冶金企業(yè)構(gòu)建智能電網(wǎng)探討

葉遠(yuǎn)龍

（馬鋼工程技術(shù)有限公司，安徽馬鞍山243000）

冶金企業(yè)構(gòu)建智能電網(wǎng)探討

葉遠(yuǎn)龍

（馬鋼工程技術(shù)有限公司，安徽馬鞍山243000）

智能電網(wǎng)受到國(guó)內(nèi)外的極大關(guān)注。以智能電網(wǎng)為代表的新能源經(jīng)濟(jì)時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。智能電網(wǎng)的最終目的是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)、高效、可靠、安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)能源包括可再生能源的規(guī)模化高效利用，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益的最大化。借鑒智能電網(wǎng)技術(shù)為冶金企業(yè)電網(wǎng)未來(lái)發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新提供技術(shù)和管理目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。

智能配電網(wǎng)；特點(diǎn)；功能；策略

1 未來(lái)電網(wǎng)發(fā)展的大趨勢(shì)

由于能源成本總是起伏不定，為工廠找到節(jié)能型解決方案，不但是保持企業(yè)財(cái)務(wù)健康的關(guān)鍵，而且已成為承擔(dān)社會(huì)責(zé)任的需要。在經(jīng)濟(jì)衰退時(shí)期，優(yōu)化能源效率和生產(chǎn)效率可為企業(yè)帶來(lái)長(zhǎng)期競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，尤其是在經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇導(dǎo)致需求增加但利潤(rùn)空間更窄的時(shí)候更是如此。目前全球興起的電網(wǎng)智能化解決方案可幫助企業(yè)監(jiān)視、報(bào)告和優(yōu)化能源使用狀況。無(wú)論企業(yè)的能源成本是固定預(yù)算還是可浮動(dòng)支出，智能化策略將為企業(yè)創(chuàng)建和管理有效的節(jié)能計(jì)劃鋪平道路。

智能電網(wǎng)建設(shè)將是中國(guó)電網(wǎng)未來(lái)十年發(fā)展的主要方向，也是大型企業(yè)電網(wǎng)發(fā)展的大趨勢(shì)。傳統(tǒng)電網(wǎng)存在不支持大規(guī)模間歇性電源與分布式電源接入、輸電損失巨大、且用戶側(cè)無(wú)法互動(dòng)等問題，無(wú)法滿足低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代的要求。智能電網(wǎng)作為先進(jìn)的信息技術(shù)和高級(jí)物理電網(wǎng)的充分結(jié)合，是解決未來(lái)能源輸送問題的理想方案，是未來(lái)電網(wǎng)發(fā)展的大趨勢(shì)。世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛把發(fā)展智能電網(wǎng)作為搶占未來(lái)低碳經(jīng)濟(jì)制高點(diǎn)的重要戰(zhàn)略措施，掀起了一場(chǎng)全球范圍的智能電網(wǎng)建設(shè)熱潮。

2 冶金企業(yè)電網(wǎng)現(xiàn)狀

大型冶金企業(yè)工藝環(huán)節(jié)多、連續(xù)性強(qiáng)，生產(chǎn)包含復(fù)雜的物理和化學(xué)過程，負(fù)荷十分龐大，一般不低于80~100萬(wàn)kW·h，負(fù)荷結(jié)構(gòu)復(fù)雜，既有平穩(wěn)負(fù)荷，也有像電爐、軋機(jī)等沖擊負(fù)荷，還有電力電子裝置，由于其非線性、沖擊性、不平衡性造成電網(wǎng)電壓波形產(chǎn)生畸變、電壓波動(dòng)、閃變、高次諧波和三相電壓不平衡，甚至引起系統(tǒng)頻率的波動(dòng)。

在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)上，供配電系統(tǒng)電壓等級(jí)多種多樣，從400 V到6 kV、10 kV、35 kV、110 kV、220 kV等都有。

在電源構(gòu)成上，既有來(lái)自國(guó)家電網(wǎng)的線路，也有企業(yè)自身建設(shè)的大量分布式電源如高爐TRT余壓發(fā)電、燒結(jié)廠余熱發(fā)電、軋鋼廠加熱爐余熱發(fā)電、煤焦化副產(chǎn)品煤氣和干熄焦發(fā)電、燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電等等，并且隨著企業(yè)能效意識(shí)的提高，后者所占的比重也越來(lái)越大，普遍達(dá)到50%以上。

