大型工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)負(fù)荷平抑優(yōu)化策略

劉 樹，王元超，石 山，屠黎明，張高言，梁 宇，毛承雄

（1.北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司，北京 100085；2.華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，武漢 430074）

大型工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)負(fù)荷平抑優(yōu)化策略

劉 樹1，王元超2，石 山1，屠黎明1，張高言2，梁 宇2，毛承雄2

（1.北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司，北京 100085；2.華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，武漢 430074）

大型工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)負(fù)荷大多為沖擊性負(fù)荷，將會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)、用電設(shè)備以及生產(chǎn)等造成影響?；陔娏ο到y(tǒng)“削峰填谷”基本思想，提出一種負(fù)荷分時(shí)交錯(cuò)的平抑優(yōu)化策略，對(duì)大型工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)負(fù)荷進(jìn)行平抑優(yōu)化研究。以鋼鐵企業(yè)電弧爐煉鋼為例，在給出單臺(tái)電弧爐負(fù)荷模型基礎(chǔ)上，建立多臺(tái)電弧爐負(fù)荷平抑優(yōu)化模型，然后采用遺傳算法-粒子群優(yōu)化GA-PSO（genetic algorithm-particle swarm optimization）算法對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行求解。選取3種典型的電弧爐有功負(fù)荷作為算例，對(duì)比分析其在同時(shí)同步運(yùn)行和分時(shí)交錯(cuò)運(yùn)行兩種情況下的負(fù)荷波動(dòng)大小。結(jié)果表明，所提出的優(yōu)化策略具有明顯的負(fù)荷平抑效果。

大型工業(yè)企業(yè)；負(fù)荷平抑；分時(shí)交錯(cuò)；電弧爐；GA-PSO

大型工業(yè)企業(yè)中的生產(chǎn)負(fù)荷大多為沖擊性負(fù)荷，其有功功率與無功功率并不固定，常常隨著時(shí)間及工況的變化而不斷變化。如大型電弧爐、大型初軋機(jī)、冷連軋機(jī)、熱連軋機(jī)等，這些常用的生產(chǎn)設(shè)備不僅單機(jī)容量大，而且有功功率及無功功率波動(dòng)的幅度和頻度也較大，大多屬于具有沖擊性、非線性特點(diǎn)的動(dòng)態(tài)畸變負(fù)荷[1]。

大型工業(yè)企業(yè)的沖擊性負(fù)荷，將會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)、用電設(shè)備以及企業(yè)生產(chǎn)等造成巨大影響。比如有功沖擊將會(huì)影響電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定，而無功沖擊將會(huì)影響電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定；由于沖擊負(fù)荷造成電力系統(tǒng)電壓和頻率的波動(dòng)，這些波動(dòng)又將影響用電設(shè)備的正常運(yùn)行和使用壽命；最關(guān)鍵的是，這又將進(jìn)一步影響大型工業(yè)企業(yè)的安全穩(wěn)定生產(chǎn)以及產(chǎn)品質(zhì)量[1-2]。除此之外，沖擊性負(fù)荷還會(huì)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行構(gòu)成威脅，主要表現(xiàn)在造成電壓閃變，產(chǎn)生負(fù)序電流和諧波，甚至破壞電網(wǎng)的穩(wěn)定性[3]。由此可見，十分有必要對(duì)大型工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)負(fù)荷進(jìn)行平抑優(yōu)化研究。

