智能集成电力电容器（共4篇）
智能集成电力电容器 篇1
引言
解决好配电网的无功补偿问题,对网络降损节能极为重要。适当提高用户的功率因数,不但可以充分地发挥供电设备的生产能力、减少线路损失、减轻上一级电网补偿的压力、改善电压质量,而且可以提高用户用电设备的工作效率,有效地降低电能损失,减少用户电费。其社会效益及经济效益均非常显著。因此,开发和推广节能型的智能电力电容器对我国电力节能具有显著的作用。
1 智能集成电力电容器的结构设计
浙江昌泰科技股份有限公司与温州亿德科技有限公司联合研制的节能型智能集成电力电容器,是在智能电器总体发展框架上开发出来的全新一代低压无功补偿装置。它由智能测控模块 、晶闸管复合开关模块、线路保护模块及电力电容器等组成。智能集成电力电容器原理结构如图1所示。可替代原来由智能控制器、熔丝、复合开关或机械式接触器、热继电器、低压电力电容器、指示灯等散件在柜内和柜面由导线连接而组成的成套自动无功补偿装置。改变了传统无功补偿装置的机械式接触器或机电一体化开关作为投切电容器的投切方式,改变了传统无功补偿装置体积庞大和笨重的结构模式,从而使新型低压无功补偿设备具有补偿效果好、功耗低、体积小、节约成本多、使用灵活、维护方便、使用寿命长、可靠性高的特点,适应现代电网对无功补偿的高要求。
2 节能型智能集成电力电容器的设计要点
2.1 智能全自动组合的控制模式,实现过零投切
智能集成电力电容的设计要点就在于采用了电子实时检测信号反馈、无触点光电触发技术、晶闸管及磁保持继电器复合开关技术,实现了等电压投切,实现真正“过零投切”(投切涌流几乎为零),免除了谐波注入。其智能全自动组合的控制模式,以无功功率、功率因数、无功电压等多种参数作为控制参数,实现了最佳的补偿组合。由于每台电容器都带有智能网络模块,可以形成主、从自动组合模式进行投切,相当于每台电容器都能充当控制器,实现了高可靠性。混合补偿是补偿效果最佳化的模式,智能集成电力电容器能够简单和高可靠性地实现分相补偿、混合补偿等复杂的最佳效果的补偿要求。由于智能集成化电力电容器具有目前国内最先进的 “过零投切”功能,确保电容投切过程中无涌流冲击、无操作过电压、无电弧重燃,提高控制的快速性,同时延长电容器的使用寿命。原传统的无功补偿装置使用交流接触器进行投切,交流接触器在分断电容器时,会产生很高操作过电压,是导致电容器损坏的重要因素。采用过零投切技术后,电容器的使用寿命延长了2～3倍以上。由此带来经济效益和社会效益无法估量。通过图2和图3可以明显地比较出过零投切与非过零投切对电容器寿命的影响。
2.2 智能网络采用分散控制模式,寿命周期成本成倍降低
智能集成电力电容器取消总控制器,采用分散控制模式,每组智能集成电力电容器都有控制单元。使多组电容器的自动投切摆脱了全部依靠一个控制器的情况,杜绝因控制器故障导致整个系统瘫痪。另外,多台智能集成电力电容器联网使用时,会自动生成一个网络,其中地址码最小的一个为主机,其余为从机,构成低压无功自动控制系统。如果个别从机出现故障,自动退出,不影响其余工作;如果主机故障,也要退出,在其余从机中产生一个新的主机,组成一个新的系统。容量相同的电容器按循环投切原则,容量不同的电容器按适补原则投切。并且具有485通讯接口,可以接入后台计算机,进行配电综合管理。总之,该产品采用智能网络技术,大大提高了运行可靠性及电容的足量投入,延长了补偿装置的寿命。采用相同容量的无功补偿装置,尽管智能集成电力电容器的价格比相同容量的传统电容相近或要高些,但与整体的无功补偿装置相比及整个寿命周期相比,智能集成电容器的成本成倍降低。
2.3 模块化设计,扩容方便,维护简单
