劉迎宇，詹守權，闞 頌，孟志權，郝 飛

（1.鞍鋼股份鲅魚圈鋼鐵分公司能源動力部,遼寧營口 115007；2.南京南瑞繼保電氣有限公司系統(tǒng)軟件研究所，江蘇南京 211102）

引言

鋼鐵生產企業(yè)是高耗電的企業(yè)，電能的使用和供應情況復雜，與各種工藝流程相互銜接、互相影響。既有連續(xù)生產過程，又有離散生產過程，負荷比較集中，沖擊性負荷多。電費是鋼鐵企業(yè)主要成本之一，合理有序進行用電負荷管理，平抑生產負荷，不僅可以加強企業(yè)用電的經(jīng)濟性，提高企業(yè)自身經(jīng)濟效益，還可以降低對電網(wǎng)的沖擊。文獻[1]以鋼鐵企業(yè)的調度需求為源，在智能調度中融入了電力二次一體化理念，實現(xiàn)了二次系統(tǒng)的專業(yè)融合和全網(wǎng)信息的綜合共享，為實現(xiàn)全面的需量監(jiān)視和控制提供了數(shù)據(jù)基礎；文獻[2]通過電力需量控制系統(tǒng)的研究和應用，開發(fā)了電力需量決策分析軟件和實時閉環(huán)控制的裝置，有效降低企業(yè)關口的需量電費；文獻[3]基于廠級控制的方法構建了綜合優(yōu)化協(xié)調控制系統(tǒng)，通過協(xié)調優(yōu)化控制，解決了自動發(fā)電控制、電力需量控制和自動電壓控制之間的協(xié)調優(yōu)化控制問題；文獻[4]基于企業(yè)調度系統(tǒng)構建了電網(wǎng)調度綜合運行駕駛艙，設計了運行KPI、決策分析和運行操作三大驅動引擎，將數(shù)據(jù)、計算、優(yōu)化、流程有機結合起來，實現(xiàn)“前端監(jiān)控”與“后端優(yōu)化”的實時互動，為電力需量決策分析提供了便捷的操控環(huán)境。

根據(jù)《國家發(fā)展改革委關于降低一般工商業(yè)電價有關事項的通知》的有關規(guī)定，鲅魚圈分公司改變了自投產以來鋼鐵變按容量，制氧、煉鐵、煉鋼、燒結總降按裝機容量40%基礎上以實際發(fā)生最大需量繳納基本電費的方式，全部改為按實際發(fā)生最大需量繳納電費的結算方式。這種結算方式給電網(wǎng)管理者提出更高要求，怎樣合理安排電網(wǎng)負荷分布、各工序運行方式，怎樣充分發(fā)揮自備電廠的發(fā)電能力，怎樣將檢修負荷變化與發(fā)電機出力、最大需量相互耦合，減少企業(yè)峰值負荷。要實現(xiàn)上述目標，在電力、發(fā)電、煤氣、水系統(tǒng)分散監(jiān)控方式下，能源介質調整依靠調度電話指揮的方式很難完成，但2019 年建成投產的能源集控系統(tǒng)使15 min 調整線路關口需量成為可能，達到降低電力最大需量值，減少基本電費支出，提高企業(yè)自身經(jīng)濟效益的目的。

1 基于智能調度的電力需量數(shù)據(jù)分析

能源集控系統(tǒng)建立前，各生產線負荷情況分布在各總降綜合系統(tǒng)中，生產負荷數(shù)據(jù)需要人為有選擇性篩選。不利方面一是數(shù)據(jù)量大，統(tǒng)計時間和數(shù)據(jù)同一性無法保證；二是數(shù)據(jù)節(jié)選需要人為判斷；三是數(shù)據(jù)統(tǒng)計全部是事后數(shù)據(jù)，對生產負荷的指導沒有事前、事中的指導意義。能源集控系統(tǒng)的建立，實現(xiàn)了全部能源動力站所的遠程操控、數(shù)據(jù)采集，極大地提升了能源管理協(xié)同性和能源利用效率。將電力系統(tǒng)負荷潮流監(jiān)視、鍋爐和汽機運行狀態(tài)、發(fā)電機出力、能源介質供配狀態(tài)等生產信息緊密地結合在一起，值長根據(jù)集控平臺能源平衡數(shù)據(jù)，指揮生產線、發(fā)電機等的負荷調整。