從負(fù)荷平抑角度出發(fā)，目前主要措施有削峰、填谷、移峰填谷等方式，具體實(shí)現(xiàn)手段分別包括直接負(fù)荷控制、可中斷負(fù)荷控制；增加低谷用電設(shè)備、增加蓄能用電；調(diào)整作業(yè)時(shí)間、調(diào)整輪休順序等[4]。文獻(xiàn)[5]提出了實(shí)施可中斷電價(jià)進(jìn)行削峰填谷的需求響應(yīng)策略。文獻(xiàn)[6]研究了商業(yè)樓宇空調(diào)參與電網(wǎng)削峰的負(fù)荷調(diào)控技術(shù)。文獻(xiàn)[7]研究了儲(chǔ)能電池在配電網(wǎng)運(yùn)行中平抑峰谷差的作用。文獻(xiàn)[8]利用電動(dòng)汽車有序充放電對(duì)負(fù)荷曲線進(jìn)行平抑優(yōu)化。文獻(xiàn)[9]利用可平移負(fù)荷來進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度起到了削峰填谷的作用。文獻(xiàn)[10-11]以削峰填谷為目標(biāo)，對(duì)分時(shí)電價(jià)下用戶需求響應(yīng)進(jìn)行分析，構(gòu)建了相應(yīng)的負(fù)荷削減和轉(zhuǎn)移模型。文獻(xiàn)[12]采用大型空調(diào)機(jī)組在供電低谷期制冰蓄冷，在供電高峰期釋冷以滿足冷負(fù)荷需求，從而對(duì)電網(wǎng)起到削峰填谷的效果。上述方法主要還是集中在電力系統(tǒng)常規(guī)負(fù)荷的平抑，而具體針對(duì)大型工業(yè)企業(yè)沖擊性負(fù)荷的平抑優(yōu)化研究則相對(duì)較少，因此亟需提出一種新的負(fù)荷平抑策略。

本文選取比較具有代表性的鋼鐵企業(yè)電弧爐煉鋼負(fù)荷為例，基于電力系統(tǒng)“削峰填谷”基本思想，提出一種“分時(shí)交錯(cuò)”平抑優(yōu)化策略，并建立相應(yīng)的負(fù)荷平抑優(yōu)化模型，來對(duì)大型工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)負(fù)荷進(jìn)行平抑優(yōu)化研究，以達(dá)到優(yōu)化負(fù)荷特性、調(diào)整負(fù)荷曲線之目的。負(fù)荷平抑原則上包括有功平抑和無功平抑，而考慮到無功通常選擇就地補(bǔ)償，因此主要討論有功平抑。

1 電弧爐負(fù)荷分時(shí)交錯(cuò)平抑優(yōu)化

1.1 單臺(tái)電弧爐煉鋼負(fù)荷模型

電弧爐是一種利用電弧將電能轉(zhuǎn)化為熱能來熔煉金屬的冶煉設(shè)備。電弧爐煉鋼工藝過程主要分為熔化期、氧化期和還原期3個(gè)階段，不同階段對(duì)冶煉溫度和輸入功率有著不同的要求[13]。在熔化期電極短路頻繁容易造成電流急劇變化，而在氧化期鋼液沸騰容易造成弧長隨機(jī)波動(dòng)，從而導(dǎo)致電弧爐負(fù)荷是一個(gè)帶有非線性與沖擊性特點(diǎn)的隨機(jī)負(fù)荷[14]。文獻(xiàn)[13-17]從不同角度給出了電弧爐的供電曲線，結(jié)合大型鋼鐵企業(yè)電弧爐煉鋼過程，可以抽象出電弧爐的負(fù)荷模型。電弧爐典型有功負(fù)荷曲線如圖1所示。

圖1 電弧爐煉鋼典型有功負(fù)荷曲線Fig.1 Typical active power load curve of electric arc furnace used in steel-making

根據(jù)圖1給定的電弧爐典型有功負(fù)荷曲線，可以建立電弧爐典型有功負(fù)荷函數(shù)為

式中：T為電弧爐煉鋼周期，k=0,1,2,…；煉鋼周期T=Ton+Toff，通電時(shí)間Ton=T1+T2+T3+T4，非通電時(shí)間Toff=T01+T02+T03+T04+T05。