智能集成电力电容器实现了标准化、模块化,取代了传统的控制器、空气开关、交流接触器、热继电器、电容器,将其合为一个整体,组屏安装的时候采用积木堆积方式。多台电容器组屏安装,生产工时比传统模式减少60%以上,同时减少80%连接线,减少80%的节点,柜内简洁,使用现场快速组装。产品体积小,接线简单,随着用电用户电力负荷的增加,可以随时增加电容器的数量,改变了常规模式因接线复杂,一成不变的局限性,适应企业发展的需要,可以分期投资。产品本身高智能化,使用傻瓜化,安装非常简单,极易维护。若发现产品面板上故障指示灯亮,只要拆下电容器,换上新的,如同更换电池一样方便。不需要专业电工可及时维修,补偿效果大大提高,维护成本只有其他补偿装置的10%左右。据统计补偿装置维护的人工成本为5元/kvar,若更换成智成集成电力容器,全国每年可节约16.5亿元。
3 智能集成电力电容器的节能效果分析
常规补偿装置接通补偿电路需要交流接触器,交流接触器触点需要电磁线圈保持,每只交流接触器(按CJ19继电器吸持容量计算)需消耗15W,一般每一路可接通13kvar,相当于近1kvar电容补偿在开关上就要消耗1W多的电能。而智能集成电力电容器采用了磁保持继电器,磁保持继电器内,衔铁由永磁体吸持,电路接通后,不再消耗电能。因此,采用智能集成电力电容器后,电容接通后每kvar就比传统无功补偿装置减少损耗1W多。另外智能集成电力电容器体积比其他自动补偿装置缩小50%左右,因此减少了大量的导线、接点、器件等电能损耗,可降低此类损耗50%左右。
目前我国在用的配电变压器近500万台(数据来自中国国家电力监管委员会),平均容量为200kVA,总容量近10亿kVA,无功补偿按配电变压器平均的1/3计算,现有配电变压器需无功补偿容量3.3亿kvar。如果将现有传统配电变压器无功补偿装置换成智能集成电力电容器,按1kvar省1W算(还不计减少导线、接点的电损),则一年可节电28.91亿kWh,超过秦山核电站设计年发电量17亿kWh;可减少煤耗109.86万t,减少气体CO2排放量285.64万t,相当于增加净化空气的森林面积7616.94km2;可减少气体SO2排放量5.7万t,气体NO1、NO2排放量3.36万t,大量节约煤炭资源,减少环境污染。近来全国电力负荷年增长10%以上,配电变压器年增长容量为1亿kVA,相当于每年新增约37万台315kVA变压器。则低压电力电容器每年新增3333万kvar,可节电近3亿kWh。
智能集成电力电容器已通过了我国电力工业无功补偿成套装置质量检验测试中心的型式试验。多台产品经过温州电力局一年多的运行,各项性能指标均达到设计标准。经实践证明,智能集成电力电容器是传统低压无功补偿装置的替代产品。
4 结语
智能集成电力电容器实现过零投切,采用全自动组合控制模式,提高了可靠性,达到每kvar比传统补偿装置节省1W的节能效果,且具有小型化、性能优越、成本低等优势,是无功补偿的理想设备。
参考文献
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低压智能电力电容器实用技术 篇2
随着我国智能电气化电网的迅速发展,低压电器智能化也应运而生,低压智能电力电容器(以下简称“智能电容器”)就是其中的一个佼佼者。它以功能强大、体积小、重量轻、价格低、质量可靠等优势,迅速赢得了市场,取得了广大用户的信赖与好评。自智能电容器问世以来,庞大的常规型低压无功补偿装置就逐渐被其取代,迅速成为用户低压电网安全与经济运行的“保护神”。
1 智能电容器功能
智能电容器是一套微型化的低压智能无功补偿与调谐滤波装置。它以2台(△型)或1台(Y型)无油化低压电力电容器为主体,采用微型电子元件技术、微型传感技术、微型网络技术和电器制造技术,将智能组件、控制器、滤波器、电抗器、电流互感器、热继电器、熔断器、避雷器等元件微型化,全套装置安装在电容器的上方,用一个约7cm高的盖子覆盖着。由于整机体积很小,突出显示的是电容器,所以称之为低压智能电力电容器。
现场安装时,在低压进线柜的进线上加装3只小型CT,将二次线引入智能电容器,即可实现如下功能:
1)智能网络控制功能。
自动检测及跟踪系统无功功率的变化,自动投切电容器组。投切方法是:容量相同的电容器,按循环投切原则进行投切;容量不同的电容器,按适补原则进行投切;先投先切,先退先投;电容器运行温度低时先投,温度高时先退。补偿工况恒定时,电容器每15min循环投切一次,避免单只电容器长时间投运。