在電網(wǎng)的監(jiān)控管理上，通訊方式多樣，兼容性差，缺少電網(wǎng)信息的高度集成和共享，電網(wǎng)在運(yùn)行中與用戶設(shè)備和行為缺乏交互性和互動(dòng)性，不具有實(shí)時(shí)、在線連續(xù)的安全評(píng)估和分析能力，沒有預(yù)警控制系統(tǒng)和預(yù)防控制能力。

在電能管理上，只計(jì)費(fèi)缺管理。缺少統(tǒng)一帶通訊功能的基礎(chǔ)計(jì)量裝備，沒有形成分區(qū)域、分工段、分班組、分系統(tǒng)和分時(shí)段的計(jì)量考核體系，沒有將電能消費(fèi)與產(chǎn)品產(chǎn)量連接管理，沒有建立起一個(gè)科學(xué)的電能消耗管理平臺(tái)，每年幾十億元的電費(fèi)使用電成為企業(yè)運(yùn)行的一塊巨大成本。廠礦節(jié)能降耗停還留在人為節(jié)約“1度電”的口號(hào)里，僅把電力當(dāng)作是源源不斷、用之不竭的商品，用電沒有向管理和技術(shù)要效益。

3 智能電網(wǎng)功能特征及技術(shù)

3.1 傳統(tǒng)電網(wǎng)與智能電網(wǎng)比較

傳統(tǒng)電網(wǎng)是一個(gè)剛性系統(tǒng)，電源的接入與退出、電能量的傳輸?shù)榷既狈椥?，致使電網(wǎng)沒有動(dòng)態(tài)柔性及可組性；垂直的多級(jí)控制機(jī)制反應(yīng)遲緩，無(wú)法構(gòu)建實(shí)時(shí)、可配置、可重組的系統(tǒng)；系統(tǒng)自愈、自恢復(fù)能力完全依賴于實(shí)體冗余；對(duì)客戶的服務(wù)簡(jiǎn)單、信息單向；系統(tǒng)內(nèi)部存在多個(gè)信息孤島，缺乏信息共享。雖然局部的自動(dòng)化程度在不斷提高，但由于信息的不完善和共享能力的薄弱，使得系統(tǒng)中多個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)是割裂的、局部的、孤立的，不能構(gòu)成一個(gè)實(shí)時(shí)的有機(jī)統(tǒng)一整體，所以整個(gè)電網(wǎng)的智能化程度較低。

與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，智能電網(wǎng)將進(jìn)一步拓展對(duì)電網(wǎng)全景信息（指完整的、正確的、具有精確時(shí)間斷面的、標(biāo)準(zhǔn)化的電力流信息和業(yè)務(wù)流信息等）的獲取能力，以堅(jiān)強(qiáng)、可靠、通暢的實(shí)體電網(wǎng)架構(gòu)和信息交互平臺(tái)為基礎(chǔ)，以服務(wù)生產(chǎn)全過程為需求，整合系統(tǒng)各種實(shí)時(shí)生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)信息，通過加強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)業(yè)務(wù)流實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的分析、診斷和優(yōu)化，為電網(wǎng)運(yùn)行和管理人員提供更為全面、完整和精細(xì)的電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)狀態(tài)圖，并給出相應(yīng)的輔助決策支持，以及控制實(shí)施方案和應(yīng)對(duì)預(yù)案，最大程度地實(shí)現(xiàn)更為精細(xì)、準(zhǔn)確、及時(shí)、優(yōu)化的電網(wǎng)運(yùn)行和管理。

3.2 智能電網(wǎng)功能特點(diǎn)

智能電網(wǎng)具有以下功能特點(diǎn)：

（1）安全（Safety）。在電網(wǎng)發(fā)生大擾動(dòng)和故障時(shí)，電網(wǎng)仍能保持對(duì)用戶的供電能力，而不發(fā)生大面積的停電事故；在自然災(zāi)害和極端氣候條件下、或人為的外力破壞下仍能保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行；具有確保信息安全的能力和防計(jì)算機(jī)病毒破壞的能力。

（2）自愈（Self-Healing）——穩(wěn)定可靠。自愈是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的主要功能，具有實(shí)時(shí)、在線連續(xù)的安全評(píng)估和分析能力，強(qiáng)大的預(yù)警控制系統(tǒng)和預(yù)防控制能力，無(wú)需或僅需少量人為干預(yù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)故障診斷、故障隔離和系統(tǒng)自我恢復(fù)的能力，最小化或避免用戶的供電中斷。

