電力需求側(cè)管理及智能電力監(jiān)控技術(shù)在通用及設(shè)備制造行業(yè)錯峰限電中的應(yīng)用

徐霜

安科瑞電氣股份有限公司上海 嘉定 201801

一、 行業(yè)用戶用電特性分析

通用及設(shè)備制造業(yè)按國民生產(chǎn)行業(yè)可細(xì)分為：鍋爐及原動機制造、金屬加工機械制造、起重運輸設(shè)備制造、泵閥門壓縮機及類似機械的制造、軸承齒輪傳動和驅(qū)動部件的制造、烘爐熔爐及電爐制造、風(fēng)機衡器包裝設(shè)備等通用設(shè)備制造、金屬鑄鍛加工制造；礦山冶金建筑設(shè)備制造、化工木材非金屬加工設(shè)備制造、食品飲料煙草及飼料生產(chǎn)設(shè)備制造、印刷制藥日化生產(chǎn)設(shè)備制造、紡織服裝和皮革工業(yè)設(shè)備制造、電子和電工機械設(shè)備制造、農(nóng)林牧漁機械制造、醫(yī)療儀器設(shè)備及器械制造、環(huán)保社會公共安全及其他設(shè)備制造等制造行業(yè)。

通用及設(shè)備制造業(yè)的范圍特別廣泛，基本都屬于非連續(xù)性生產(chǎn)單位。通用及設(shè)備制造業(yè)的用戶數(shù)目眾多，負(fù)荷大小從幾十千瓦到幾千千瓦都有，個別企業(yè)甚至還超過一萬千瓦。

該行業(yè)用戶生產(chǎn)時間為8：00～21：00，也有24小時連續(xù)生產(chǎn)的。早峰時間段是全天的生產(chǎn)高峰和用電高峰；深夜產(chǎn)量zui小是用電低谷。用電峰谷差率特別大，日負(fù)荷曲線屬于典型的“中間高、兩頭低”形態(tài)。少部分連續(xù)生產(chǎn)的通用及設(shè)備制造業(yè)用戶其負(fù)荷曲線相對較平穩(wěn)，約有20％左右的波動。

在高溫或嚴(yán)寒季節(jié)，隨著溫度的變化，該類企業(yè)的用電需求也隨著空調(diào)的使用有上升。從全年來看，該類企業(yè)年用電曲線呈現(xiàn)夏、冬季負(fù)荷高，春、秋季負(fù)荷小的特點。其中，夏季出現(xiàn)全年zui高負(fù)荷的概率zui大。

通用及設(shè)備制造行業(yè)用戶設(shè)備分類表

 由通用及設(shè)備制造業(yè)用戶的主要用電設(shè)備可看出，該類用戶的絕大部分用電設(shè)備都是可以中斷用電的，可限負(fù)荷比例為80～90%。

二、 行業(yè)用戶參與錯峰限電能力分析

1. 為保障人民群眾生活及電網(wǎng)的安全運行，在電網(wǎng)出現(xiàn)缺口時，可以對通用及設(shè)備制造業(yè)用戶進(jìn)行錯峰限電。

2. 由通用及設(shè)備制造業(yè)用戶可中斷生產(chǎn)的負(fù)荷特性及通用及設(shè)備制造業(yè)用戶數(shù)量眾多的特點決定，通用及設(shè)備制造業(yè)用戶是除鋼鐵、水泥、高能耗企業(yè)以外錯避峰的行業(yè)。

