钢厂实施电力负荷控制缓解缺电的有效实践——淮钢实施电力负荷需求侧控制（DSM）项目.pdf

4 2 2 0 1 0年 1 2月 中国制造业信息化第 3 9卷第 2 3期 钢厂实施 电力负荷控制缓解缺 电的有效实践 淮钢 实施 电力 负荷 需求侧 控 制 ( D S M) 项 目 郭 晓 东 ( 江苏沙钢集团 淮钢特钢有限公司， 江苏 淮安2 2 3 0 0 2 ) 摘要 ： 为 了解决用电大户的峰值 负荷所造成 电力高峰短缺问题， 淮钢 实施 了电力 负荷需求侧控制 ( D S M) 项 目， 通过 运 用最新技 术的 “ 趋势分析 ” 核 心软件 ， 达到 了调控 钢 厂 主要 用 电设 备 电弧 炉的 目的 ， 使用电负荷均衡运行 ， 峰值 负荷下降 1 0 -2 0 ， 节约 了可观的电费， 此外还指 出了推 广 电力 负荷 需求侧控 制 ( D S M) 项 目的意 义。 关键词 ： 负荷 ； 趋势分析； 智能控制 中图分类号 ： T P 2 0 2 十 2 文献标识码 ： B 文章编号： 1 6 7 21 6 1 6 ( 2 0 1 0 ) 2 3 0 0 4 2 0 4 1 DS M 的意义、 对 象和措施 众所周知 ， 电力用户存在用电高峰和用电低谷 的客观情况 。电网的大峰谷差运行 ， 一方面浪费电 力投资并增加发供电成本 ， 广大用电大户企业每年 需支付高额的峰值( 需量) 电费 ， 另一方面发电机组 频繁启停或压机运行势必造成资源浪费， 并威胁电 网的安全运行 。 峰谷差是造成供电效率低下和电力紧张的主 要原因， 也就成 了治理的主要 目标。就一个城市而 言， 其主要用电大户 业严重 的不均匀负荷 ， 则是 造成这一问题的关键所在。这些用电大户企业中， 钢厂的电弧炉是主要对象。据淮钢实施负荷控制 ( D S M) 情况来看 ， DS M 潜力 巨大 ， 同时投资少 、 周 期短、 见效快 ， 既能满足经济增长的需要 ， 又降低了 用电费用 ， 提高了管理水平与市场竞争力。 均衡负荷具有管理 、 经济、 引导及技术 等多种 措施 ， 但技术手段是 目前运用最少 ， 同时也是最有 效 、 可靠和 自觉的方法。这主要是指对基本用电大 户企业实施的错峰填谷均荷的方法， 淮钢集团有限 公司与德国法兰克盖姆普能源控制 ( 无锡 ) 有限公 司进行 了良好合作 ， 取得 了非常好 的效果 ， 改善 了 供电网线峰谷差 ， 增加了供电容量 ， 缓解了供 电压 力， 对淮钢来说， 既节省了大量的电费 ， 同时又为社 会留出了供电容量 ， 取得了良好的社会效应。 2 用电大户企业实施 DS M 的设计原 理及手段 2 1 负荷控制原理 较大的功率峰值的产生经常是由于偶然间同 时运行许多用电设备造成 的。负荷控制就是避免 每个测量周期中的功率使用超过预先给定的额定 值。据此 ， 可以对负荷进行均衡调节， 降低最大负 荷功率 ， 并降低基本电费。负荷控制系统的核心部 分是一个专门的 、 智能的程序计算机。它可以预测 在将要出现负荷高峰危险时， 自动断开适合的用电 设备或者将其转换到较低的功率等级。一台专用 电脑作为输入和输出的仪器。在根据测试的功率 计算时 ， 根据经验可以降低最大负荷功率及基本电 费大约 1 5 ， 甚至可以降低 2 0 以上。 2 2 负荷控制的 目的 负荷控制的 目的在于避免形成过高功率峰值 的这种偶然性。根据这个 目的， 使负荷比较平衡并 由此而降低功率消耗。为此 ， 需监测功率的变化并 进行负荷控制。因为决定性的功率是在 0 2 5 h周 期中形成的平均值， 所以不需要限制即时功率 。 2 3 负荷控制的意义 一 个真正意义上的负荷控制是既能降低最大 负荷功率 ， 又可节约基本 电费。根据供 电营业规 则 ， 所有用户都可以根据企业实际情况向供电公司 申请最大需量功率， 并据此支付基本电费， 而最大 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 80 5 作者简介 ： 郭晓东 ( 1 9 6 7 ) ， 男， 江苏涟水人 ， 淮钢设备能源处处 长， 工程师 ， 主要从事设备管理工作 。 智能控制技术 郭晓东钢厂实施电力负荷控制缓解缺电的有效实践 4 3 需量功率过大 ， 势必造成企业多交电费 ， 因此每个 企业都重视不断降低最大需量功率 ， 使其 电网负荷 相对均衡 。但 目前在中国， 电力计费方式远未与国 际接轨 ， 负荷控制只有在按最大需量功率计费的用 户中才得到 良好实施 ， 而那些按基本容量计费的用 户虽然也可以降低其峰值功率 ， 但由于没有节约基 本电费的动力 ， 显得积极性不高。 2 4 负荷控 制的手段 负荷控制的手段有 ： ( 1 ) 在预测到可能超限前 降低用电设备的功率 ； ( 2 ) 在预测到可能超限前断 开用 电设备 ； ( 3 ) 在预测 到可能超 限时不再接人用 电设备( 延时启动 ) ； ( 4 ) 在预? 