電力需求側(cè)管理在火力發(fā)電廠的應(yīng)用

楊宏鵬

【摘要】 發(fā)電廠作為電能轉(zhuǎn)化企業(yè)，既是電力的生產(chǎn)者，也是電力的需求側(cè)。電能監(jiān)測(cè)平臺(tái)是應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能電網(wǎng)理念，結(jié)合現(xiàn)代電力需求側(cè)電能管理思想，為電力用戶構(gòu)建的電能管理系統(tǒng)。本文介紹了寧夏京能寧東發(fā)電有限責(zé)任公司火力發(fā)電廠電能監(jiān)測(cè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)、能效管理模式及平臺(tái)建設(shè)的創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)難點(diǎn)和解決方案。

【關(guān)鍵詞】 電力需求側(cè)管理 電能監(jiān)測(cè)平臺(tái) 輔機(jī)單耗 廠用電率

電力需求側(cè)管理（Power Demand Side Management，DSM）指在政府法規(guī)和政策支持下，采取有效的激勵(lì)和引導(dǎo)措施以及適宜的運(yùn)作方式，通過電網(wǎng)企業(yè)、能源服務(wù)企業(yè)、電力用戶等共同協(xié)力，提高終端用電效率和改變用電方式，在滿足同樣用電功能的同時(shí)減少電力消耗和電力需求，為達(dá)到節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益最優(yōu)、各方受益、成本最低的能源服務(wù)所進(jìn)行的管理活動(dòng)。發(fā)電廠作為電能轉(zhuǎn)化企業(yè)，既是電力的生產(chǎn)者，也是電力的需求方；以2013年度為例，寧夏京能寧東發(fā)電有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱寧夏京能電廠）全年發(fā)電量為75.02億kWh，盡管廠用電率4.95%，但是耗電量仍高達(dá)3.69億kWh（相當(dāng)于中型鋼廠的年耗電量規(guī)模）。寧夏京能寧東發(fā)電有限責(zé)任公司電能監(jiān)測(cè)平臺(tái)一方面實(shí)現(xiàn)與自治區(qū)電能監(jiān)測(cè)平臺(tái)的對(duì)接，實(shí)現(xiàn)為政府在區(qū)域的能源優(yōu)化，節(jié)能調(diào)度等方面提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，作為宏觀層面的決策支撐；同時(shí)廠級(jí)平臺(tái)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)企業(yè)級(jí)需求，將廠用電率能效管理的理念融入其中，開發(fā)了廠用電率分析系統(tǒng)、輔機(jī)設(shè)備單耗分析系統(tǒng)及電能平衡分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)廠用電精細(xì)化管理，降低廠用電率。

一、國(guó)內(nèi)外電力需求側(cè)管理的應(yīng)用現(xiàn)狀

電力需求側(cè)管理的提出是與電力產(chǎn)業(yè)的技術(shù)特征精密相連的。1981年美國(guó)學(xué)者C.W.Gellings第一次提出DSM的思想，它改變了傳統(tǒng)規(guī)劃中單純以供應(yīng)滿足需求的思路，將需求側(cè)節(jié)約的電力和電量也作為一種資源，供方與需求方兩種資源綜合比較，按最小費(fèi)用的原則尋求最優(yōu)方案，使其產(chǎn)生最大的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益。目前DSM已成為國(guó)際上先進(jìn)的能源管理活動(dòng)和發(fā)達(dá)國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的重要手段，在法國(guó)、德國(guó)、韓國(guó)、美國(guó)、加拿大、意大利等30個(gè)國(guó)家和地區(qū)取得了成功實(shí)施，并越來越受到關(guān)注。

我國(guó)在上世紀(jì)90年代末開展電力需求側(cè)管理，目前江蘇、寧夏、河北建立了省級(jí)平臺(tái)，以電力需求側(cè)管理開展較早的江蘇為例，電力需求側(cè)管理平臺(tái)已覆蓋全省 18萬家企業(yè)、可控負(fù)荷4000多萬千瓦。根據(jù)江蘇省電力公司對(duì)其開展的能效電廠項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)，2011-2013年完成43.8億千瓦時(shí)節(jié)約電量，取得顯著節(jié)電效果。

二、電廠電能監(jiān)測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

平臺(tái)由三個(gè)部分組成：一是數(shù)據(jù)采集單元；二是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理單元，是系統(tǒng)的核心部分；三是數(shù)據(jù)發(fā)布單元。