1.2 多臺(tái)電弧爐負(fù)荷平抑優(yōu)化模型

在建立了電弧爐煉鋼有功負(fù)荷模型之后，基于“削峰填谷”基本思想，利用“分時(shí)交錯(cuò)”優(yōu)化策略，將每條電弧爐煉鋼生產(chǎn)線分時(shí)啟動(dòng)、交錯(cuò)運(yùn)行，可以對(duì)多條生產(chǎn)線進(jìn)行有功負(fù)荷平抑優(yōu)化。電弧爐負(fù)荷分時(shí)交錯(cuò)運(yùn)行之后，將分時(shí)負(fù)荷疊加即可得到綜合負(fù)荷，即將多條單一負(fù)荷曲線分時(shí)移相疊加就可以得到綜合負(fù)荷曲線。對(duì)于負(fù)荷平抑效果，通?？梢杂卸喾N衡量標(biāo)準(zhǔn)，比如可以采用控制負(fù)荷方差、控制負(fù)荷峰谷差、控制負(fù)荷峰值以及控制負(fù)荷率等作為優(yōu)化目標(biāo)。本文選取綜合負(fù)荷曲線方差最小，作為目標(biāo)函數(shù)來描述負(fù)荷波動(dòng)大小，并以此建立多臺(tái)電弧爐負(fù)荷平抑優(yōu)化模型。具體優(yōu)化模型為

2 基于GA-PSO的優(yōu)化模型求解

遺傳算法GA（genetic algorithm）和粒子群優(yōu)化PSO（particle swarm optimization）算法是兩種常用的智能算法。粒子群算法[18-19]通常具有較好的尋優(yōu)能力，特別是針對(duì)復(fù)雜工程問題，通過迭代尋優(yōu)計(jì)算，能夠較快地找到近似解；但由于粒子種群快速趨同效應(yīng)，容易陷入局部極值或早熟收斂。遺傳算法[18，20]直接以目標(biāo)函數(shù)作為搜索信息，以一種概率化的方式進(jìn)行尋優(yōu)，能夠增強(qiáng)粒子群算法的全局搜索能力，加快算法的進(jìn)化速度，提高收斂精度，避免早熟現(xiàn)象。

本文基于粒子群算法的欠缺和遺傳算法的優(yōu)越性，在粒子群算法中引入遺傳算法的交叉和變異算子，將兩種智能算法有機(jī)地結(jié)合在一起，提出采用遺傳算法與粒子群算法的混合優(yōu)化算法GAPSO，來對(duì)電弧爐有功負(fù)荷平抑優(yōu)化模型進(jìn)行尋優(yōu)求解。GA-PSO其算法流程如圖2所示。

圖2 GA-PSO混合算法流程Fig.2 Flow chart of GA-PSO hybrid algorithm

3 算例分析

3.1 3種典型電弧爐有功負(fù)荷

鋼鐵企業(yè)電弧爐主要有普通功率RP（regular power）電弧爐、高功率HP（high power）電弧爐、超高功率UHP（ultra high power）電弧爐。在各種煉鋼噸量下，不同功率的電弧爐，冶煉周期不一樣，負(fù)荷特性也存在差別。本文選取3種典型的電弧爐有功負(fù)荷作為算例，進(jìn)行負(fù)荷平抑優(yōu)化研究。需要指出的是，這些算例資料均來源于《鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)》[1]。

3.1.1 25 t普通功率電弧爐

普通功率電弧爐冶煉每爐鋼，需要經(jīng)過熔化期、氧化期和還原期3個(gè)階段，而且需要通斷電操作多次。每個(gè)階段的耗電量和電功率均不一樣。以容量為25 t配用9 000 kV·A變壓器的普通功率電弧爐為例，熔化期耗電量占總耗電量的59.64%，氧化期占21.19%，還原期占19.17%。有功功率在熔化期為最大，其次是氧化期，還原期為最小。電弧爐工作時(shí)有功負(fù)荷曲線如圖3所示。

圖3 25 t普通功率電弧爐有功負(fù)荷曲線Fig.3 Active power load curve of 25 t RP electric arc furnace

其有功負(fù)荷函數(shù)（單位為MW）為

式中：T=260 min；k=0,1,2,…。

3.1.2 90 t高功率電弧爐

在大型鋼鐵企業(yè)中，高功率電弧爐是一種常用的冶煉設(shè)備，其生產(chǎn)負(fù)荷是典型的沖擊性負(fù)荷。對(duì)于90 t高功率電弧爐，用100%廢鋼冶煉，分兩個(gè)料框裝料，從進(jìn)鋼到出鋼時(shí)間為90 min，其中通電時(shí)間61 min，非通電時(shí)間29 min，冶煉期 cos?=0.8 ，精煉期cos?=0.75，電弧爐工作時(shí)有功負(fù)荷曲線如圖4所示。