贝 怔U 可能超 限时使用 自己的发 电设备 ， 从而防止公共供电功率超限。 各用电企业为了降低最大需量功率 ， 通常先将 用电设备转换 到较小功率或暂时断开。特别适合 的用 电设备是那些长时间开动的但可 以短暂地转 换到较小功率或可以暂 时断开并重新启动 的用电 设备， 且不影响企业 的正 常生产 ( 如电弧炉、 L F炉 等) 。根据经验 ， 在每个 大企业都有适合 于负荷控 制的用电设备 ， 采用 降低功率峰值 的 自备发 电装 置 ， 首先是指应急的供 电装置 ， 它通 常必须与 电路 并联 ， 但也可 以在一个发 电装置存在时 ， 先采用转 换到较小功率或暂时断开的方法。 2 5 负荷控 制准确性 负荷控制的准确性受脉冲信号影响， 而优化控 制计算机通常是脉冲式控制 ， 脉冲控制包括总的脉 冲和测试周期脉冲。为了实现负荷控制 系统 的准 确性 ， 总脉冲数 由供 电局从其 电表提供 ， 这样就可 以避免因重新装设脉冲信号源带来 的误差而影响 调控精度。 2 6 负荷控 制方 法 降低功率及可断开用电设备的操纵 ， 是通过具 有无电位的继电器进行 的。由于应用传统 的电子 技术 ， 所以这种控制几乎是不能被干扰 的。为了满 足企业较高的保险要求 ， 优化计算机装置了一个 自 我监测器 ， 在错误发生时即会 给出一个干扰报告 ， 就连外部错误( 例如供电局电表的总脉冲数错误) 也能辨认并给出报告 。 2 7 负荷控 制 系统软件 负荷控制系统监测着预先给定 的最高功率 ， 并 且保证通过对合适的用电设备 的断 开处理能使这 一 最高值不被超过 ， 而达到该 目的的核心问题是软 件的设计 ， 该软件运用 了“ 趋势计算” 的趋势分析方 法 ， 实现以最少 的调控次数 ， 保证运行在 限定功率 以下 ， 以不影响企业的生产运行。 2 8 负荷控制作 用 负荷控制 系统可通过监控 P C机直接输入调 控指令 ， 也可以通过模 拟拨 号方法输人调控指令 ， 实现远程或集中控制 ， 简便经济。 3 淮钢 集团 DS M 项 目实施情况 江苏淮钢集 团公 司位于江苏省淮安市 ， 是我国 大型钢厂之一。其 电力负荷 1 5 0 0 0 0 k W 左右 ， 其 中 4 6 7 0线 中的 电炉变压 器 4 6 0 1线为 6 7 0 0 0 6 8 0 0 0 k W ， 动力 4 9 3 9线在 7 0 0 ( 】 0 k w 左右。由于 电弧炉负荷是冲击负荷 ， 特别是在加入第一篮废钢 电极穿井阶段 ， 由于废钢料质 的千变万化造成负荷 的千变万化 ， 而且没有规律性 ， 负荷控制潜力极大 。 3 1 负荷控制 项 目概 况 淮钢有 2条 2 2 0 k V供 电线路 ， 即清钢线 和关 钢线 ， 每条线路 分别供 2台 2 2 0 k V变压 器 ， 其 中 2 2 0 k V清钢线供 2台 2 2 0 k V变压器 ， 即 9 0 MVA的 1 号变和 5 0 MV A 的 2号 变。1号变带 电炉和 L F 炉负荷 ， 总有功功率在 6 8 Mw 左右。 根据淮钢生产工艺情况 ， 选择 电弧炉作为主要 受控设备 ， 精炼炉作为下一步控制对象 。 a 系统设计 。采用德国法兰克盖姆普“ 趋势分 析” 核心软件 ， 软件设计 的重要依据是工 厂提供的 大量用电负荷历史资料 ， 软件可以预测到下一个时 间间隔内是否会出现峰值 ， 如出现峰值 ， 该峰值与 当前功率 的平均值是否会超 出已设定 的限定功率 ， 如果超出， 则发 出自动控制信号。软件测量周期 以 每 1 5 rai n为一个时间间隔， 即每天 9 6时段。 受控设备调控功率设计 ： 根据 电弧炉正常生产 的实际工艺情况 ， 利用 电弧炉调节 电极的 P L C控 制系统 ， 设计在其 P L C分挡中直接选取 ， 由能控装 置的开关信号直接 控制 ， 分挡为额定 功率的百分 比。 主机位置及连接控制系统设计 ： 主机设置在工 厂 2 2 0 k V变电所 内， 连接 系统采用先 进的总线结 构设计 ， 布线从 电弧炉的控制板引至工 厂 2 2 0 k V 变电所 内， 接入 能控主机 ； 控制系统采 用 P L C系 统 ， 作为接受主机输 出信号并启动电弧炉电极 自动 升降控制板 ， 调控其各挡控制级。 信号源直接在用户计量柜取得电压 电流信号， 避免了计算误差 ， 提高了精度。