 器 ( A P F ) 等 ； 串 并联混合型补偿器综合 了以上两 种补偿器功 能， 具有双向补偿能力 ， 是一种 能解 决绝大多数暂态 电能质量问题 的综合补偿装置 ， 其代表产 品为统 第3 期 张玉庆 ， 等： 钢铁企业智能 电力系统功能与运行架构研究 一 电能 质量 控 制 器 ( U n i fi e d P o w e r Q u a l i t y C o n t r o l l e r ， U P Q C ) 。 1 3实现经济运行 电力系统的经济性 就是 要高效率 地生产 、 传 输和分配以及消费电能 。钢铁企业智能 电力系统 可以通过发 电成本优化 、 配 电网络重构 和用 电负 荷管理 ， 减少用电量 ， 降低用电成本。 1 3 1 发 电成本优化 一 般 电力系统的发 电成本优化 主要是要考虑 电力系统 的有功功率优 化调度 问题 ， 目的是在保 证电力系统正常运行 的基础上 ， 节 约系统发 电所 消耗的能源 或生产费用 。为此 ， 首 先要 了解发 电 设备的能源特性或称耗量特性 ； 其次 ， 从优化角度 对有 功 负 荷 进 行 分 配 ， 安 排 有 功 电 源 的 最 优 投 入 。发电成本优化控制 回路有三个 ： 机组控制 、 区域调节控制和区域跟踪控制_ 3 J 。机组控制提供 对发电机输 出功率 的闭环控制 ， 使 发 电机输 出功 率等于机组给定输 出功率 ； 区域调 节控制 即 自动 发电控制( A G C ) ， 用来实时调整发 电机有 功输 出 功率 ( 十几 S内) ， 使 全系统 的发 电机输 出功率 与 负荷保持平衡 、 系统频率和联络线 交换功率保 持 在规定的范围内， 即保持 区域控制误差 A C E( A r e a C o n t r o l E r r o r ) 为零 ； 区域跟踪控制即进行实时经济 调度 ( E c o n o m i c D i s p a t c h C o n t r o l ， E D C) ， 主要采 用 等微增率原 则 ， 通过 给 AG C机组 下达 控 制指令 ( 十几 m i n内) ， 使全系统发电机运行费用最小 。 钢铁企业 电力系统发电成本优化与一般 电力 系统的发电成 本优化有所 不 同。首先 ， 钢铁企业 电能来 自外部 电网和 自发 电( 包括工艺 过程余 热 余能发电) 两部分 ， 钢铁企业和外部电网之 问的交 换功率受各 自利益主体的约束， 要按一定准则进 行 ， 所 以交换计划 的制定不是简单 的技术问题 ， 更 多的是受管理体制制 约 ， 与 电力 市场 的运行规 则 有关 。其次 ， 钢铁 企业 电力 系统 的典型特点是 分 散的用户多 、 燃 料来源 ( 包 括副产 煤气 ) 多 、 产 出 ( 电力和蒸汽 ) 多 、 多工况变化 ( 季节 、 加工量 、 生产 方案 ) 引起 的负荷变化多 ， 且 同生产工艺过程联系 紧密 ， 部分电力来 源于工序生产 过程 中余热余 能 的回收与转换 ， 而副产煤气 、 蒸 汽与电力系统之间 也相互影响 ， 使得 电力 系统运行操作愈加复杂 ， 仅 凭经验来调节运行很难保证其经济性 。 钢铁企业 电力 系统 发 电成本 优化 以全 周期 ( 多个操作周期) 内总费用 为 目标 函数 ， 即各个操 作周期的燃料 、 给水 、 设备折 旧维护 、 外购 电和蒸 汽 、 锅炉 、 汽轮机 的启停 等费用之和 ， 减去按照交 换计划可能 的外 卖 电和蒸汽 收益 。这样 ， 发 电成 本优化 问题转化为一定 约束条件下 目标 函数最小 问题 ， 优化 的约束条件包括 ： 物料平衡 、 能量平衡 、 燃料条件 、 电和蒸 汽需求 、 设 备 能力和启 停条 件 等 。 1 3 2 配 电 网络重 构 配电系统 中普遍存在联络开关和分段开关这 两类开关。联 络开关在两个变 电站 、 两条 主馈 线 或者环路型分支线之 间起联 络作 用 ， 通 常是 断开 的； 分段开关则把一条长线路分成多个线路段 ， 通 常是闭合 的。