3. 通用及設(shè)備制造業(yè)用戶只要提前通知（15~30分鐘），措施得當(dāng)，*可以充當(dāng)錯峰限電的主力。

4. 通用及設(shè)備制造業(yè)用戶參與錯峰限電有利方面：

1) 限電只減少產(chǎn)量，而不會造成人員和設(shè)備的損傷與損壞。

2) 限電比例可很大，春、秋、冬季zui大可按實時用電負(fù)荷的80%~90%進(jìn)行限電。

3) 錯峰負(fù)荷可 “快上快下”。

5. 通用及設(shè)備制造業(yè)用戶參與錯峰限電不利方面：

1) 由于每戶負(fù)荷不大，限電效果不明顯，要想限下一定數(shù)量的負(fù)荷需動用相當(dāng)多的用戶參加。

2) 因每戶負(fù)荷不大，調(diào)日作息時間與調(diào)休息日錯峰效果不明顯，但影響人數(shù)眾多，組織交通、女工上下班安全問題多。

3) 該行業(yè)人均用電負(fù)荷低，每限1萬千瓦負(fù)荷會造成3000~5000工人沒活干，若限電時間長、周期頻繁易出事。

4) 氣溫高于32℃時限電，在廠房內(nèi)需留有部分通風(fēng)與降溫負(fù)荷。

6. 行業(yè)用戶錯峰的方法

對于通用及設(shè)備制造業(yè)來講，大部分用電設(shè)備都可以參與錯峰限電，錯峰的主要辦法有：

1) 將空調(diào)溫度設(shè)定在26℃～28℃；

2) 減少部分照明、辦公空調(diào)的負(fù)荷等；

3) 調(diào)整上下班時間，避免高峰時段限電后沒電用的狀況；

4) 將用電大設(shè)備安排在負(fù)荷高峰時段進(jìn)行檢修；

5) 安排放假或輪休（生產(chǎn)一周、停產(chǎn)一周；也可執(zhí)行開三停四）；

6) 關(guān)停部分用電設(shè)備。

三、 行業(yè)用戶參與錯峰限電技術(shù)方案

（一） 缺口等級IV級參與方案

1. 階段性錯峰：

在執(zhí)行錯峰指令、完成錯峰指標(biāo)的前提下，留用基本保安負(fù)荷的同時，結(jié)合自身生產(chǎn)工藝流程可有選擇地在不同時段釋放部分設(shè)備負(fù)荷。

2. 緊急錯峰：

接到錯峰指令后需快速投入可限負(fù)荷，然后根據(jù)指令逐步釋放負(fù)荷恢復(fù)正常生產(chǎn)。

本級可停的用電設(shè)備有：電開水爐、廠區(qū)道路照明、食堂、宿舍、辦公空調(diào)、辦公照明、辦公樓電梯、廠房照明、廠房空調(diào)、車床、銑床、刨床、沖床、鉆床、噴漆機、空錘機、空壓機、切割機、剪板機、烘干機、電鍍機、行吊、電焊機、拉絲機、鍍鋅機、鼓風(fēng)機等。

（二） 缺口等級III級參與方案

1. 階段性錯峰：

1) 在錯峰時段內(nèi)首先投入錯峰可限負(fù)荷高，響應(yīng)時間快的可限負(fù)荷設(shè)備；同時逐步投入響應(yīng)時間慢的可限負(fù)荷，保證所有可限負(fù)荷全部參與錯峰；

2) 在執(zhí)行錯峰指令、完成錯峰指標(biāo)的前提下，留用基本保安負(fù)荷的同時，結(jié)合自身生產(chǎn)工藝流程可有選擇地在不同時段釋放部分設(shè)備負(fù)荷。

2. 緊急錯峰：

接到錯峰指令后需快速投入可限負(fù)荷，然后根據(jù)指令逐步釋放負(fù)荷恢復(fù)正常生產(chǎn)。

本級可停的用電設(shè)備有：熱處理、溶化爐、高頻爐、噴漆機、烘干機、電鍍機、車床、銑床、刨床、沖床、鉆床、空錘機、空壓機、切割機、剪板機、電開水爐、廠區(qū)道路照明、食堂、宿舍、辦公空調(diào)、辦公照明、辦公樓電梯、廠房照明、廠房空調(diào)、鼓風(fēng)機、鍋爐、水泵、行吊、電焊機、拉絲機、鍍鋅機等。

（三） 缺口等級II級參與方案

1. 階段性錯峰：

1) 除留用基本保安負(fù)荷外，全時段投入所有可參與錯峰負(fù)荷；

2) 對于響應(yīng)時間慢的設(shè)備需提前做好參與錯峰準(zhǔn)備，保證所有可限負(fù)荷全額全時段參與錯峰。

2. 緊急錯峰：

接到錯峰指令后需快速投入可限負(fù)荷，然后根據(jù)指令逐步釋放負(fù)荷恢復(fù)正常生產(chǎn)。

本級可停的用電設(shè)備有：熱處理、溶化爐、高頻爐、噴漆機、烘干機、電鍍機、車床、銑床、刨床、沖床、鉆床、空錘機、空壓機、切割機、剪板機、廠區(qū)道路照明、辦公空調(diào)、辦公照明、辦公樓電梯、廠房照明、廠房空調(diào)、鼓風(fēng)機、鍋爐、水泵、行吊、食堂、宿舍、電開水爐、電焊機、拉絲機、鍍鋅機、數(shù)控機床、生產(chǎn)流水線、組裝線等。

（四） 缺口等級I級參與方案

1. 階段性錯峰：

缺口等級I級時通用及設(shè)備制造業(yè)應(yīng)通過每周“開三停四”的方法、“生產(chǎn)一周停產(chǎn)一周”的方法、以及“將生產(chǎn)班次全部調(diào)到夜間生產(chǎn)”的方法實現(xiàn)錯峰限電。