2)快速投切电容器功能。
动作开关选用无触点过零投切开关,配合专用的快速控制器,实现过零投切,动作时间缩短到1s,动态追踪补偿系统所缺少的无功功率,力争使线损降到最好水平。
3)测量功能。
可测量系统电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数;CT相位与变比自动测量和校正;各台电容器的三相电流和体内温度。
4)分相补偿功能。
分相补偿型智能电容器,可对各相上的电容器进行分别投切,提高对系统无功功率的补偿精度,使三相无功功率不平衡的系统得到最佳补偿。
5)保护功能。
电容器有过流速切保护,过压、欠压保护,过温、断相保护,三相电流不平衡保护。当电容器内部温度超过65℃时,电容器会整机退出运行,确保系统安全。
6)信号功能。
电容器具有投切状态,过补、欠补状态,过压、欠压状态,保护动作类型,自诊断故障类型等灯光信号。
7)通信功能。
电容器和控制器之间采用RS-485通信联接,便于大量采取数据,上传及与外设监控终端进行信息交换,构成系统工作。
8)显示功能。
电容器顶盖前方,有液晶显示屏,可以显示电容器投切状态及系统电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电容器内部温度等运行数据。
9)故障自诊断功能。
电容器智能控制元件,能对本体各项运行参数进行自诊断,一旦出现故障,整机快速响应,退出运行。
10)滤波功能。
能够有效抑制高次谐波和涌流。对高次谐波形成一个低阻抗通道,可吸收、泄放高次谐波,消除高次谐波对电容器的影响,防止电容器过热、绝缘介质老化、自愈性能下降等不利因素的发生。
对具有大型谐波源的用户,还要加装专用干式电抗器、温控风扇、人机联系面板等器件,整机装在一个370mm×280mm×280mm的小箱体内。
2 智能电容器实用技术
2.1 用电情况调查
在使用智能电容器之前,首先对用户进行用电情况调查,包括:供、用电电压;高压线路长度与导线型号;变压器台数、容量、负载损耗及运行方式;用电设备名称及用电性质;原有无功补偿装置的补偿容量、投切方式、功能及动作情况;有无调谐滤波措施;运行中经常出现的问题、平均电价等。
2.2 搜集用电系统运行数据
根据用户运行日志记录,取月典型日1～24h正点有功、无功负荷和正点电流,以及日有功、无功电量。如用户没有运行记录,可根据用户提供的代表日,使用便携式记录型电能质量分析仪进行现场测量。取3天数据,计算出对应时间平均值,作为计算典型日数据。日有功、无功电量也用3天的平均值,并计算出功率因数。
2.3 现场测量用电系统高次谐波
为全面了解系统高次谐波的大小,以便选择使用智能电容器的型号,需要现场测量用电系统高次谐波。必要时,还要加装专用干式电抗器。便携式记录型电能质量分析仪同时具有测量高次谐波的功能。
2.4 制定改造方案
根据调查、测量、计算结果,全面考虑改造方案,包括选用智能电容器的型号,计算补偿容量,是否加装专用干式电抗器,是否采用分相补偿等。
2.5 补偿容量计算
计算依据为:
式中:Q——补偿容量,kvar;
P——有功负荷(计算典型日中的最大值),kW;
cosφ1 ——补偿前功率因数(由计算典型日中的有功、无功电量计算得出);
cosφ2 ——补偿后功率因数(即功率因数目标值)。
2.6 节电价值计算
节电价值计算大体可分为4个部分,即:线路节电价值;变压器节电价值;免收功率因数调整电费;减收功率因数调整电费。
另外,在执行功率因数调整电费中,还有一些地区执行的是降低一级功率因数标准的管理办法。降低一级功率因数标准的用户,实际功率因数高于降低后功率因数标准时,不减收电费,低于降低后功率因数标准时,增收电费。这类地区的电力用户,只有增收电费,没有减收电费。在计算节电价值时,应根据当地实际情况,灵活掌握。
2.6.1 高压线路节电价值计算