其有功負(fù)荷函數(shù)（單位為MW）為

式中：T=90 min;k=0,1,2,…。

圖4 90 t高功率電弧爐有功負(fù)荷曲線Fig.4 Active power load curve of 90 t HP electric arc furnace

3.1.3 150 t超高功率電弧爐

在生產(chǎn)實(shí)際中，超高功率電弧爐的負(fù)荷特性相對(duì)更復(fù)雜。對(duì)于150 t超高功率電弧爐，用100%廢鋼冶煉，分兩個(gè)料框裝料，從進(jìn)鋼到出鋼時(shí)間為100 min，其中通電時(shí)間76 min，非通電時(shí)間24 min，冶煉期 cos?=0.83，過熱期 cos?=0.75，電弧爐工作時(shí)有功負(fù)荷曲線如圖5所示。

圖5 150 t超高功率電弧爐有功負(fù)荷曲線Fig.5 Active power load curve of 150 t UHP electric arc furnace

其有功負(fù)荷函數(shù)（單位為MW）為

式中：T=100 min；k=0,1,2,…。

3.2 多臺(tái)電弧爐負(fù)荷平抑優(yōu)化

本文采用MATLAB軟件分別對(duì)3臺(tái)25 t普通功率電弧爐、3臺(tái)90 t高功率電弧爐、3臺(tái)150 t超高功率電弧爐的最優(yōu)分時(shí)交錯(cuò)運(yùn)行時(shí)刻進(jìn)行了計(jì)算，繪制了電弧爐在同時(shí)同步運(yùn)行和分時(shí)交錯(cuò)運(yùn)行兩種情況下的負(fù)荷優(yōu)化效果圖，給出了負(fù)荷優(yōu)化性能指標(biāo)，以此來分析負(fù)荷平抑效果。

3.2.1 3臺(tái)25 t普通功率電弧爐分時(shí)交錯(cuò)運(yùn)行

根據(jù)式（4）所給定的有功負(fù)荷PRP(t)，將其代入負(fù)荷平抑優(yōu)化模型，求解得3臺(tái)25 t普通功率電弧爐的最優(yōu)分時(shí)交錯(cuò)運(yùn)行時(shí)刻為

為了分析平抑效果，繪制出3臺(tái)25 t普通功率電弧爐負(fù)荷優(yōu)化運(yùn)行效果圖，如圖6所示。

圖6 3臺(tái)25 t普通功率電弧爐分時(shí)交錯(cuò)運(yùn)行效果Fig.6 Results of three 25 t RP electric arc furnaces under time-sharing operation strategy

其中，圖6（a）為負(fù)荷優(yōu)化調(diào)配圖，從中可看出3臺(tái)電弧爐在進(jìn)行負(fù)荷平抑優(yōu)化之后，將按照最優(yōu)分時(shí)交錯(cuò)運(yùn)行時(shí)刻to1=0 min、to2=71 min、to3=189 min分時(shí)啟動(dòng)、交錯(cuò)運(yùn)行。圖6（b）為負(fù)荷優(yōu)化對(duì)比圖，從中可看出3臺(tái)電弧爐在同時(shí)同步運(yùn)行時(shí)，其綜合負(fù)荷曲線的波動(dòng)很大，而在分時(shí)交錯(cuò)運(yùn)行時(shí)負(fù)荷波動(dòng)明顯減小。

更進(jìn)一步地，計(jì)算出3臺(tái)25 t普通功率電弧爐的負(fù)荷優(yōu)化性能指標(biāo)，如表1所示。

表1 3臺(tái)25 t普通功率電弧爐負(fù)荷優(yōu)化性能指標(biāo)Tab.1 Performance indexes of power load optimization for three 25 t RP electric arc furnaces