（3）兼容（Compatible）——發(fā)電資源。能支持可再生能源的正確、合理地接入，通過在電源互聯(lián)領(lǐng)域引入類似于計(jì)算機(jī)中的"即插即用"技術(shù)(尤其是分布式發(fā)電資源)，電網(wǎng)可以容納包含集中式發(fā)電在內(nèi)的多種不同類型電源。

（4）交互（Interactivity）——電力用戶。電網(wǎng)在運(yùn)行中與用戶設(shè)備和行為進(jìn)行交互，將其視為電力系統(tǒng)的完整組成部分之一，與電力用戶實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接，能使需求側(cè)管理的功能更加完善和提高，實(shí)現(xiàn)與用戶的交互和高效互動(dòng)。

（5）高效（Efficient）——資產(chǎn)優(yōu)化。引入最先進(jìn)的信息和監(jiān)控技術(shù)，優(yōu)化設(shè)備和資源的使用效益，可以提高單個(gè)資產(chǎn)的利用效率，從整體上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行和擴(kuò)容的優(yōu)化，降低它的運(yùn)行維護(hù)成本和投資。

（6）優(yōu)質(zhì)(High quality)——電能質(zhì)量。在數(shù)字化、高科技占主導(dǎo)的經(jīng)濟(jì)模式下，電力用戶的電能質(zhì)量能夠得到有效保障。

（7）集成（Integrated）——信息系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)信息的高度集成和共享，采用統(tǒng)一的平臺(tái)和模型，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和精細(xì)化的管理。實(shí)現(xiàn)包括監(jiān)視、控制、維護(hù)、能量管理(EMS)、配電管理(DMS)、市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)(MOS)、企業(yè)資源規(guī)劃(ERP)等和其他各類信息系統(tǒng)之間的綜合集成。

3.3 智能電網(wǎng)基本特征

統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)在技術(shù)上包含四個(gè)基本特征：

（1）信息化——實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)信息的高度集成、共享和利用；

（2）數(shù)字化——電網(wǎng)對(duì)象、結(jié)構(gòu)及狀態(tài)的定量描述和各類信息的精確高效采集與傳輸；

（3）自動(dòng)化——電網(wǎng)控制策略的自動(dòng)優(yōu)選、運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)監(jiān)控和故障狀態(tài)的自動(dòng)恢復(fù)等；

（4）互動(dòng)化——電源、電網(wǎng)和用戶資源的友好互動(dòng)和協(xié)調(diào)運(yùn)行。

3.4 智能電網(wǎng)技術(shù)

（1）通信技術(shù)

建立高速、雙向、實(shí)時(shí)、集成的通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)，智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)獲取、保護(hù)和控制、跨越各個(gè)分布系統(tǒng)或終端的信息交換都有先進(jìn)的通信系統(tǒng)支持。

（2）量測(cè)技術(shù)

參數(shù)量測(cè)技術(shù)是智能電網(wǎng)基本的組成部件，先進(jìn)的參數(shù)量測(cè)技術(shù)獲取數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信息，以供智能電網(wǎng)的各個(gè)方面使用。它是評(píng)估電網(wǎng)設(shè)備的健康狀況和電網(wǎng)的完整性，進(jìn)行表計(jì)的讀取、防止竊電、緩減電網(wǎng)阻塞以及與用戶的溝通的重要手段。

（3）設(shè)備技術(shù)

廣泛應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)，極大地提高輸配電系統(tǒng)的性能。未來(lái)智能電網(wǎng)中的設(shè)備將充分應(yīng)用在材料、超導(dǎo)、儲(chǔ)能、電力電子和微電子技術(shù)方面的最新研究成果，從而提高功率密度、供電可靠性和電能質(zhì)量以及電力生產(chǎn)的效率。

（4）控制技術(shù)

先進(jìn)的控制技術(shù)是指智能電網(wǎng)中分析、診斷和預(yù)測(cè)狀態(tài)并確定和采取適當(dāng)?shù)拇胧┮韵?、減輕和防止供電中斷和電能質(zhì)量擾動(dòng)的裝置和算法。提供對(duì)輸電、配電和用戶側(cè)的控制方法并且可以管理整個(gè)電網(wǎng)的有功和無(wú)功。

（5）支持技術(shù)