1)补偿前高压线路日线损电量计算。
计算线损电量有:
ΔA=3IjfRt×10-3 (2)
式中:ΔA——线损电量,kWh;
Ijf——均方根电流,A;
R——线路导线电阻,Ω;
t——运行时间,取t=24h。
计算均方根电流有:
式中:It——流过导线的正点负荷电流,A。
计算线路导线电阻有:
R=rL (4)
式中:r——每公里导线电阻(根据导线型号查表得出),Ω;
L——线路长度(从用户购电量计量点到用户变电站的线路),km。
2)补偿前线路线损率计算。
线损率
3)补偿后降低线损率百分数计算。
式中:ΔP—降低线损率百分数,%;
cosφ1—补偿前功率因数;
cosφ2—补偿后功率因数。
4)补偿后线路线损率计算。
线损率=补偿前线损率×(1-ΔP) (7)
式中:ΔP—降低线损率百分数,%。
5)补偿后线路日线损电量计算。
日线损电量=日供电量×补偿后线损率 (8)
6)补偿后线路年节电价值计算。
年节电价值=(补偿前日线损电量-补偿后日线损电量)×365×平均电价 (9)
2.6.2 变压器节电价值计算
补偿前变压器绕组日损耗电量计算有:
式中:ΔAR—补偿前变压器绕组日损耗电量,kWh;
ΔPK—变压器满负载运行损耗功率(见变压器铭牌),kW;
Ijf—均方根电流,计算同式(3),A;
Ie—变压器高压侧额定电流(见变压器铭牌),A。
其他计算同式(5)～(9)。
2.6.3 增收和减收电费的计算
用户功率因数标准值,是根据水利电力部和国家物价局联合颁发的《功率因数调整电费办法》界定的。按照此规定,达不到标准的用户要增收电费,超过标准的用户要减收电费。因为不同用户有着不同的功率因数标准值,加收和减收电费的计算方法也不一样,需要计算时,参看《功率因数调整电费办法》。
2.6.4 年经济效益计算
年经济效益=线路年节电价值+变压器年节电价值+免收功率因数调整电费+减收功率因数调整电费。
3 应用实例
山东神力有限公司是一家制造索具、五金类产品的中型企业,2010年初,该公司因无功补偿容量不足,补偿设备经常出现故障,电费开支大,经济效益低。该公司决定安装低压智能电力电容器,并主动与生产厂家取得联系。供需双方目标一致,一拍即合。
3.1 用电情况调查
山东神力索具有限公司供电电压为10kV,高压线路2.5km,导线型号LGJ-50。 配电室有2500kVA变压器2台,型号S9-2500/10,负载损耗20.7kW,运行方式为1运1备。主要用电设备是中频加热炉(大型谐波源)、锻造机、冲床、行车、空压机等。配电室0.4kV母线上装有无功补偿设备,补偿电容器为普通油浸式,总容量590kvar。投切方式采用交流接触器,无任何调谐滤波措施。调查中用户反映:补偿电容器经常发生断保险、鼓肚、漏油、损坏现象。功率因数因达不到规定标准0.90,供电部门每月都要加收利率调整电费,使企业电费开支大,经济效益低(该用户平均电价为0.70元/ kWh)。
3.2 搜集用电系统运行数据
根据用户运行日志记录,取5月份典型日(5日、15日、25日)1～24h正点电流,日有功电量和无功电量。并对3组数据进行平均计算。1～24h电流为:40,40,41,40,45,60,65,75,75,76,74,60,50,50,65,68,70,70,78,76,73,70,50,42;平均日有功电量为21390kWh,无功电量为13260 kvar·h;功率因数为0.85;最大有功负荷为1160kW。
3.3 现场测量用电系统高次谐波
使用便携式记录型电能质量分析仪,现场测量2500kVA变压器低压侧高次谐波,测量结果如表1所示。
从表1可以看出,该系统5次、7次、11次谐波最大。对照国家标准GB/T 14549-93《电能质量 公用电网谐波》的规定,该系统电压、电流谐波严重超标,这是造成补偿电容器及其元器件损坏的主要原因。
3.4 改造方案制定