從表1可以看出，3臺(tái)25 t普通功率電弧爐在分時(shí)交錯(cuò)運(yùn)行時(shí)，其綜合負(fù)荷曲線的方差比同時(shí)同步運(yùn)行時(shí)減小了81.43%，而峰谷差也相應(yīng)地降低了39.28%，負(fù)荷平抑效果較為顯著。

3.2.2 3臺(tái)90 t高功率電弧爐分時(shí)交錯(cuò)運(yùn)行

根據(jù)式（5）所給定的有功負(fù)荷PHP(t)，將其代入負(fù)荷平抑優(yōu)化模型，求解得3臺(tái)90 t高功率電弧爐的最優(yōu)分時(shí)交錯(cuò)運(yùn)行時(shí)刻為

為了分析優(yōu)化效果，繪制出3臺(tái)90 t高功率電弧爐負(fù)荷優(yōu)化運(yùn)行效果圖，如圖7所示。

圖7 3臺(tái)90 t高功率電弧爐分時(shí)交錯(cuò)運(yùn)行效果Fig.7 Results of three 90 t HP electric arc furnaces under time-sharing operation strategy

其中，圖7（a）為負(fù)荷優(yōu)化調(diào)配圖，從中可看出3臺(tái)電弧爐在進(jìn)行負(fù)荷平抑優(yōu)化之后，將按照最優(yōu)分時(shí)交錯(cuò)運(yùn)行時(shí)刻to1=0 min、to2=30 min、to3=60 min分時(shí)啟動(dòng)、交錯(cuò)運(yùn)行。圖7（b）為負(fù)荷優(yōu)化對(duì)比圖，從中可看出3臺(tái)電弧爐在分時(shí)交錯(cuò)運(yùn)行時(shí)，其綜合負(fù)荷曲線除了有少數(shù)幾次波動(dòng)之外，其他時(shí)間基本接近于水平直線。

更進(jìn)一步地，計(jì)算出3臺(tái)90 t高功率電弧爐的負(fù)荷優(yōu)化性能指標(biāo)，如表2所示。

表2 3臺(tái)90 t高功率電弧爐負(fù)荷優(yōu)化性能指標(biāo)Tab.2 Performance indexes of power load optimization for three 90 t HP electric arc furnaces

從表2可以看出，3臺(tái)90 t高功率電弧爐在分時(shí)交錯(cuò)運(yùn)行時(shí)，其綜合負(fù)荷曲線的方差比同時(shí)同步運(yùn)行時(shí)減小了98.47%，而峰谷差也相應(yīng)地降低了66.67%，負(fù)荷平抑效果最為顯著。

3.2.3 3臺(tái)150 t超高功率電弧爐分時(shí)交錯(cuò)運(yùn)行

根據(jù)式（6）所給定的有功負(fù)荷PUHP(t)，將其代入負(fù)荷平抑優(yōu)化模型，求解得3臺(tái)150 t超高功率電弧爐的最優(yōu)分時(shí)交錯(cuò)運(yùn)行時(shí)刻為

為了分析優(yōu)化效果，繪制出3臺(tái)150 t超高功率電弧爐負(fù)荷優(yōu)化運(yùn)行效果圖，如圖8所示。

圖8 3臺(tái)150 t超高功率電弧爐分時(shí)交錯(cuò)運(yùn)行效果Fig.8 Results of three 150 t UHP electric arc furnaces under time-sharing operation strategy

其中，圖8（a）為負(fù)荷優(yōu)化調(diào)配圖，從中可看出3臺(tái)電弧爐在進(jìn)行負(fù)荷平抑優(yōu)化之后，將按照最優(yōu)分時(shí)交錯(cuò)運(yùn)行時(shí)刻to1=0 min、to2=44 min、to3=72 min分時(shí)啟動(dòng)、交錯(cuò)運(yùn)行。圖8（b）為負(fù)荷優(yōu)化對(duì)比圖，從中可看出3臺(tái)電弧爐在同時(shí)同步運(yùn)行時(shí)，其綜合負(fù)荷曲線波動(dòng)很大，而采用分時(shí)交錯(cuò)策略之后，其負(fù)荷波動(dòng)明顯減小。