系统示意 图如图 1 智能控制技术 郭晓东钢厂实施电力负荷控制缓解缺电的有效实践 4 5 d 本 项 目节 约 电 力 负 荷 功 率 5 0 0 0 8 0 0 0 k W，即： ( 1 ) 为 社 会 贡 献 电力 负 荷 功 率 5 0 0 0 -8 0 0 0 k w 左 右 ， 为缓解 缺 电作 出了贡献 ； ( 3 ) 为企业每年减少需量电费支 出 1 6 2 -2 5 9万元 ， 降低了企业成本 ， 提高 了竞争力 ； ( 3 ) 均衡 了企业 电 力负荷 ， 延长一次供用 电设备使用寿命 ， 同时实现 更安全用电； ( 4 ) 提高 了企业 电力调度及管理的水 平 。 3 3 负荷控 制 系统 的其他功 能 a 峰 、 谷 、 平管理功能 ： 工厂可以根据不同时段 的电价进行生产安排 ， 相应设定在峰 、 谷 、 平的允许 用电负荷量 ， 系统能予 以 自动控制及管理 ， 从而进 一 步节约电费。 b 用电参数管理功能 ： 系统可以显示与存储所 有用电参数 ， 如 P 、 I 、 S 、 Q等 ， 完全可以改变变 电所 值班人员手工抄表 的历史 ， 这些数据可进行统计 、 分析 ， 从而提高企业用电管理水平。 c 保证用电安全功能 ： 由于均衡 了用 电负荷 ， 提高了电网设备用电可靠性 ， 从而使用电更安全。 4 结束语 电力负荷需求侧控制 ( DS M) 项 目在淮钢的成 功应用具有重大意义： 一方面提高了企业的管理水 平 ， 为企业节省 了可观的费用 ； 另一方面为社会留 出了供 电容量 ， 具有 良好的社会效应。 此外 ， 本项 目是第一个对 由 P L C控 制的现代 化炼钢炉成功控制 的范例 ， 由于 目前钢厂基 本为 P L C控制的现代化炼钢炉， 故很有推广指导意义。 除了在钢铁行业应用外 ， 还可以扩展到电、 水 、 气 、 煤的综合能源管理， 均可以在 同一系统进行管 理 ， 这方面还有巨大的课题可 以展开 ， 可大大提高 企业管理水平与综合竞争能力。 The Re l i e v e Po we r S ho r t a g e o f Ef f e c t i v e Pr a c t i c e f o r El e c t r i c a l Lo a d M a n a g e me nt i n Hu a i g a n g Th e D e ma n d S i d e Ma n a g e me n t ( D S M)P r o j e c t o f E l ect r i c a l L o a d GUO Xi a o d o n g ( Hu a i g a n g S p e c i a l S t e e l C o ， L t d o f J i a n g s u S h a g a n g Gr o u p， J i a n g s u Hu a i a n， 2 2 3 0 0 2，Ch i n a ) Ab s t r a c t ： T h e d e ma n d s i d e ma n a g e me n t( D S M )p r o j e c t o f e l e c t r i c a l l o a d i s p e r f o r me d i n Hu a i g a n g f o r t h e p o we r s h o r t a g e a t p e a k h o u r s c a u s e d b y t h e l a r g e u s e r s By a p p l y i n g t h e k e r n e l s o f t wa r e o f t r e n d a n a l y s i s wi t h t h e c u r r e n t t e c h n o l o g y，i t a t t a i n s t h e p u r p o s e o f a d j u s t i n g a n d c o n t r o l l i n g t h e e l e c t r i c a r c f u r n a c e wh i c h i s t h e ma i n p o we r c o n s u me r i n t h e s t e e l p l a n t Th e p r a t i c e s h o ws t h a t t h e e l e c t r i c a I l o a d wo r k s i n b a l a n c e a n d p e a k l o a d r e d u c e s 1 0 t o 2 0 wh i l e c o n s i d e r a b l e e l e c t r i c a l f e e i s s a v e d Th i s me n t i o n e s t h e s i g n i f i c a n c e o f p r o mo t i n g t h e DS M p r o j e c t o f e l e c t