电力行业能源管理中心的主要功能

电力能源管理中心系统由配电系统运行监控、需量管理、负荷分析与预测、成本分析、电能质量监测、变压器最低损耗运行管理、设备最佳运行优化控制、企业生产运行方式仿真优化调度等部分组成。

配电系统运行监控系统可以将配电站内所有用电回路的瞬时电量(三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、有功电能、无功电能、功率因数、频率等)、各回路断路器的运行状态、各回路的故障情况等通过各种带有通信接口的采集控制模块实时传送给监控系统的中央管理计算机,由中央管理计算机建立实时状态数据库,通过专用电力组态软件进行系统运行状态屏幕显示和数据分析计算,并可以自动生成负荷曲线图、电量/时间棒图、参数/时间列表、历史记录列表,还可以实现负荷超限报警、事故跳闸报警、三相不平衡报警、操作历史记录、计算峰谷电量、打印各种报表等。

管理人员可根据变配电系统的运行情况进行负荷分析、合理调度、远控合分闸、躲峰填谷和故障的及时处理,实现对变配电系统的现代化运行管理。

6.3.2.1 显示功能

显示变配电站一次系统图,并在一次系统图上显示各开关的分、合状态;显示各主要配电回路的三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、有功电能、无功电能、频率、功率因数以及开关的分、合状态和事故报警类别。

显示各用电回路的电流、电压、电能以及开关的分、合状态和事故报警类别等;显示上述各电量参数的曲线图。

显示变压器的运行状态以及高温、超高温报警;显示其他工艺设备的运行状态及故障情况。

6.3.2.2 报警功能

1)状态报警

当变配电系统的各开关出现过载跳闸、短路故障跳闸等事故跳闸时(要求断路器带有能区分过载报警及短路瞬动的辅助触点),计算机能够通过多媒体音箱发出声音报警并自动记录时间、站号、回路开关名称、事故类别。

2)超限报警

当变配电系统的各电量参数出现超过额定值或其他工艺设备超限运行时,计算机能够通过多媒体音箱发出声音报警并自动记录时间、站号、回路名称。

3)三相不平衡系数报警

当变配电系统的三相电流或三相电压值出现不平衡时(可自定义范围),计算机能够通过多媒体音箱发出声音报警并自动记录时间、站号、回路名称。

4)控制功能

在值班室中央管理机处,可以通过鼠标器控制各种高、低压开关(带有电动操作机构)的合闸和分闸。

当变配电系统的电气开关之间具有电气闭锁时,根据电气闭锁关系不能操作的开关,在中央管理计算机处鼠标也不能下达操作命令;在中央管理计算机处鼠标下达操作命令时具有密码识别功能,只有操作人员输入正确密码时才可下达操作命令。

5)遥视功能

对于一个变配电站,除上述开关柜、变压器和环境参数需要计算机集中监控以外,有时根据需要,可以安装一些摄像设备,通过图像传输,在总值班室对变配电站的现场进行遥视。

6)统计和打印功能

统计和打印所监控的所有电流值、电压值、功率值、频率值、功率因数值以及这些参数一天24h变化曲线。

统计和打印各断路器运行状态变化时间及故障报警时间和类别;统计和打印各断路器的操作时间及操作人员代码。

统计和打印有功电能、无功电能的一天24h内单位小时用电量及电量棒图,同时具有峰谷计费功能。

7)历史记录

值班室的计算机软件能将所监测并统计的各种电量参数、各断路器或开关点的状态变化时间、报警故障类别保存一个月甚至一年,以便对整个变配电系统的运行情况进行分析。

8)自检功能

系统具有完善的自诊断功能。当系统发生故障时,诊断功能将提供详细的故障信息,以便及时排除故障。

6.3.2.3 需量管理

1)调节工厂负荷需量

需量管理的主要功能是调节工厂的负荷需量。本系统可以跟踪能源消耗,并在每个设定的时段里为每个大型用电设备(如电炉)和企业电力网测算能源需求计划,该计划的计算基于实际的能源消耗以及最大需量的平均值。从一段新的设定时段开始,系统启动计算到本时段结束时工厂将消耗多少能源。通过对能源消耗的调节,系统逐步校准在设定时段内的最大需量限定在计划的“需量上限”和“需量下限”范围内。