更進(jìn)一步地，計(jì)算出3臺(tái)150 t超高功率電弧爐的負(fù)荷優(yōu)化性能指標(biāo)，如表3所示。

表3 3臺(tái)150 t超高功率電弧爐負(fù)荷優(yōu)化性能指標(biāo)Tab.3 Performance indexes of power load optimization for three 150 t UHP electric arc furnaces

從表3可以看出，3臺(tái)150 t超高功率電弧爐在分時(shí)交錯(cuò)運(yùn)行時(shí)，其綜合負(fù)荷曲線的方差比同時(shí)同步運(yùn)行時(shí)減小了89.52%，而峰谷差也相應(yīng)地降低了35.37%，負(fù)荷平抑效果比較顯著。

3.2.4 優(yōu)化結(jié)果討論

通過算例分析可知，電弧爐在分時(shí)交錯(cuò)運(yùn)行時(shí)負(fù)荷波動(dòng)明顯減小，這說明所提出的優(yōu)化策略具有良好的負(fù)荷平抑效果。如果增加電弧爐的優(yōu)化臺(tái)數(shù)，或者在優(yōu)化體系中納入其他生產(chǎn)負(fù)荷，甚至考慮不同企業(yè)間的聯(lián)合優(yōu)化，那么負(fù)荷平抑效果將會(huì)更好，負(fù)荷曲線將更加趨于平坦。

采用分時(shí)交錯(cuò)優(yōu)化策略，對(duì)大型工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)負(fù)荷進(jìn)行平抑，主要作用在于優(yōu)化負(fù)荷特性、調(diào)整負(fù)荷曲線，其直觀效果是降低峰期負(fù)荷，提高谷段負(fù)荷，使負(fù)荷曲線趨于水平直線；表現(xiàn)為參數(shù)指標(biāo)時(shí)，使尖峰負(fù)荷降低，減小負(fù)荷曲線方差，縮小負(fù)荷峰谷差，從而提升負(fù)荷率。

大型工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)負(fù)荷平抑，其實(shí)際意義在于，提高電力系統(tǒng)發(fā)供電設(shè)備的資產(chǎn)利用率，降低發(fā)電機(jī)組供電煤耗，降低電網(wǎng)線路損耗，降低用電設(shè)備容量裕度，減小沖擊性負(fù)荷對(duì)企業(yè)的影響，保障企業(yè)安全穩(wěn)定生產(chǎn)和提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)也有利于促進(jìn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

4 結(jié) 語

本文提出了一種負(fù)荷“分時(shí)交錯(cuò)”平抑優(yōu)化策略，對(duì)大型工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)負(fù)荷進(jìn)行平抑優(yōu)化研究。首先以鋼鐵企業(yè)電弧爐負(fù)荷為例，建立了大型工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)負(fù)荷分時(shí)交錯(cuò)平抑優(yōu)化模型，然后采用GA-PSO混合優(yōu)化算法對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行求解。選取3種典型的電弧爐有功負(fù)荷進(jìn)行算例分析，在同時(shí)同步運(yùn)行時(shí)電弧爐負(fù)荷波動(dòng)很大，而在分時(shí)交錯(cuò)運(yùn)行時(shí)負(fù)荷波動(dòng)明顯減小，表明分時(shí)交錯(cuò)優(yōu)化策略具有明顯的負(fù)荷平抑效果。大型工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)負(fù)荷平抑，對(duì)降低電網(wǎng)線路損耗，保障企業(yè)安全穩(wěn)定生產(chǎn)以及提高產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。

[1]陳延鏢.鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1996．

[2]高超，程浩忠，李宏仲，等（Gao Chao，Cheng Haozhong，Li Hongzhong，et al）.大容量沖擊負(fù)荷對(duì)地區(qū)電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響（Influence of high-capacity impact loads on transient stability of regional power system）[J].電網(wǎng)技術(shù)（Power System Technology），2008，32（1）：31-35．