该公司用电设备多是高次谐波源,原无功补偿装置没有滤波功能,应更换为智能调谐滤波电容器。安装智能调谐滤波电容器后,功率因数目标值定为0.98。由系统运行数据得知,最大有功负荷为1160kW。使用式(1)计算补偿容量,有:
新装智能调谐滤波电容器容量为:590kvar(原补偿容量)+483kvar=1073kvar。需选用单组容量为20+20(kvar)的智能调谐滤波电容器,共计27组。
3.5 改造后经济效益计算
3.5.1 高压线路年节电价值计算
1)计算改造前高压线路损失电量。
使用式(3)计算均方根电流有:
已知线路导线型号LGJ-50,线路长度2.5km,查表得r=0.65Ω/km,运行时间t=24h,使用式(4)计算线路导线电阻有:R=rL=0.65×2.5=1.625Ω。
使用式(2)计算改造前高压线路损失电量有:ΔA=I
2)计算改造前高压线路线损率。
已知日供电量为21390kWh,使用式(5)计算改造前高压线路线损率
3)计算改造后高压线路降低线损率百分数。
使用式(6)计算改造后高压线路降低线损率百分数。
4)计算改造后高压线路线损率。
使用式(7)计算改造后高压线路线损率=改造前线损率×(1-ΔP)=2.11%×(1-24.8%) =1.59%。
5)计算改造后线路日线损电量。
使用式(8)计算改造后线路日线损电量=日供电量×改造后线损率=21390×1.59%=340.1kWh。
6)计算改造后线路年节电价值。
使用式(9)计算补偿后线路年节电价值=(改造前日线损电量-改造后日线损电量)×365×平均电价=(450.62-340.1)×365×0.70=28238元。
3.5.2 变压器年节电价值计算
1)计算改造前变压器绕组日线损电量。
使用式(10) 计算改造前变压器绕组日线损电量
2)计算改造前变压器绕组线损率。
使用式(5)计算改造前变压器绕组线损率
3)计算改造后变压器绕组降低线损率百分数。
使用式(6) 计算改造后变压器绕组降低线损率百分数
4)计算改造后变压器绕组线损率。
使用式(7) 计算改造后变压器绕组线损率=改造前线损率×(1-ΔP)=0.431%×(1-24.8%)=0.324%。
5)计算改造后变压器绕组日线损电量。
使用式(8) 计算改造后变压器绕组日线损电量=日供电量×改造后线损率=21390×0.324%=69.3kWh。
6)计算改造后变压器绕组年节电价值。
使用式(9) 计算改造后变压器绕组年节电价值=(改造前日线损电量-改造后日线损电量)×365×平均电价=(92.27-69.3)×365×0.7=5869元。
3.5.3 功率因数调整电费计算
根据电力部门使用的《功率因数调整电费办法》的规定:功率因数以0.90为标准的用户,每低于标准0.01,则增收应缴电费的0.5%;每高于标准0.01,则减收应缴电费的0.15%。当功率因数达到0.95～1.0时,则减收应缴电费的0.75%。
山东神力索具有限公司在安装智能电容器之前,由于功率因数低于标准规定值0.05,所以每月都要增收应缴电费的2.5%;在安装智能电容器之后,由于功率因数提高到0.98,所以不但不再增收电费,还要减收应缴电费的0.75%。其节电价值计算如下:
年免收电费=21390×365×0.7×2.5%=136628元;
年减收电费=21390×365×0.7×0.75%=40988元;
年节电价值=线路节电价值+变压器节电价值+免收电费+减收电费=28238+5869+136628+40988=211723元。
4 结论
低压智能电力电容器是当前比较理想的微型低压无功补偿和调谐滤波装置,它以功能强大、跟踪补偿灵活可靠、节能和抑制谐波效果明显为优势,赢得了用户的信赖和肯定。同时也是对多年来一直使用交流接触器投切电容器及庞大无功补偿装置的一次大突破。
该公司采用低压智能电力电容器进行无功补偿和调谐滤波后,每年可增加经济收入21.17万元。该项工程自2010年4月投运以来,运行情况良好。电容器没有出现断保险、发热、鼓肚、烧坏等现象,用户反映非常满意。