在每个时段进程中,系统经过一个可设定的时间间隔(如5s)就测算一个新的计划。如果工厂的计划在“需量上限”之上,系统知道必须采取纠正措施,但不是立即卸掉一个用电设备的负荷,系统首先检查如果第一个用电设备的负荷卸下会出现什么样的结果,如果结果低于“需量下限”,系统不会卸下该设备的负荷。防止负荷被反复投切,通过算法来优化能源的利用。

当系统知道一次卸载即将到来,它根据限负荷计划(拉路顺序)开始选择一条线路用于估算何时下个用电设备的负荷将被卸载。这样的时间预计被通知显示在变电站和相关车间里。随着车间的操作人员越来越熟悉新的需量管理系统,操作人员将使用这种预计来改善调度负荷以及进一步改进能源利用率。

2)时段管理

需量管理系统的另一个重要功能就是时段管理。系统可自动根据预定时段分类进行时段管理,分类包括“高峰”“腰峰”“平段”“低谷”等。系统用户可以进入时段管理画面给每天的时间段进行分类。此外,需量管理系统的设计非常灵活,它可以处理固定和动态改变的时间段。

6.3.2.4 负荷分析与预测

在变配电运行监控系统的基础上,可以实现详细的负荷分析,从而可以加强科学管理,做到“削峰填谷”,提高符合率,改善负荷曲线,以保证电网安全、经济运行。

1)查询功能

能够通过查询方式来获取多种地理视图和不同程度的视图范围的电力负荷数据。

2)负荷分析(www.xing528.com)

可进行用电量分析统计,可按供电区域、变电站、线路分析统计;用户可以制作能源消耗图,确定负载功率因数,鉴别高峰需量时间段设备运作能耗,确定设备最佳运作时间段。可选择时间段按日、周、月、年分析负载情况,实时观察设备负载情况。

3)负荷预测

快速统计指定范围、指定时间段的平均负荷或最高负荷,也可以计算配电网上任意一个节点以下的负荷水平,并且按负荷的增长率进行负荷预测。提供年、月、日、时段负荷预测。

6.3.2.5 成本分析与分配

在变配电运行监控系统的基础上,可以实现精确的成本分析和分配。每个采样数据点数据会被分配到一个或多个费用计算模板,可以按设备、按时段、按电价进行组合式统计分析,并由系统自动生成分析报告。系统还可以将车间操作和产量(由用户输入)与能源成本关联起来,通过提供精确的内部计算方法,来确定真正的生产成本和分配。

系统用户可根据此报告验证供电局账单、分析电力账单,比较在不同收费单价情况下的费用,并依此调节能源分配,以实现能源的最优利用。

6.3.2.6 电能质量分析

在变配电运行监控系统的基础上,可以实现电能质量分析。对电压偏移、瞬时功率降低、反相和谐波等电力信息进行告示、记录、预测趋势。

1)电能质量报表

可对电压、频率、功率等多种参数进行监测。

2)波形图

可提供当前电压波形,谐波等电力波形。

3)电能质量异常事件报表

可对电能质量异常时间按日、周、月、年分类统计分析、对比。

6.3.2.7 变压器最低损耗运行管理

(1)电力能源管理中心系统依据数据采集系统采集的变压器一次和二次电压V、电流I、有功功率P、无功功率Q、总功率S、频率f、电流谐波THDi、电压谐波THDv、功率因数cosφ、三相功率不平衡等电量参数,建立实时动态数据库。

(2)电力能源管理中心系统通过建立的一次侧和二次侧的电量实时动态数据库计算给出变压器及其二次侧产生的有功损耗ΔP、无功损耗ΔQ、谐波增量ΔTHD、三相功率不平衡增量、频率偏移增量Δf等影响变压器经济运行的电量,用该数据除以瞬时总功率,建立单位负荷的损耗数据库,在建立单位损耗数据库的基础上给出变压器及其二次侧产生的单位负荷有功损耗ΔP/S、单位负荷无功损耗ΔQ/S、单位负荷谐波增量ΔDHT/S、单位负荷三相功率不平衡增量、单位负荷频率偏移增量Δf/S等电量在变压器经济运行状态时的最小值,并将变压器运行电参数的瞬时值和单位负荷最小值进行比较,给出差值,差值超出一定范围后输出控制信号或报警信号。

