劉悅

（山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東濟南250014）

鋼鐵廠負荷穩(wěn)控電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

劉悅

（山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東濟南250014）

鋼鐵廠所用大多是非線性負荷，造成區(qū)域電網(wǎng)波形畸變、電壓波動、閃變、晃電等一系列電能質(zhì)量問題。針對這種情況，采用在線監(jiān)測技術(shù)，建立負荷穩(wěn)控電能質(zhì)量（PQ）在線監(jiān)測系統(tǒng)，可實時采集企業(yè)配電網(wǎng)的運行數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行管理和分析。保證了鋼鐵企業(yè)配電網(wǎng)的安全運行，降低了用電成本。

電能質(zhì)量（PQ）；負荷穩(wěn)控；在線監(jiān)測；節(jié)能

1　前　言

鋼鐵企業(yè)所用負荷多為軋機、電弧爐、中頻爐、電葫蘆、整流設(shè)備、換流設(shè)備、變頻器等非線性負荷，此類負荷的積聚造成了電力系統(tǒng)電壓畸變、電流畸變、電壓波動、閃變、晃電以及三相不平衡等嚴重的電能質(zhì)量問題。這些問題不僅導(dǎo)致大量的電能損耗，而且直接影響到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和用電設(shè)備的安全。近年來，鋼鐵行業(yè)普遍產(chǎn)能過剩，適時淘汰落后的電氣設(shè)備、更換節(jié)能型變壓器和電網(wǎng)改造等節(jié)能降耗措施更是被提到首要議程。因此，鋼鐵行業(yè)需加大電力需求側(cè)管理水平，建立完備的電能質(zhì)量在線監(jiān)測機制，通過強化區(qū)域電網(wǎng)的電能質(zhì)量在線監(jiān)測，提升鋼鐵行業(yè)優(yōu)化電能效率，良好控制負荷優(yōu)化組合穩(wěn)定運行，發(fā)展節(jié)能型鋼鐵工業(yè)，提高新型鋼鐵企業(yè)的用電經(jīng)濟性、安全性和高效性。

2　負荷穩(wěn)控電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

負荷穩(wěn)控電能質(zhì)量在線監(jiān)測可廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、煉化、醫(yī)藥等大型企業(yè)生產(chǎn)的各個方面。首先，負荷穩(wěn)控電能質(zhì)量在線監(jiān)測數(shù)據(jù)可應(yīng)用于傳統(tǒng)變電站向智能變電站建設(shè)中的優(yōu)化設(shè)計，根據(jù)在線監(jiān)測諧波參數(shù)，對變電站所用變壓器、電容補償、諧波處理、電壓穩(wěn)定裝置等電氣參數(shù)進行電能質(zhì)量綜合分析，確定參數(shù)的合理與否。其次，負荷穩(wěn)控電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)可詳細記錄電力系統(tǒng)事故發(fā)生前后及事故期間的所有波形和數(shù)據(jù)，根據(jù)這些波形和數(shù)據(jù)，評估事故過程中電網(wǎng)的表現(xiàn)，捕捉一切瞬時事件，詳盡分析事故原因，準確定位故障點。另外，該系統(tǒng)可用于評價電網(wǎng)區(qū)域性污染程度，考量大功率沖擊性負荷瞬間尖峰導(dǎo)致的高附加電費，解決沖擊性負荷對電網(wǎng)造成的頻繁擾動，減少企業(yè)電能損失。最后，負荷穩(wěn)控電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)可用于尋找電能質(zhì)量污染源，區(qū)分污染責(zé)任，做到職責(zé)分明。

3　負荷穩(wěn)控電能質(zhì)量在線監(jiān)測管理系統(tǒng)

3.1構(gòu)建智能在線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)

負荷穩(wěn)控電能質(zhì)量監(jiān)測管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建由各現(xiàn)場監(jiān)測終端、各區(qū)域子站和能源管控中心三部分構(gòu)成，通過梯度分層、分權(quán)限實現(xiàn)對企業(yè)電網(wǎng)電能質(zhì)量的分析和管理（見圖1和圖2）。

用于現(xiàn)場監(jiān)測的監(jiān)測終端，其主要功能是實現(xiàn)電能質(zhì)量指標的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)上傳；各區(qū)域子站點負責(zé)管理所轄子站內(nèi)的電能質(zhì)量狀況，上報地區(qū)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)分析報告；能源管控中心由該中心數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、WEB服務(wù)器和管理終端組成，負責(zé)管理主網(wǎng)構(gòu)架，并對系統(tǒng)電能質(zhì)量影響較大的點和子站以及電能質(zhì)量污染嚴重的網(wǎng)點進行信息篩選，最后形成企業(yè)區(qū)域電網(wǎng)電能質(zhì)量綜合分析評估報告。

圖1　電能質(zhì)量分級管理體系

圖2　電能質(zhì)量在線監(jiān)測子系統(tǒng)

3.2移植PQ在線監(jiān)測子集

將電能質(zhì)量（PQ）在線監(jiān)測子集成功移植入智能變電站聯(lián)網(wǎng)運營，是負荷穩(wěn)控系統(tǒng)整體運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。該子集采用DSP技術(shù)和WIN8改進操作平臺，建立多兼容性的高速實時諧波分析及故障錄波測試系統(tǒng)，具有多窗口同時遠程配置、權(quán)限共享更新調(diào)用數(shù)據(jù)等智能通訊功能。單子集測試可拓撲8個電流通道，每個通道的采樣率為每周波256點，多子集協(xié)同可設(shè)置監(jiān)測屏。