決策支持技術(shù)將復(fù)雜的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)運(yùn)行人員一目了然的可理解的信息，因此動(dòng)畫技術(shù)、動(dòng)態(tài)著色技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及其他數(shù)據(jù)展示技術(shù)，用來(lái)幫助系統(tǒng)運(yùn)行人員認(rèn)識(shí)、分析和處理緊急問題。

4 冶金企業(yè)構(gòu)建智能電網(wǎng)策略

近年來(lái)，中國(guó)冶金行業(yè)保持著高速發(fā)展，冶金企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)規(guī)模急劇擴(kuò)張，面對(duì)日趨激烈行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，技術(shù)創(chuàng)新已成為冶金企業(yè)生存和發(fā)展的關(guān)鍵。

《鋼鐵工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中不僅對(duì)鋼鐵工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)進(jìn)行了具體部署，還設(shè)立了單位能耗、二氧化碳、二氧化硫排放量等具體的量化目標(biāo)。因此，冶金企業(yè)“十二五”節(jié)能減排任務(wù)更加艱巨，綠色發(fā)展之路任重而道遠(yuǎn)。智能電網(wǎng)技術(shù)是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型企業(yè)和探索綠色低碳發(fā)展新道路的重要契機(jī)。

盡管大型冶金企業(yè)負(fù)荷巨大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但與國(guó)家電網(wǎng)相比，不過是一個(gè)大客戶而已，企業(yè)智能電網(wǎng)建設(shè)不可能也無(wú)法照搬國(guó)家電網(wǎng)建設(shè)模式。根據(jù)大型冶金企業(yè)狀況及特點(diǎn)，借鑒國(guó)家智能電網(wǎng)建設(shè)理念，選擇符合企業(yè)發(fā)展規(guī)律的建設(shè)思路，才是企業(yè)未來(lái)電網(wǎng)發(fā)展策略；建設(shè)具有企業(yè)特色的智能電網(wǎng)技術(shù)，能夠幫助電力企業(yè)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，并實(shí)現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)型。

（1）重點(diǎn)以110 kV~220 kV超高壓電網(wǎng)為主干，建立一個(gè)內(nèi)外電源互聯(lián)、兼容性好、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、運(yùn)行靈活、恢復(fù)能力強(qiáng)、保障給力的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)；在滿足地區(qū)電網(wǎng)各項(xiàng)規(guī)定基礎(chǔ)上，提高電網(wǎng)大范圍配置資源能力，用足自發(fā)電，用好再生電，避免企業(yè)發(fā)電倒送電網(wǎng)，提高電網(wǎng)大范圍優(yōu)化配置資源能力。

（2）大力發(fā)展企業(yè)可再生能源發(fā)電，開發(fā)和改善電源接入和并網(wǎng)技術(shù)，回收冶金企業(yè)二次能源。充分利用高爐煤氣的余壓、燒結(jié)廠、軋鋼廠的余熱、煤焦化副產(chǎn)品煤氣和干熄焦、燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電等資源，通過能源回收轉(zhuǎn)換為企業(yè)所用。這些清潔綠色能源的回收不僅為企業(yè)帶來(lái)可觀的利潤(rùn)，還能實(shí)現(xiàn)環(huán)保效益和社會(huì)效益。

（3）建立能量管理系統(tǒng)（EMS），配置電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，引入電能量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)和廣域測(cè)量系統(tǒng)（WAMS），建設(shè)新規(guī)則下的企業(yè)內(nèi)部電力市場(chǎng)交易技術(shù)支持系統(tǒng)。

（4）建立企業(yè)能源控制中心，實(shí)行用戶端高、中、低壓全方位的電力集中監(jiān)控管理，建設(shè)節(jié)約型企業(yè)。在廠礦每一個(gè)負(fù)荷區(qū)域分散設(shè)置基于微處理器的智能電表，借助計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通訊、計(jì)量保護(hù)裝置，上傳能量管理系統(tǒng)(EMS)，獲取分班組、分生產(chǎn)線、分關(guān)鍵設(shè)備、分車間、分時(shí)段的用電信息數(shù)據(jù)，隨時(shí)統(tǒng)計(jì)分析電能消耗指標(biāo)，進(jìn)而建立分區(qū)域、分工段、分班組、分系統(tǒng)和分時(shí)段的計(jì)量考核體系。