2. 緊急錯峰：

在15~30分鐘內(nèi)停除保安外的一切用電設(shè)備與所有生產(chǎn)線。

四、 行業(yè)用戶參與錯峰限電風(fēng)險及注意事項

1. 遇到突然停電，會使工作中的行車失去平衡，可能產(chǎn)生傾斜、脫落，機體本身可能損壞、報廢地面的設(shè)施，作業(yè)人員也可能被砸傷，造成損害和人員傷亡。

2. 一些在高精密數(shù)控設(shè)備上進(jìn)行的設(shè)備設(shè)施，突然停電會造成系統(tǒng)數(shù)據(jù)丟失，產(chǎn)品報廢，設(shè)備嚴(yán)重?fù)p傷，恢復(fù)正常生產(chǎn)需要較長時間，產(chǎn)生重大經(jīng)濟(jì)損傷。

3. 溶化爐、高頻爐、鍋爐等設(shè)備如遇突然停電，會使?fàn)t膛報廢，溶煉的金屬溶液報廢，且存在發(fā)生火災(zāi)的隱患。

因此，該行業(yè)用戶參與錯峰時，企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身的實際情況，科學(xué)、合理地編制內(nèi)部應(yīng)急預(yù)案，主動配合錯峰實施，杜絕惡性事故發(fā)生，主動承擔(dān)社會責(zé)任同時將損失降到zui低。

五、智能電力監(jiān)控的功能與應(yīng)用

5.1項目概況

武漢重型機床集團(tuán)有限公司(原武漢重型機床廠，簡稱武重)是生產(chǎn)重型、超重型機床規(guī)格zui大、品種zui全的大型骨干企業(yè)。重型機床產(chǎn)品全部實現(xiàn)數(shù)控化。大部分產(chǎn)品達(dá)到九十年代水平，超重型數(shù)控立式車床、超重型臥式車床、超重型數(shù)控龍門移動鏜銑床達(dá)到當(dāng)代水平。也是世界*能生產(chǎn)多品種超重型機床產(chǎn)品的廠家。

安科瑞電氣股份有限公司承接武漢重型機床集團(tuán)遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)項目的設(shè)計與實施。采用Acrel-3000型電力監(jiān)控系統(tǒng)， 本監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控范圍：威泰立車公司、數(shù)控鏜床公司、數(shù)控銑床公司、武漢善福公司、武重鑄鍛公司、大件加工廠、中小件加工廠、辦公大樓8個單位13個配電室的電力儀表。

按照武漢重型機床集團(tuán)的實際需求和智能元器件的功能，完成系統(tǒng)的設(shè)計，主要功能為：一次主接線圖界面顯示；電參量遙測及電參量越限報警；事件記錄，系統(tǒng)運行異常監(jiān)測；故障報警及操作記錄；電能報表查詢與打?。幌到y(tǒng)負(fù)荷、諧波的實時、歷史曲線，用戶權(quán)限管理等主要功能，實際細(xì)化功能賣方可以根據(jù)買方的使用習(xí)慣和需求做可行性修改。

整個系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)分布式結(jié)構(gòu)，監(jiān)控主機位于10KV監(jiān)控室內(nèi)，系統(tǒng)采用開放的通訊協(xié)議，通過現(xiàn)場總線連接到通訊服務(wù)器MOXA NPort5430 .13個配電室通過光纖組網(wǎng)與低壓配電系統(tǒng)等相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊功能。

5.2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)   

本系統(tǒng)采用分層分布式計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)即間隔層、通訊層和站控層如下圖所示：

間隔層主要的設(shè)備為：多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表、開關(guān)量、模擬量采集模塊和智能斷路器等。這些裝置分別對應(yīng)相應(yīng)的一次設(shè)備安裝在電氣柜內(nèi)，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過現(xiàn)場MODBUS總線組網(wǎng)通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場采集。

中間層主要為：通訊服務(wù)器，其主要功能為把分散在現(xiàn)場采集裝置集中采集，同時遠(yuǎn)傳至站控層，完成現(xiàn)場層和站控層之間的數(shù)據(jù)交互。

站控層：設(shè)有高性能工業(yè)計算機、顯示器、UPS電源、打印機、音響等設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計算機上，集中采集顯示現(xiàn)場設(shè)備運行狀況，以人機交互的形式顯示給用戶。

以上網(wǎng)絡(luò)儀表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通訊協(xié)議，RS485采用屏蔽線傳輸。

5.3系統(tǒng)的主要功能

①數(shù)據(jù)采集與處理

數(shù)據(jù)采集是配電監(jiān)控的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)采集主要由底層多功能網(wǎng)絡(luò)儀表采集完成，實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的本地實時顯示。需要完成采集的信號包括：三相電壓U、三相電流I、頻率Hz、功率P、功率因數(shù)COSφ、電度Ep、遠(yuǎn)程設(shè)備運行狀態(tài)等數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)處理主要是把按要求采集到的電參量實時準(zhǔn)確的顯示給用戶，達(dá)到配電監(jiān)控的自動化化和智能化要求，同時把采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫供用戶查詢。