r i c a l l o a d Ke y wo r d s ： L o a d；Tr e n d An a l y s i s ；I n t e l l i g e n c e C o n t r o l ( 上接第 4 1页)lo c a l b u c k l i n g c o n s t r a i n t s J S t r u c t u r a l a n d M u l t i d i s c i p l i n a r y f 2 1 H a s s a n i B ， Hin t o n EH o mo g e n i z t io n and S t mc t u 珀1 To p o l o g y O p t imi z a t io n ， 2 0 0 1 ， 2 2 ( 1 1 ) ： 3 6 4 3 7 2 Op t imi t i 。 T h e o r y ， P r a c t i c e a n d S o l t r e M L o n d o n ： 4 范文杰 ， 范子杰 ， 苏瑞意 汽 车车架结构多 目标拓扑优化方法 S p r in g e r 1 9 9 9 研究 J 中国机械工程 ， 2 0 0 8 ， 1 9 t 2 ) ： 1 5 0 5 1 5 0 8 3 G a o X， C h e ng G， Ya r n a z a k i KA n e w a p p 啪 c h f o r t h e s o l u t i o n 5 B e n d s o e MP， S i g mu n d OT o pol o g yo p t i miz a t io n ： t h eor y ， me t h o f s i n g u 1a r o p t ima in t r u s s t o p o lo g y o p t imi z a t io n wit h s t r e S s and o d s and a p p l i c a t i o n s M Ne w Y o r k ：S p r i n g e r ， 2 0 0 3 r h e To p o l o g y Opt i mi z a t i o n o f Tr u s s Ba s e d o n CAE Techn i q u e HU Gu i c h u a n ， LI U J i n gh u a ， HU De f e n g e ( 1 C h o n g q i n g Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y ， C h o n g q i n g ， 4 0 1 3 3 1 ，C h i n a ) ( 2 Ch o n g q i n g Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Ga s a n d Mi n i n g Te c h n o l o g y ，C h o n g q i n g，4 0 0 0 2 1 ，Ch i n a ) Ab s t r a c t ： Th e i mpo r t a n t s i g n o f p r o d u c t i n n o v a t i o n i s t h e s u p u r i o r t o e x p l o i t f u n c t i o n ，b e t t e r f u r t h e r ma n u f a c t u r e f u n c t i o n a n d t h e l o we r c o s t I t t a k e s t h e t r u s s o f b r i d g e a s a n e x a mp l e ，i l l u s t r a t e s t h e s t r e n g t h，s t i f f n e s s a n d t h e d y n a mi c s d i s t r i b u t i o nTh e r e s u l t s s h o ws t h a t t h e me t h o d h a s v e r y i mpo r t a n t v a l u e o n d e v e l o p i n g t h e r e s e a r c h o f t h e s t r u c t u r e t o p o l o g y o p t i mi z a t i o n Ke y wo r d s ： S t r e n g t h；S t i f f n e s s ；Tr u s s ；Op t i mi z a t i o n