數(shù)據(jù)采集單元由分布在客戶配網(wǎng)中的數(shù)據(jù)采集裝置組成，采集到的用能數(shù)據(jù)經(jīng)過傳輸，轉(zhuǎn)換，存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理單元。采集單元由SIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成及電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)兩部分級(jí)成。SIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成是通過SIS系統(tǒng)采集發(fā)電量、廠用電量、煤耗、鍋爐效率等指標(biāo)數(shù)據(jù)。電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀表采集主要用電設(shè)備及供電線路的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理單元是系統(tǒng)的核心，基于高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫技術(shù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊負(fù)責(zé)存儲(chǔ)各類客戶數(shù)據(jù)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)處理結(jié)果。數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理模塊是在采集的海量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之上，滿足需求側(cè)管理功能進(jìn)行的數(shù)據(jù)計(jì)算，加工等二次處理，如基本報(bào)警，同比，環(huán)比，峰谷平值，不平衡度等。數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)進(jìn)行，一旦檢測(cè)到數(shù)據(jù)超過預(yù)置條件，立即觸發(fā)報(bào)警。數(shù)據(jù)處理模塊提供的報(bào)表可按照用戶的自定義條件定時(shí)生成。

主要工作內(nèi)容及程序如下：

數(shù)據(jù)發(fā)布單元是整個(gè)系統(tǒng)與用戶的人機(jī)交互界面，是系統(tǒng)功能的最終體現(xiàn)。數(shù)據(jù)發(fā)布單元嚴(yán)格基于B/S架構(gòu)，用戶無需安裝任何軟件，包括瀏覽器插件，即可通過瀏覽器管理電能管理信息，系統(tǒng)支持智能手機(jī)，平板電腦訪問。數(shù)據(jù)發(fā)布單元有嚴(yán)格的授權(quán)系統(tǒng)，任何未經(jīng)授權(quán)的訪問將被拒絕。

三、平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

1、與省/區(qū)級(jí)平臺(tái)對(duì)接的功能設(shè)計(jì)：電能監(jiān)測(cè)平臺(tái)不僅需要實(shí)現(xiàn)電廠自身廠用電的管理，實(shí)現(xiàn)政府在區(qū)域用電綜合管理，節(jié)能調(diào)度的作用。平臺(tái)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)篩選、加密、上報(bào)系統(tǒng)，原始數(shù)據(jù)直接采集到廠級(jí)電能管理平臺(tái)，廠級(jí)電能管理平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)處理后，將政府監(jiān)管所需要的數(shù)據(jù)按照自治區(qū)電能監(jiān)測(cè)平臺(tái)數(shù)據(jù)格式要求打包，開發(fā)對(duì)接功能模塊，將數(shù)據(jù)上傳。

2、電能監(jiān)測(cè)基本功能設(shè)計(jì)：平臺(tái)基本功能包括電力監(jiān)測(cè)、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)和廠用電量監(jiān)測(cè)。電力監(jiān)測(cè)功能實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)廠用電系統(tǒng)的電力數(shù)據(jù)，主要用電設(shè)備（包括關(guān)鍵用電設(shè)備）的電力數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)類型包括電流、電壓、頻率、有功功率等，以圖表及實(shí)時(shí)運(yùn)行圖等可視化方式呈現(xiàn)。電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)功能實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)廠用電6kv段的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)類型包括諧波畸變率，三相不平衡度等。電量監(jiān)測(cè)功能實(shí)現(xiàn)日、月、年各設(shè)備及廠用的系統(tǒng)峰谷平時(shí)電量的統(tǒng)計(jì)對(duì)比。

3、性能計(jì)算及預(yù)警功能設(shè)計(jì)：此項(xiàng)功能是電力需求側(cè)管理在電廠引用的重點(diǎn)內(nèi)容，通過用電數(shù)據(jù)和廠用電煤耗、水耗等其他能源數(shù)據(jù)的集成，建設(shè)廠用電平衡模塊，輔機(jī)耗能分析模塊和耗電率分析模塊。

四、系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)注意問題

1、系統(tǒng)運(yùn)行安全問題：電廠內(nèi)的DSC系統(tǒng)是專門為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的監(jiān)控裝置，由于它直接與現(xiàn)場(chǎng)的I/O設(shè)備相連，外來系統(tǒng)很容易通過電源或接口對(duì)其產(chǎn)生信號(hào)干擾，同時(shí)電廠大量的電氣設(shè)備構(gòu)成復(fù)雜的電磁環(huán)境，所以電廠的電能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的抗干擾處理非常重要。電能監(jiān)測(cè)平臺(tái)服務(wù)器安置在電廠專用的電子間，服務(wù)器安裝屏使用防干擾屏蔽式設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)傳輸全部采用有線傳輸方式，通訊前置機(jī)與平臺(tái)服務(wù)器采用光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