配电网络重构 ， 又称配 电网络再组 合 ， 是配电网络分析与优化的一个有效手段 ， 它通 过切换联络开关 和分 段开关 的开 合状态来 改变 网络拓扑结构 ， 从而 提高可靠性 ， 降低线损 ， 均衡 负荷和改善供电电压质量。 配 电网络重构 的优化 目标可 以是最小化系统 有功功率损耗 、 最小化系统能量损耗 、 平衡系统负 荷 、 提高系统可靠性 、 提高系统 电压稳定性等 中的 一 个或多个 目标的组合 J ， 在满足配 电网呈 辐射 状 、 节点电压偏差要求 和变压器容量要求 的前提 下 ， 确定使配 电网线 损 、 负荷均衡 度、 供 电质量等 指标最佳的配 电网运行方式 。配 电网重构包括正 常运行 时的网络重构 和故 障状态下 的网络 重构 。 由于配电网中存在大量 的分段开关和联络 开关 ， 因此配电网重构是一个 多 目标非线性混合优化问 题 ， 可 以通过降维处理 ， 把 问题简化为单一 目标 的 非线性混合优化 问题 ， 或将其他 目标转 化为优化 时要求满足的约束条件。 钢铁企业 电力系统的配 电网具有电压等级多 ( 2 2 0， 1 1 0， 3 5 ， 1 0 ， 6， 0 4 k V) ， 配 电节 点 多 ， 配 电 网 络拓扑复杂 ， 配 电变 压器多 ， 负载功率密度 大， 负 荷的冲击性 、 不对称性 和非线性严重， 配电网内包 括 自备电厂 ， 电力设备功率 大， 连续生 产等特点。 上述特点使配 电网重构变得 十分复杂 ， 因此 ， 在传 统解析类优化方法基础上 ， 可 以采取启发式方法 、 随机化优化方法 、 智 能化方法 以及其 他独立 的或 综合的优化方法 重构配电网。 1 3 3 用电负荷管理 钢铁企业 内各类用电负荷用 电的时间和数量 不一样 ， 各具不同的用 电规律 ， 形成高峰负荷和低 谷负荷 ， 因此 有必 要进 行用 电负荷 管理 ， 消 峰填 1 2 冶 金自 动 化 第3 5卷 谷。其主要经济效益有 ： 压低高峰负荷 ， 可以减少 为满足短时间高峰负荷而增加的发 电、 供 电设备 的备用容量投资 ； 调整用电负荷 ， 可以直接降低 网 络变压器和线路损 耗 ； 消除过高频率或过低频 率 运行带来的危害 ， 则有利于 电网安全运行 ； 减少基 本电费( 按最高负荷计收 ) ， 可以充分享受实行 峰 谷电价时低谷时段用 电电价优惠 ， 减少企业 电费 开支 。 用电负荷管理 常用 的方法有最 小成本 计划 ( L C P ) 与需求侧管理 ( D e m a n d S i d e Ma n a g e me n t ， D S M) 。最小成本计划是把 电力供应侧和需求侧 作为一个完整 的系统工程考虑， 以求得综合成本 最低 ， 需求侧管 理则是为 了实施 L C P的电力负荷 管理办法。支 持 D S M 的技术手段包括 电力 负荷 预测 、 电力 负荷成本 规划 和负荷控制 ( L o a d C o n t r o l ， L C) 。 负荷控制系统可以预测将要 出现负荷高峰危 险的时刻 ， 并 自动及时断开相关用 电设备或者将 其转换到较低的功率等级， 这是实现消峰的有效 技术手段。它通过对负荷进行均衡调节 ， 避免每 个测量周期 中的功 率使用超过 预先给定 的额定 值 ， 降低最大负荷功率， 并降低基本 电费。在预测 到可能超限前 ， 一般可通过 以下手段实现负荷均 衡调节 ： 降低 用电设备 的功率 、 断开用电设 备、 不 再接人用电设备 ( 延时启动 ) 、 提高 自发 电量和限 制公共供电功率超限。因为负荷控制监测 0 2 5 h 周期中形成的负荷平均值 ， 所以在预测 到可能超 限时不需要 限制即时功率。 2运行架构 钢铁企业智能电力系统的运行架构可借鉴 电 力系统混成控制理论思想来构建 。电力系统混 成控制理论的几何表达如图 1所示。 