②人機交互

系統(tǒng)提供簡單、易用、良好的用戶使用界面。采用全中文界面，CAD圖形顯示低壓配電系統(tǒng)電氣一次主接線圖，顯示配電系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)及相應(yīng)實時運行參數(shù)；畫面實時動態(tài)刷新；模擬量顯示；開關(guān)量顯示；報警記錄顯示等。

③故障報警及事故追憶

在配電系統(tǒng)發(fā)生運行故障時，會及時發(fā)出聲報警提示用戶及時響應(yīng)故障回路，同時自動記錄事件發(fā)生的時間地點，以被用戶查詢，追憶故障原因。

④數(shù)據(jù)庫建立與查詢

主要完成遙測量和遙信量定時采集，并且建立數(shù)據(jù)庫，定期生成報表，以供用戶查詢打印。

⑤電能成本管理

自動進(jìn)行日、月、年的電能統(tǒng)計，可以進(jìn)行尖、峰、平、谷時段設(shè)定，實現(xiàn)具有電能分時計費功能，同時生成日、月、年報表，電流曲線圖等。

⑥用戶權(quán)限管理

    可根據(jù)買方要求添加和刪除軟件的用戶數(shù)量和設(shè)置用戶的權(quán)限。針對不同級別的用戶，設(shè)置不同的權(quán)限組，防止因人為誤操作給生產(chǎn)，生活帶來的損失，實現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全，可靠運行。

六、主要監(jiān)控產(chǎn)品

（1）高壓回路或低壓進(jìn)線回路選ACR330ELH儀表

該表為電能質(zhì)量分析儀表，主要功能有：LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計量、復(fù)費率電能統(tǒng)計；THDu，THDi、2-31次各次諧波分量；電壓波峰系數(shù)、波形因子、電流K系數(shù)、電壓與電流不平衡度計算；電網(wǎng)電壓電流正、負(fù)、零序分量（含負(fù)序電流）測量；4DI+3DO（DO3做過壓、欠壓、過流、不平衡報警）；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T645規(guī)約。外形尺寸：120×120mm，開孔尺寸：108×108mm。適用于高壓重要回路或低壓進(jìn)線柜。

（2）低壓聯(lián)絡(luò)或出線回路選ACR220EL電力儀表

該表主要功能有：LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計量、復(fù)費率電能統(tǒng)計、zui大需量統(tǒng)計；4DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議。外形尺寸：96×96mm，開孔尺寸：88×88mm。適用于低壓聯(lián)絡(luò)柜、出線柜。

（3）低壓出線柜選ARD系列

該表測量三相電流、定值查詢、定值整定、過載、斷相（不平衡）、堵轉(zhuǎn)、欠載、外部故障、阻塞、欠壓等保護(hù)功能、8DI+4DO、電能管理、漏電保護(hù)、SOE記錄、多種起動模式、RS485通訊接口、MODbus協(xié)議/Profibus-DP協(xié)議可選。

（4）節(jié)能產(chǎn)品可選導(dǎo)軌表或APF有源濾波裝置

照明箱DDSF1352電表主要功能：電流規(guī)格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、復(fù)費率電能統(tǒng)計、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸：76×89×74mm，4模數(shù)。適用于照明箱的電流、電壓測量；單相電能計量。

ARD

DTSF1352導(dǎo)軌式電表主要功能：電流規(guī)格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、復(fù)費率電能統(tǒng)計、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸：126×89×74mm，7模數(shù)。適用于照明箱的三相電能計量。

DTSD1352導(dǎo)軌式電表主要功能：LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計量、復(fù)費率電能統(tǒng)計、zui大需量統(tǒng)計；電流規(guī)格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸：126×89×74mm，7模數(shù)。適用于動力柜。

ANAPF系列有源電力濾波裝置，以并聯(lián)方式接入電網(wǎng)，通過實時檢測負(fù)載的諧波和無功分量，采用PWM變流技術(shù)，從變流器中產(chǎn)生一個和當(dāng)前諧波分量和無功分量對應(yīng)的反向分量并實時注入電力系統(tǒng)，從而實現(xiàn)諧波治理和無功補償。

七、設(shè)備清單

參考文獻(xiàn)：

[1]安科瑞電氣股份有限公司系統(tǒng)解決方案.2013.1版.

[2] 通用及設(shè)備制造行業(yè)錯峰限電技術(shù)指導(dǎo).

作者簡介：

徐霜，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)，: 2880157857