1.1 智能電力調度系統(tǒng)

智能電力調度系統(tǒng)是鋼鐵企業(yè)供配電監(jiān)視、控制、運維、管理的重要平臺，也是實現(xiàn)調度和管理智能化的主要技術載體。智能電力調度系統(tǒng)架構如圖1所示。

該系統(tǒng)包括現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲與管理和智能調度與優(yōu)化功能，實現(xiàn)了鋼鐵企業(yè)電網(wǎng)的監(jiān)視控制和智能調度與優(yōu)化。

1.2 電力需量統(tǒng)計分析

依托智能電力調度系統(tǒng)，建立線路的負荷特性分析，統(tǒng)計出影響需量的關鍵負荷線路。

表1 是220 kV 需量監(jiān)測關口線路望鐵1#線和望鐵2#線所供主要負荷變化情況。

表1 數(shù)據(jù)說明，1#LF 爐、2#LF 爐、厚板甲乙線、熱軋甲乙線、中板甲乙線的負荷波動大，三鐵1#線、電動鼓風機等負荷波動較小趨于平穩(wěn)。

表1 望鐵1#線和望鐵2#線主要線路負荷情況 kW

圖1 智能電力調度系統(tǒng)架構

2 工序負荷特性分析

鋼鐵工業(yè)的負荷種類繁多,主要包含軋鋼機、電弧爐、制氧機、鼓風機、水泵機、傳送機等負荷。目前大多數(shù)文獻將鋼鐵工業(yè)負荷分為沖擊負荷和常規(guī)負荷兩類[5-7]。為研究本單位負荷的波動性對需量的影響,按照負荷波動性特點和企業(yè)實際情況，進一步將企業(yè)負荷分為持續(xù)型沖擊負荷、間歇型沖擊負荷、穩(wěn)定型負荷三大類,如表2。

表2 鋼鐵工業(yè)負荷分類

上述三類負荷基本包含了公司所有負荷，通過智能電力調度系統(tǒng)的實施，對各工序的總體負荷數(shù)據(jù)進行分析對比。

2.1 持續(xù)型沖擊負荷分析

持續(xù)型沖擊負荷如熱軋、厚板、中板等。

表3 以熱軋為例，其中公輔負荷為軋線沒有軋制時的負荷，即生產準備負荷；沖擊負荷為軋線正常軋制時的所有負荷即正常生產全部負荷；檢修負荷為軋線檢修時必要的保安負荷，即檢修使用負荷。

表3 熱軋生產線負荷表kW

熱軋持續(xù)型沖擊負荷的曲線如圖2所示。

2.2 間歇型沖擊負荷分析

在鋼鐵企業(yè)間歇型沖擊負荷的典型代表是LF爐，表4 是1#LF 和2#LF 爐的負荷情況。最大負荷為86.63MW，平均負荷僅為17.82MW，是鋼鐵企業(yè)典型的電力需量控制對象，其負荷變動如圖3所示。

表4 LF爐生產線負荷分析 kW

圖3 2座LF爐生產線負荷圖

2.3 平穩(wěn)型沖擊負荷分析

平穩(wěn)型負荷包括煉鐵區(qū)、煉鋼區(qū)、原料、燒結等。圖4為煉鋼區(qū)域生產線負荷圖，從線路、變壓器和CDQ 發(fā)電可以看出，曲線平穩(wěn)，并且具有一定的規(guī)律性和周期性。

圖4 煉鋼區(qū)域生產線負荷圖

2.4 負荷變化對需量影響分析

對生產負荷數(shù)據(jù)分析得出保證生產正常情況下負荷性質及對關口需量影響的規(guī)律。

以2020 年5 月2 日1#高爐休風負荷變化為例,見表5。

在日常生產時，熱軋、厚板、中板等工序是連續(xù)型沖擊負荷，調整負荷分配必然影響生產節(jié)奏；煉鐵、煉鋼、燒結、原料等屬平穩(wěn)型負荷，沒有調整負荷的余地；2 座LF 爐屬間歇型沖擊負荷，具有在時間上錯開，避免同時生產的可能，進而降低望鐵總關口需量的發(fā)生，減少對電網(wǎng)沖擊。