（5）構(gòu)建電網(wǎng)與用戶能量流、信息流、業(yè)務(wù)流實(shí)時(shí)互聯(lián)、互動(dòng)的新型供用電關(guān)系。國(guó)家電網(wǎng)主要側(cè)重于輸變電智能化，企業(yè)電網(wǎng)側(cè)重于配用電和配網(wǎng)的智能化。通過信息控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)精確供能，解決能源終端需求側(cè)的節(jié)能管理。配置智能終端可以獲取電網(wǎng)供需信息和用電價(jià)格，實(shí)現(xiàn)用能狀況、電費(fèi)構(gòu)成可視化展示和智能控制，用戶可以根據(jù)電價(jià)變化情況，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、合理用電。

（6）建立企業(yè)獨(dú)立、統(tǒng)一的能效管理系統(tǒng)，而不是以二級(jí)廠礦為管理單位的用電管理制度，設(shè)立企業(yè)用戶電力消費(fèi)專用賬戶，存儲(chǔ)年、月、日電能消費(fèi)歷史記錄，為生產(chǎn)工藝改進(jìn)、用電管理提供真實(shí)數(shù)據(jù)。創(chuàng)建開放、透明、節(jié)能、高效的大企業(yè)級(jí)能效管理平臺(tái)。數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)可以全面實(shí)時(shí)掌握發(fā)電端、變電站到用戶側(cè)各環(huán)節(jié)的功率潮流、電能質(zhì)量信息和電網(wǎng)健康狀況，并可以通過多種方式使信息共享，通過生成報(bào)表、曲線和圖形，設(shè)置越限報(bào)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)事件發(fā)生地點(diǎn)時(shí)間，對(duì)電能質(zhì)量和峰谷平周期進(jìn)行評(píng)估診斷，縱向?qū)Ρ?，橫向比較，尋找用電規(guī)律和特性，挖掘潛能，與產(chǎn)品品種結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量掛鉤，尋求最低電力消費(fèi)指標(biāo)，為電網(wǎng)優(yōu)化、電力調(diào)度和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供決策依據(jù)和管理解決方案，使企業(yè)切實(shí)負(fù)起低碳環(huán)保的社會(huì)責(zé)任。

（7）大力推進(jìn)先進(jìn)的三維、動(dòng)態(tài)、可視化調(diào)度技術(shù)，一體化調(diào)度支持系統(tǒng)，資產(chǎn)全壽命周期管理系統(tǒng)，用戶用電信息采集系統(tǒng)和電力通信等建設(shè)，為智能電網(wǎng)建設(shè)奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。

（8）全面實(shí)現(xiàn)變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控和無(wú)人、少人值守，應(yīng)用地理信息系統(tǒng)(GIS)于輸電、變電和配電管理等業(yè)務(wù)。

（9）建立生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理信息系統(tǒng)，如電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)、設(shè)備檢修管理、變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)等，以提高信息化水平和生產(chǎn)效率。

（10）設(shè)置覆蓋全網(wǎng)的智能傳感器，融合和集成新的量測(cè)、通訊、控制和決策技術(shù)，實(shí)現(xiàn)冶金電力系統(tǒng)管理的技術(shù)變革。

[1]劉振亞.智能電網(wǎng)技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[2]韓曉平.當(dāng)能源充滿智慧[EB/OL].[2009-08-26].中國(guó)能源網(wǎng).

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[4]陳樹勇，宋書芳，李蘭欣等.智能電網(wǎng)技術(shù)綜述[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009（8）：33.

A Discussion on Smart Electric Grid Construction in Metallurgical Enterprises

YE Yuanlong
(The Engineering&Technology Co.,Ltd.of Masteel,Maanshan,Anhui 243000,China)

Smart gird has drawn great attention home and abroad and a new energy era represented by smart grid has come.The final objective of smart grid is to achieve economic, high-efficiency,reliable and safe operation of power grid,realize large-scale and high-efficiency utilization of energy including renewable energies and maximize economic,environmental and social benefits.Smart gird technology can be referred to in drawing up technical and management goals for the power grid development of metallurgical enterprises to achieve economic,environmental and social benefits.

smart power grid;characteristics;function;strategy

TM7

B

1006-6764(2014)01-0008-03

2013－03－15

葉遠(yuǎn)龍（1964－），男，1986年畢業(yè)于上海電力學(xué)院電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，主任工程師、高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事冶金工程供配電專業(yè)設(shè)計(jì)研究工作。