在子集移植中，電壓電流通過高精度傳感器轉(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)過專項定制的抗混疊濾波器濾波，通過DSP及FPGA進行高速實時數(shù)據(jù)采集，由USB2.0數(shù)據(jù)總線與工業(yè)控制卡進行數(shù)據(jù)交換，進而實現(xiàn)在各類型復(fù)雜負荷按需穩(wěn)定運行的背景下，對區(qū)域電網(wǎng)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)進行全天候不間斷的監(jiān)測、記錄、運算和合成。

3.2開發(fā)負荷穩(wěn)控PQ監(jiān)管軟件

負荷穩(wěn)控PQ監(jiān)管軟件的開發(fā)是依據(jù)國標和IEC相關(guān)標準，結(jié)合國家電網(wǎng)電能質(zhì)量管理工作的實際，開發(fā)的一套完整的負荷穩(wěn)控電能質(zhì)量監(jiān)測管理軟件平臺。主要亮點如下：

1、終端導(dǎo)航功能

按照鋼鐵企業(yè)電網(wǎng)各個級別分別進行展開，逐級找到對應(yīng)的變電站和監(jiān)測終端，點擊測試終端，可以查看終端的詳細配置信息、事件列表、趨勢圖、統(tǒng)計報表等。

2、查看報表功能

主要有：日報表、月報表、年報表。

系統(tǒng)針對某一母線或者線路的數(shù)據(jù)進行報表查詢、統(tǒng)計和分析。數(shù)據(jù)類型包括諧波的超標數(shù)據(jù)、正常數(shù)據(jù)、綜合數(shù)據(jù)、閃變數(shù)據(jù)等，還可以根據(jù)客戶需求，靈活定制報表。報表支持OFFICE數(shù)據(jù)格式兼容。

3、瞬態(tài)事件分析

瞬態(tài)事件分析主要針對電壓驟升、電壓驟降、電壓短時中斷等事件進行錄波，進而進行調(diào)用分析，以圖表的方式給出事件過程的細節(jié)分析及影響分析。

4、用戶賬號管理

系統(tǒng)可對用戶賬號進行查看、修改密碼、修改相關(guān)賬號信息等。

5、系統(tǒng)管理功能

系統(tǒng)可以進行賬號管理、行政單位管理、變電站管理、監(jiān)測終端、菜單管理。為了保證系統(tǒng)正常運行，現(xiàn)僅允許超級管理員進入。超級管理員可以進行賬號設(shè)置，可以添加、修改、刪除賬號信息，可以設(shè)置新的角色、權(quán)限等。

6、專家管理

專家系統(tǒng)由數(shù)據(jù)分析、分析報告瀏覽等兩個子系統(tǒng)組成。通過歷史數(shù)據(jù)的分析，專家系統(tǒng)可以形成一些結(jié)論性的報告。更有利于分析電網(wǎng)狀況和缺陷原因。數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)將歷史數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行各項指標分析，可以對某一監(jiān)測點進行分析，也可以對局域網(wǎng)進行分析，按不同的需求進行不同性質(zhì)的分析，有概率分析、趨勢分析、統(tǒng)計分析、比較分析等等，最后形成一定風(fēng)格的電能質(zhì)量指標分析報告存于歷史數(shù)據(jù)庫中，供各類有權(quán)限人員查詢。

7、接口應(yīng)用軟件

負責(zé)與其他廠商的監(jiān)測系統(tǒng)進行對接，實現(xiàn)信息及資源共享。分為兩種運行模式：被動模式，用于把本套系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳給其他廠商的監(jiān)測系統(tǒng)，本套系統(tǒng)相當(dāng)于下級監(jiān)控中心，其他廠商相當(dāng)于上級監(jiān)控中心；主動模式，用于接其他廠商監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入到本套系統(tǒng)中，這樣其他廠商相當(dāng)于下級監(jiān)控中心，而本套系統(tǒng)則是上級監(jiān)控中心。本系統(tǒng)的接口應(yīng)用功能實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享以及不同廠商之間設(shè)備的無縫接入。

4結(jié)語

通過構(gòu)建負荷穩(wěn)控電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)，可及時清楚的了解鋼鐵廠電網(wǎng)運行狀況和所有設(shè)備的用電狀況，尤其是大功率沖擊性負荷運行帶來的擾動，發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行隱患和高耗能點，合理分配電能使用時間，錯開用電高峰，同時可促進企業(yè)提高電能質(zhì)量，以此提高電能利用效率，節(jié)能降耗，實現(xiàn)鋼鐵廠電能質(zhì)量全系統(tǒng)管理，保證企業(yè)以最低成本完成正常用電秩序。負荷穩(wěn)控電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)為大區(qū)域企業(yè)供配電網(wǎng)負荷穩(wěn)控運行提供了精確的數(shù)據(jù)保證和完整趨勢分析，其在濟南鋼鐵股份有限公司的成功應(yīng)用，為冶金、煉化等行業(yè)提供了新的有力借鑒。

編輯：馮惟榘

Development and Application of Load Stability Control On-line Monitoring System of Power Quality in Iron and Steel Factory

LIU Yue
（Shandong Metallurgical Science Research Institute，Jinan Shandong 250014）

Iron and steel enterprise mostly uses nonlinear load，which causes a series of power quality problems，such as waveform distortion and voltage fluctuation and flicker.According to this condition，load stability control on-line monitoring system of power quality used on-line monitoring technology was established，which can real-timely collect operation data of enterprise distribution network and perform data manage and data analysis.It guarantees safe operation of iron and steel enterprise distribution network and decreases the cost of using power.

Power quality；Load stability control；online monitoring；energy saving

F326

A

2095-7327（2016）-01-0048-03

劉悅（1981-）女，山東菏澤人，山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師，碩士，研究方向：電力系統(tǒng)及其自動化。