在高爐休風檢修情況下，煤氣、蒸汽等能源介質發(fā)生量受到影響，進而減少發(fā)電機的出力，這時生產線不進行同步檢修將可能增加關口需量。根據(jù)能源電力集控系統(tǒng)大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，結合生產有計劃地安排軋鋼生產線配合檢修，進行負荷平衡，確保望鐵總關口需量不增加或少增加。

表5 1#高爐休風負荷變化表

圖5 電力需量決策分析系統(tǒng)架構

3 應用與實踐

3.1 系統(tǒng)集成

根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析，基于智能電力調度系統(tǒng)，構建電力需量決策分析系統(tǒng)，如圖5 所示。需量決策分析系統(tǒng)是基于數(shù)字孿生驅動的需量控制模式，圍繞關口需量的決策分析，構建了虛擬電網(wǎng)調度系統(tǒng)和實際電網(wǎng)調度系統(tǒng)。

智能電力調度系統(tǒng)按照“源-網(wǎng)-荷-控”四個環(huán)節(jié)進行組織。電源包括自備電廠、燃氣蒸汽聯(lián)合發(fā)電機組（CCPP）、干熄焦余熱發(fā)電裝置（CDQ）、高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置（TRT）、分布式新能源（風力發(fā)電、光伏發(fā)電）等；電網(wǎng)包含了不同電壓等級的供配電網(wǎng)絡，高壓和低壓的控制要求也很大區(qū)別；負荷按照工序用電來劃分包括球團、燒結、焦化、鼓風、高爐、轉爐、制氧、冷軋、熱軋、電爐、生活、辦公等；控制部分主要有自動電壓控制、自動發(fā)電控制、電力需量控制、負荷管理控制。同時，考慮煤氣、蒸汽、電網(wǎng)安全、作業(yè)計劃約束，為需量決策分析提供一個真實的研究場景。

3.2 應用效果

利用能源集控項目進行數(shù)據(jù)采集分析后，結合生產實際應用，通過控制2 座LF 爐錯時生產，關口負荷波動明顯減小。以高爐計劃休風檢修時間為控制點，分析各工序負荷變化情況，優(yōu)化控制策略，制定合理的需量控制范圍，具有良好的負荷平抑效果。能源集控項目投運后，按最大需量方式結算的基本電費，如表6所示。

表6 公司基本電費結算匯總表 萬元

4 總結與展望

大型鋼鐵企業(yè)的電力系統(tǒng)具有復雜的網(wǎng)絡結構和調度方式，從源端電力供應到樞紐變電站的電力輸送和轉換，再到生產工序側的合理用電，要建立一套適用于鋼鐵企業(yè)生產運行的電力調度自動化系統(tǒng)，在智能化調度的總體要求下，結合兩部制電價的調整細則，進行了電力需量相關負荷數(shù)據(jù)的分析和總結，并制定切實可行的需量調整措施：

（1）首先基于智能電力調度系統(tǒng)，完成了關口需量相關負荷數(shù)據(jù)的實時計算和統(tǒng)計分析，記錄了越限的前15 min和后10 min的負荷數(shù)據(jù)。

（2）將生產工序負荷劃分為持續(xù)型沖擊負荷、間歇型沖擊負荷、穩(wěn)定型負荷三大類，并對相關負荷進行舉例分析，研究其對關口需量的變化影響。

（3）基于智能電力調度系統(tǒng)，開發(fā)了電力需量決策分析系統(tǒng)，借助該系統(tǒng)進行需量的實時計算與預警、需量越限的路徑追溯、需量設定值的優(yōu)化設定、負荷預測與趨勢分析、需量越限的場景反演等功能，并成功應用于某大型鋼鐵企業(yè)，取得了良好的經(jīng)濟效益。

智能化電力調度系統(tǒng)的有益嘗試，既降低企業(yè)月度需量費用，又提升了調度管理和智能化操控水平，為實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)電力調度的智能化提供了一個很好的案例。