2、數(shù)據(jù)傳輸方式選擇：廠級(jí)電能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸中需要經(jīng)過多次隔離，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，但?jīng)過多次隔離會(huì)影響數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。經(jīng)過多次研究，最終選定數(shù)據(jù)通過SIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)出口與平臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行對(duì)接采集，所需的相關(guān)數(shù)據(jù)通過SIS系統(tǒng)進(jìn)行采集補(bǔ)全。廠級(jí)電能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)發(fā)布需先經(jīng)過數(shù)據(jù)打包、加密，再經(jīng)過電廠統(tǒng)一的防火墻系統(tǒng)，然后上傳到自治區(qū)電能監(jiān)測(cè)平臺(tái)。

3、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析：電廠的廠用電系統(tǒng)平衡計(jì)算涉及全廠的用電設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集，能耗分析不僅涉及到設(shè)備的用電數(shù)據(jù)，同時(shí)需要整合電廠的煤耗、水量、氧量、熱量等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)信息量大，運(yùn)行公式復(fù)雜，數(shù)據(jù)報(bào)表準(zhǔn)確度、實(shí)時(shí)性要求高。電能監(jiān)測(cè)平臺(tái)對(duì)廠用電率、鍋爐效率、熱耗率進(jìn)行分類設(shè)備數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，在平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)之初，就要考慮到大數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，研發(fā)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)發(fā)引擎和內(nèi)存實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫技術(shù)，減少了數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行壓力，提高了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，數(shù)據(jù)刷新周期可達(dá)到5s以內(nèi)。

4、與SIS接口開發(fā)：SIS系統(tǒng)對(duì)外傳輸接口為非標(biāo)準(zhǔn)化私有協(xié)議，無法通過現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議驅(qū)動(dòng)配置采集，這在數(shù)據(jù)采集中是一個(gè)難點(diǎn)，現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)的OPC，MODBUS通用協(xié)議轉(zhuǎn)化網(wǎng)關(guān)也沒有相應(yīng)協(xié)議選項(xiàng)，為此定制開發(fā)了SIS系統(tǒng)接口數(shù)據(jù)采集驅(qū)動(dòng)，實(shí)時(shí)采集測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)。

5、大數(shù)據(jù)下的數(shù)據(jù)檢索問題：由于長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)后，數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)龐大，在后期報(bào)表生成過程中，如果檢索方式不得當(dāng)，很容易造成系統(tǒng)運(yùn)行緩慢甚至停機(jī)。為了解決這一問題，寧夏京能電廠電能監(jiān)測(cè)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫采取了集群數(shù)據(jù)庫理念，將定期歸檔按時(shí)間戳分解數(shù)據(jù)庫，后期當(dāng)使用歷史數(shù)據(jù)庫時(shí)同樣按時(shí)間戳檢索，這樣提高了檢索效率，降低了系統(tǒng)壓力。

五、系統(tǒng)創(chuàng)新性

1、將能效管理思想融入到電能監(jiān)測(cè)平臺(tái)。電能監(jiān)測(cè)平臺(tái)融入了能效管理的思想，建設(shè)廠用電平衡模塊，輔機(jī)耗能分析模塊和耗電率分析模塊。廠用電系統(tǒng)平衡是電廠一直重點(diǎn)關(guān)注的項(xiàng)目，以前需要人工進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、匯總，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性差、誤差大，且現(xiàn)場(chǎng)工作量大，電能監(jiān)測(cè)平臺(tái)開發(fā)專門的平衡分析軟件，自動(dòng)整合數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示廠用電系統(tǒng)平衡圖，提高了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度，減輕了現(xiàn)場(chǎng)的工作量。輔機(jī)耗能分析是電廠控制廠用電率的重要手段，每月均需要現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理，在發(fā)送給各個(gè)負(fù)責(zé)人，電能監(jiān)測(cè)平臺(tái)根據(jù)設(shè)定的周期進(jìn)行數(shù)據(jù)的同比、環(huán)比。