0 ： G( E) ) 图 1 操作指令集合与事件 集合 的映射关 系示意 图 Fi g 1 Ma p p i n g di a g r a m f r o m e v e n t s e t s t o o pe r a t i o n s e t s E 事件集合 ； c 控制指令集 ； O 一 操作指令集 ； O 】 ， O ， O 分别为不 同的操作指令 图 1中， F为由 转化为 C的法则， 用来判断 事件类型并将其转换为相应 的控制指令 ， F实际 上是事件集合 E到控制指令集 C的 1 1逻辑转 换 ； G为由 C转化为 O的逻辑规则 ， 即控制命令集 C到操作指令集 O的点到集的逻辑转换。 到 O 是一个复合逻辑转换 。整个 电力系统的状态可以 通过时间离散的操作指令集 O加以改变 ， 若操作 指令集 O作用的结果使事件集合 E成为空集 ， 则 此时的电力系统必然运行在满意 的调度状态 ( 多 重 目标趋优状态) 之下。 满足上述功能要求 的钢铁企业智能电力系统 的运行架构可由图 2所示的多层结构来描述 ： ( 1 ) 最高决策指挥层 。接收底层动态电力 系 统监测到的各关键节点状态 ， 进行数据处理， 然后 事件分析功能模块根据事件和类型定义来判断是 否形成“ 事件 ” 及事件类型 ， 并针对事件下达相应 的控制命令以驱动中间层 。 ( 2 ) 中间处理与操作层。接收上层下达的控 制指令后 ， 综合考虑受控 电力系统 内部各种控制 设备 的运行情况 ， 生成相应的优化控制方案 ， 并将 该方案转换成操作指令下达给底层 的受控装置。 ( 3 )底 层 。包 括 发 电 机 组 、 变 电 站 、 各 种 D F A C T S的功率单元 、 用 电设备和负荷控制设备。 其 中， 负荷控制设备具有其 自身数字型 的闭环控 制器 ， 接收和执行中间层下发的操作命令。 ( 4 ) 离线与在线 分析。包括电力系统离线 和 在线分析 ， 静态和动态分析 ， 为最高决策指挥层和 中间处理与操作层提高决策支持。 ( 5 ) 数据采集与监 控。通过 S C A D A( 数据采 集与监视控制系统 ) 、 P MU( 同步相角测量单元 ) 和 WA MS ( 广域监测系统 ) ， 汇集指挥层和操作层所 需的模型参数和过程数据， 满足 以上 4个层次 的 需要 。 鹄圜 匦 圃 圈 离 线 与 在 线 分 析 磐 骞 霎 箨 圈圆 圆 圆 第3 期 张玉庆 ， 等： 钢铁企业智能电力 系统功能与运行 架构研究 1 3 3 结束语 钢铁企业智能电力 系统 旨在将钢铁企业 电力 系统 的发电、 配电和用 电环节看作一个有机整体 ， 进行监控 、 调配和管理 ， 实现钢铁 企业 电力系统安 全可靠 、 高质和经 济运行。在钢铁企业 中具 体应 用时， 系统应 汲取 智能 电网技术成 果并充分 考虑 钢铁企业 电力系统特点。 为了讨论方便 ， 我们将安全 、 优质和经济问题 分别讨论 ， 实际上三个问题本身存在一定的联 系， 在分析设计钢铁企业智能电力系统时可联系起来 考虑 。 钢铁企业智能 电力系统与钢铁企业能源管理 系统 、 数字变电站 、 电力系统继 电保护和安全 自动 装置等密切相关 ， 同时 ， 需要 电能瞬时检测 、 动态 负荷预测 、 电力系统实时分析 、 智能建模与优化等 技术的支撑 ， 限于篇 幅， 将另文讨论 。 参 考 文献 ： 1 余 贻鑫 ， 栾文鹏 智 能 电网述 评 J 中 国电机 工程 学 报 ， 2 0 0 9 ， 2 9 ( 3 4 ) ： 1 8 YU Yi x i n，LUAN We n p e ng Sma r t g r i d a n d i t s i mpl e me n t a t i o n s J P r o c e e d i n g s o f t h e C S E E，2 0 0 9 ， 2 9 ( 3 4)： 1 8 2 田敬龙 十大钢电力消耗分析及节电对策 J 冶金能 源 ， 2 0 0 8， 2 7( 3 )： 3 - 9 。 ” ” I I i J ij i J o , I I I I I J J J I I i I J l I J I 。 - TI AN J i ng l o ng Po we r c o ns ump t i o n a nd p o we r s a v i n g a n a l y s i s i n t h e t o p t e n i r o n a n d s t e e l p l a n t J E n e r g y f o r Me t a l l u r g JI c a l I n d u s t r y ， 2 0 0 8 ， 2 7 ( 3 ) ： 3 - 9 3 周孝信 ， 卢强 ， 杨 奇 逊 ， 等 中国 电气 ： 【程 大典 ： 第 8 卷 ， 电力系统 工程 M 北京 ： 中国 电力 出版社 ， 2 0 1 0 4 陈建业 工业 企业电能质量控 制 M 北京 ： 机 械工业 出版社 ， 2 0 0 8 5 t l i n g o r a n i N G I n t r o d u c i n g c u s t o m p o w e r J I E E E S p e c t r u m， 1 9 9 5， 3 2 ( 6 ) ： 4 1 - 4 8 6 陈怡， 蒋平 ， 万秋兰， 等 电力系统分析 M 北京 ： 中国电力出版社 ， 2 0 0 5 7 郑静 ， 杜秀 华 ， 史 新祁 大型 钢铁 企业 电力负 荷 的短 期预测研 究 J 电力需求侧管理 ， 2 0 0 4 ， 6 ( 1 ) ： 1 8 - 2 1 Z HENG J i n g ， DU Xi u h u a ， S HI Xi n q i Re s e a r c h o n s h o r t t e r m l o a d f o r e c a s t i n g i n s t e e l e n t e r p r i s e f J P o w e r De ma n d S i d e Ma n a g e me n t ， 2 0 0 4， 6 ( 1) ： 1 8 - 2 1 8 A s h o k S P e a k l o a d m a n a g e me n t i n s t e e l p l a n t s J A p p l i e d E n e r gy， 2 0 0 6， 8 3 ( 5 ) ： 4 1 3 4 2 4 9 马丁， 沈仁， 严大铭 ， 等 电力负荷控制( D S M) 节能 装置在大型钢厂 的研 究与实践 锡钢及淮 钢等新技 术电力负 荷 需 求侧 控 制 ( I ) S M) 项 目 J 金 属 世 界 ， 2 0 0 6( 6)： 1 7 2 5 1 0 何 光宇 ， 孙英 云， 阮前途 ， 等 现 代 电力调度 控制 中心 的革新 由 E MS走 向 A E MS J 中国科学 ( E辑 ： 技术科学 ) ， 2 0 0 9 ， 3 9 ( 4 ) ： 7 2 9 - 7 3 4 编辑 ： 薛 朵 。 ， m一 l j J 。 J 。 “ ， 。 J ， 。 _ l j J ” 。 l j J t， “ J 安钢 1 5 0 t 转炉JIIN J 实现编码器换型 改造 2 0 1 0年 1 1 月 2 17 1 ， 安 阳钢铁股 份有限公 司第二炼 轧厂 1号 1 5 0 t 转炉倾 动 与氧枪的速度反馈编码器换 型改造完成 ， 成 功实现了转炉主体变频设备无故障高效稳定运行。 转炉炉体 的 4台倾 动 电动机与 吹炼 氧枪 的 2台升降 电动机都装 有编码器 。在 炼钢过程 中 ， 编码器负 责在现场 采集炉 体倾动 与氧枪升降的速度值， 反馈至变频器进行速度闭环控制。这是炼钢过程中关键的环节 ， 旦信息采集与反馈中断， 将直接导致生产中断。现场原来使用的是 r r r L增量 编码器， 采集信息反馈时， 需要一种测速机接口模板进行信号转换 才可接入变频器。但是实际生产过程中， 时常出现速度反馈超过限定值 ， 导致变频器跳闸， 由此， 制约着 自动化炼钢的顺 行 。 炼钢厂 区电气