[3]王建學(xué)，高衛(wèi)恒，別朝紅（Wang Jianxue，Gao Weiheng，Bie Zhaohong）.沖擊負(fù)荷對(duì)電力系統(tǒng)可靠性影響的分析（Influence of shock loads on power system reliability）[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)（Proceedings of the CSEE），2011，31（10）：59-65．

[4]黃宇騰（Huang Yuteng）.負(fù)荷形態(tài)分析與負(fù)荷管理優(yōu)化研究（Research on Load Profile Analysis and Load Management Optimization）[D].杭州：浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院（Hangzhou：College of Electrical Engineering，Zhejiang University），2013．

[5]肖欣，周渝慧，鄭凱中，等（Xiao Xin，Zhou Yuhui，Zheng Kaizhong，et al）.臺(tái)灣實(shí)施可中斷電價(jià)進(jìn)行削峰填谷的需求響應(yīng)策略及其成本效益分析（Research on strategy of interruptible price and its cost-benefit model aimed at peak load shifting in Taiwan）[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)（Proceedings of the CSEE），2014，34（22）：3615-3622．

[6]李天陽，趙興旺，肖文舉（Li Tianyang，Zhao Xingwang，Xiao Wenju）.面向峰谷平衡的商業(yè)樓宇空調(diào)負(fù)荷調(diào)控技術(shù)（Regulation technology of air-conditioning load in commercial buildings for balance of power grid peak and valley）[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化（Automation of Electric Power Systems），2015，39（17）：96-102．

[7]熊超，馬瑞（Xiong Chao，Ma Rui）.考慮降損和平抑峰谷的配電網(wǎng)儲(chǔ)能電池Pareto優(yōu)化模型（A Pareto optimal model for energy storage battery in distribution network considering network loss and peak-valley difference alleviation）[J].電力建設(shè)（Electric Power Construction），2015，36（8）：34-40．

[8]葛少云，郭建祎，劉洪，等（Ge Shaoyun，Guo Jianyi，Liu Hong，et al）.計(jì)及需求側(cè)響應(yīng)及區(qū)域風(fēng)光出力的電動(dòng)汽車有序充電對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷曲線的影響（Impacts of electric vehicle’s ordered charging on power grid load curve considering demand side response and output of regional wind farm and photovoltaic generation）[J].電網(wǎng)技術(shù)（Power System Technology），2014，38（7）：1806-1811．

[9]符楊，蔣一鎏，李振坤，等（Fu Yang，Jiang Yiliu，Li Zhenkun，et al）.計(jì)及可平移負(fù)荷的微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度（Optimal economic dispatch for microgrid considering shiftable loads）[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)（Proceedings of the CSEE），2014，34（16）：2612-2620．

[10]孔祥玉，楊群，穆云飛，等（Kong Xiangyu，Yang Qun，Mu Yunfei，et al）.分時(shí)電價(jià)環(huán)境下用戶負(fù)荷需求響應(yīng)分析方法（Analysis method for customers demand response in time of using price）[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)（Proceedings of the CSU-EPSA），2015，27（10）：75-80．

[11]李春燕，許中，馬智遠(yuǎn)（Li Chunyan，Xu Zhong，Ma Zhiyuan）.計(jì)及用戶需求響應(yīng)的分時(shí)電價(jià)優(yōu)化模型（Optimal time-of-use electricity price model considering customer demand response）[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)（Proceedings of the CSU-EPSA），2015，27（3）：11-16．

[12]丁慶，段紹輝，王執(zhí)中，等（Ding Qing，Duan Shaohui，Wang Zhizhong，et al）.冰蓄冷空調(diào)在高峰谷負(fù)荷差地區(qū)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性（Economy of ice-storage air-condition used in the area of high peak-valley load difference）[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)（Proceedings of the CSU-EPSA），2014，26（1）：72-75，80．

[13]李連玉（Li Lianyu）.交流電弧爐電氣系統(tǒng)建模與優(yōu)化供電制度的研究（Modeling and Optimization of Power Supply System for AC Electric Arc Furnace）[D].天津：天津理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院（Tianjin：School of Electrical and Electronic Engineering，Tianjin University of Technology），2011．