同时用该数据除以瞬时有功功率,建立单位有功电量的损耗数据库,在建立单位电量损耗数据库的基础上给出变压器及其二次侧产生的单位有功电量有功损耗ΔP/P、单位有功电量无功损耗ΔQ/P、单位有功电量谐波增量ΔDHT/P、单位有功电量三相功率不平衡增量、单位有功电量频率偏移增量Δf/P等电量在变压器经济运行状态时的最小值,并将变压器运行电参数的瞬时值和单位有功电量最小值进行比较,给出差值,差值超出一定范围后输出控制信号或报警信号,使变压器的运行操作满足无限趋近于优化经济运行参数。

(3)电力能源管理中心系统同时采用趋势分析,准确判断下一个15min可能出现的负荷峰值发出预警信号和控制信号,在不影响生产的情况下,降低负荷峰值,实现需量实时在线显示和控制。

6.3.2.8 设备最佳运行优化

大型耗电设备,如电弧炉,其操作对单耗的影响较大,控制这些设备运行在单耗最小的曲线上,降低单耗,能节省能源。电力能源管理中心系统提供的设备最佳运行优化就是控制设备运行在最佳运行曲线状态,使设备的效率最高。

1)设备最佳运行曲线的自学习和设定

通常,设备最佳运行曲线不一定是一条,在不同的条件下,会有一组最佳运行曲线。如电弧炉在装料不同时,曲线也会有些变化。因此,获取设备在不同条件下的最佳运行曲线是电力能源管理中心系统的首要任务。

电力能源管理中心系统为每台需要控制的设备安装电能数据采集模块和接收设备运行状态的传感器。当电力能源管理中心系统进入自学习状态时,能按设定的时间间隔为这些设备记录采集的各种数据,输入一些运行条件,电力能源管理中心系统能自动绘出设备的运行曲线,在经过多次自学习运行后,能自动找出单耗最低的曲线,这个曲线还可以人工修改调整。最后设定这台设备的最佳运行曲线。在不同的条件下,进行自学习运行后,可设定这台设备在不同条件下的最佳运行曲线。

2)运行伺服控制系统

电力能源管理中心系统控制设备按最佳运行曲线运行是通过伺服系统来实现的,伺服系统通过采集和反馈的各种数据,输出控制量驱动设备调控系统,调整设备运行状态,使设备在设定的时间内按指定的曲线运行。

6.3.2.9 企业生产运行方式仿真优化调度

企业生产的调度受很多因素的影响,如生产计划、工艺流程、资源配置、劳动者的技能和效率等。电力能源管理中心系统的企业生产运行方式仿真优化调度是在保证生产计划、工艺流程的情况下,按电力能源费用最低化方案进行优化调度。企业将最大限度地利用低价电力,并提出需量管理计划,由电力能源管理系统的需量管理功能控制最大需量。企业按这种方案进行优化调度的直接经济效益和社会效益是十分明显的,这也是合理使用电力能源的最高境界。

1)设备运行仿真器

为了仿真企业的生产过程,首先要对企业各耗电部门和大型耗电设备的运行曲线进行仿真。电力能源管理系统可根据系统历史数据按最大值、平均值、最小值生成不同的仿真器,以便仿真通常情况和极端情况的设备运行。如果有必要,可生成在不同的生产计划下的仿真器。

2)输入工艺流程的运行要求

通常某些设备和生产部门由于工艺流程的要求,在运行上有不同要求。如,某些设备必须连续运行,某些设备在开始运行后的一段时间内不能停止。某些设备和另一些设备必须同时运行或同时停止等。

3)设置企业电能计量点和电价

企业可能存在不同性质的用电,电力公司需分开计量,并执行不同的电价(如动力和照明)。设置企业电能计量点和电价是按电力能源费用最低化方案进行优化的需要,也是电力能源管理系统成本分析的依据。

4)生成调度计划

选择好仿真器,系统即可为用户生成按电力能源费用最低化方案优化的调度计划表和下列报表:①生产调度计划表;②需量管理计划表;③仿真运行日负荷曲线;④仿真运行成本分析表;⑤仿真运行用电量、电费预测表。

根据需要,可以局部调整生产调度计划表,生成多个调度计划,系统可为用户生成调度计划比较表。最后,由用户决定执行的生产调度计划,需量管理计划表也被同时执行(详见需量管理)。