2、預(yù)警功能與專家分析系統(tǒng)結(jié)合。電能監(jiān)測(cè)平臺(tái)將線上設(shè)備預(yù)警功能與線下專家分析團(tuán)隊(duì)相結(jié)合，形成獨(dú)特的專家分析系統(tǒng)。平臺(tái)對(duì)廠用電系統(tǒng)可能出現(xiàn)的異常報(bào)警事先分析錄入，當(dāng)用電設(shè)備出現(xiàn)異常報(bào)警，系統(tǒng)自動(dòng)提示報(bào)警并提示預(yù)先錄入的原因及可能引起的異常，供現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行排查，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)排場(chǎng)與提示信息不吻合，立即啟動(dòng)線下專家分析，通過分析找出原因并錄入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)，為下次預(yù)警提供信息提示。

六、成果推廣

在寧東電廠的成功經(jīng)驗(yàn)將逐步推廣到自治區(qū)其它電廠，同時(shí)將監(jiān)測(cè)目標(biāo)擴(kuò)展至水，煤等耗能工質(zhì)，應(yīng)用前景廣闊，下一步推廣可以分三階段進(jìn)行：

第一階段：電能監(jiān)測(cè)平臺(tái)推廣至自治區(qū)其它電廠。按照自治區(qū)政府在電力需求側(cè)管理工作中的鼓勵(lì)優(yōu)惠政策，發(fā)電企業(yè)自身對(duì)用電精細(xì)化管理，節(jié)約發(fā)電能耗也有迫切的需求，寧東電廠在電能監(jiān)測(cè)平臺(tái)已經(jīng)有成功的經(jīng)驗(yàn)，本系統(tǒng)在應(yīng)用過程中根據(jù)廠里的實(shí)際情況也得到了不斷的改進(jìn)，在這幾方面的契合下，第一階段將把電能監(jiān)測(cè)平臺(tái)推廣到自治區(qū)的其它電廠，為第二階段積累大數(shù)據(jù)分析做準(zhǔn)備。

第二階段：各電廠積累監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)到一定階段后，對(duì)各電廠在統(tǒng)一平臺(tái)上進(jìn)行大數(shù)據(jù)的分析。目前各家電廠雖都有和電力相關(guān)的信息化系統(tǒng)，如廠級(jí)實(shí)時(shí)監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS），分布式控制系統(tǒng)（DCS），電氣控制系統(tǒng)（ECS），各系統(tǒng)都與廠用電有關(guān)，但又不側(cè)重于廠用電，并且各平臺(tái)是單獨(dú)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)雖然經(jīng)過多年積累，但數(shù)據(jù)可用性，利用率不大，難以在統(tǒng)一平臺(tái)上進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析。在統(tǒng)一平臺(tái)上，數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一，可以對(duì)各家電廠進(jìn)行對(duì)比分析，經(jīng)過半年到一年的數(shù)據(jù)積累，初步具備大數(shù)據(jù)分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，通過挖掘分析，政府在監(jiān)管層面對(duì)各家電廠做出指導(dǎo)，提出改進(jìn)意見，電廠根據(jù)反饋的專業(yè)意見并結(jié)合自已的實(shí)際情況，組織專家會(huì)診，確定解決方案，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。

第三階段：將電力監(jiān)測(cè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)推廣到用水，用煤等能源，建立企業(yè)級(jí)能源管理中心。

火電企業(yè)作為高耗能企業(yè)，在電能監(jiān)測(cè)平臺(tái)應(yīng)用方面有其固有的特殊性，作為企業(yè)能耗管理的“CT機(jī)”，如果應(yīng)用得當(dāng)，將大大提升電廠的精細(xì)化管理水平，為企業(yè)進(jìn)一步節(jié)能減排工作提供有力保障，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都將非常顯著，希望通過寧夏京能電廠的電力需求側(cè)試點(diǎn)工作經(jīng)驗(yàn)，被國(guó)內(nèi)其它發(fā)電企業(yè)的下一步節(jié)能工作有所借鑒。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]周昭茂.《電力需求側(cè)管理技術(shù)支持系統(tǒng)》.2007版.中國(guó)電力出版社

[2]向軍.《電力需求側(cè)管理在我國(guó)的應(yīng)用現(xiàn)狀及相關(guān)建議》.2010年.徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào)

[3]劉元輝 朱捷.《廠用電監(jiān)控管理系統(tǒng)在梅縣電廠中的應(yīng)用》.2009年08期.《機(jī)電工程技術(shù)》

[4]江興 馬文欣 王乾坤.《火力發(fā)電廠降低廠用電率的方法》.2011年1月.云南電力技術(shù)