[14]馮琳（Feng Lin）.改進(jìn)多目標(biāo)粒子群算法的研究及其在電弧爐供電曲線優(yōu)化中的應(yīng)用（Research on Improved Multi-Objective Particle Swarm Optimization Algorithm and Its Application in Power Curve of Electric Arc Furnace）[D].沈陽：東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院（Shenyang：College of Information Science and Engineering，Northeastern University），2012．

[15]丁思奇，曼蘇樂，崔燦，等（Ding Siqi，Man Sule，Cui Can，et al）.靜止同步補(bǔ)償器在電弧爐治理中的應(yīng)用仿真（Simulation of STATCOM for electric arc furnace governance）[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)（Proceedings of the CSU-EPSA），2013，25（1）：155-160．

[16]林海雪（Lin Haixue）.電弧爐的有功功率沖擊對(duì)發(fā)電機(jī)組的影響（Influence of active power impact caused by EAF on the generating sets）[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)（Proceedings of the CSEE），2014，34（S）：232-238．

[17]董梁，郝治國，茍靜（Dong Liang，Hao Zhiguo，Gou Jing）.一種新的電弧爐沖擊負(fù)荷電磁暫態(tài)建模方法（A novel electromagnetic transient modeling of impact load of electric arc furnace）[J].智能電網(wǎng)（Smart Grid），2015，3（8）：690-695．

[18]余勝威.MATLAB優(yōu)化算法案例分析與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2014．

[19]陳前宇，陳維榮，戴朝華，等（Chen Qianyu，Chen Weirong，Dai Chaohua，et al）.基于改進(jìn)PSO算法的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化（Reactive power optimization based on modified particle swarm optimization algorithm for power system）[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)（Proceedings of the CSU-EPSA），2014，26（2）：8-13，43．

[20]陳碧云，韋杏秋，陳紹南，等（Chen Biyun，Wei Xingqiu，Chen Shaonan，et al）.基于多種群遺傳算法的電力系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化（Power system multi-objective optimization based on multi-population genetic algorithm）[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)（Proceedings of the CSU-EPSA），2015，27（7）：24-29．

Optimization Strategy of Production Load Leveling for Large Industrial Enterprises

LIU Shu1，WANG Yuanchao2，SHI Shan1，TU Liming1，ZHANG Gaoyan2，LIANG Yu2，MAO Chengxiong2
（1.Beijing Sifang Automation Co.，Ltd，Beijing 100085，China；2.School of Electrical and Electronic Engineering，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China）

Most of the production loads in large industrial enterprises are impact loads，which will have an obvious impact on the power system，electrical equipment and production，etc.Based on the theory of“Peak load shifting”in power system，a load leveling strategy of time-sharing operation is proposed to stabilize the loads in large industrial enterprises.With the electric arc furnaces used in iron and steel enterprises as an example，a load leveling model of multiple electric arc furnaces is built based on the power load model of single electric arc furnace.Moreover，a genetic algorithmparticle swarm optimization（GA-PSO）algorithm is adopted to solve the optimization model.The active power loads of three typical electric arc furnaces are selected as numerical examples，and their load fluctuations under synchronous operation and time-sharing operation are analyzed contrastively.The results indicate that the proposed optimization strategy is effective in load leveling.

large industrial enterprise；load leveling；time-sharing operation；electric arc furnace；GA-PSO

TM714

A

1003-8930（2017）10-0138-07

10.3969/j.issn.1003-8930.2017.10.023

2016-01-20；

2017-07-10

劉 樹（1981—），男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娏﹄娮釉O(shè)備開發(fā)。Email：liushu@sf-auto.com

王元超（1989—），男，通訊作者，碩士研究生，研究方向?yàn)榇笮凸I(yè)企業(yè)智能電網(wǎng)、大功率電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。Email：ycwang@hust.edu.cn

石 山（1980—），男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娔苜|(zhì)量治理、電力電子設(shè)備開發(fā)。Email：shishan@sf-auto.com