摘要：介绍低压智能电力电容器的强大功能,并通过在企业中的实际应用,证明其无功跟踪补偿与调谐滤波的效果,可为企业减少电能损耗和电费开支,提高企业的经济效益。
电力调度智能化系统的集成优化 篇3
关键词：电力调度,通信交换网,智能化系统,远程监控
电力调度智能化集成建设方案是综合了许多因素制定出来的, 从电力调度的自然状况和专业特点着手, 遵守合理专业的原则, 加入智能化系统的集成原理和设计理念, 根据国家的消防、电气等要求进行设计, 在前期阶段开发出了火灾自动报警、楼宇自动控制盒保安监控系统, 而达到通信自动化、告诉信息网和电网累监测等功能是现在电力调度智能化集成建设所正在研究的主要方向。
1 通信交换网组网状况
我国现在的电力系统通信室由行政交换机和调度交换机组成的, 有公网和专网之分。公网包括通信公司龙南总站、中国移动和中国联通三个通信站, 这三个通信站组成全国的网络通信系统。中心主站与公网主要是靠交换机通过CSN.1信令连接, 然后通过PRI信令与专网的下级分站连接, 站与站之间的连接都选择两兆传输。通信交换网子系统需要内行政交换机和调度交换机相互配合, 而从开始运行到现在已经过去了十多年, 其中增加了很多的网点这加重了话务的负荷, 导致二次电源不稳等问题出现。根据相关的规定进行测试了解, 通信设备的运行在8个月的时间中虽然出现的故障不是很多, 设备运行率很高, 但是存在中心主站和和端局通信两兆的连接经常出现中断的现象, 这非常影响正常的通信。针对这种现象将采用统一的网内传输协议、调整主备用时钟等方法, 维护交换网络的平稳运行。
2 通信交换网优化方案
电力调度智能化集成的综合布线系统建设, 把通信交换网扩容优化建设纳入到整个大系统的设计规划中。在现有通信交换网基础上, 如果相应增加有关设备, 将来可实现ISDN功能, 即综合业务数据网。ISDN不仅能够继续提供现有交换电话网等网络所能够提供的用户需求的所有业务, 还考虑到ISDN与现有网络的互通与兼容。ISDN的业务种类很多, 而且其业务能力是发展的, ISDN的业务需要充分估计到用户的新业务需求, 包括不久的将来可能会出现的新的通信需求。ISDN电信业务可以分为提供基本传输功能的承载业务和包含终端功能的用户终端业务。除了这两种基本业务外, 还规定了变更或补充基本业务的补充业务。利用这些补充业务, 可以为用户的通信带来很大的方便。承载业务提供在用户之间实时传递信息的手段, 而不改变信息本身所包含的内容, 这类业务对应于开放系统互连 (OSI) 参考模型的低层功能。用户终端业务把传输功能和信息处理功能结合起来, 不仅能够提供OSI的低层功能, 也能够提供高层功能 (HLF) 。如果说承载业务定义了对网络功能的要求, 并且由网络功能来提供这类业务, 那么用户终端业务既包括了终端能力, 又包括了网络能力。承载业务和用户终端业务两者都可以配合补充业务一起为用户提供。但是补充业务可以和一种或多种承载业务或用户终端业务相结合, 不能单独使用。将不同的终端设备, 例如数字话机、传真、数据、微机、PABX等接入ISDN, 可以提供多种多样的电信业务, 产生最大的经济效益。解决了系统设备运行中的几处“瓶颈”问题后, 通信交换网将创造更大的综合效益。实践证明电力通信交换网远程监控和远端维护系统投入试运行后, 行政交换机故障发生的次数和总故障时间大幅度减少。如2013年8月某地区电力通信交换网通过光缆连接方式, 在中心主站与A、B、C多个下辖区之间实现了主站对各个分站交换机设备的远程监控和远端维护。该远程监控系统在通信交换网内采用相同的网络传输协议、采用统一的主备用系统运行时钟, 能够对所有交换机机房的设备运行状况进行24小时实时监控, 工程技术人员在交换机设备检修维护工作中保障了通信交换网络的安全平稳运行。电力通信交换网远程监控和远端维护系统投入试运行7个月后, 行政交换机故障发生的次数和总故障时间大幅度减少。
电力通信交换网实现交换机设备的远程监控和远端维护之后, 对其中几个月的通信状况进行了解分析, 其中的数据传输通道平均发生的故障数比远程监控和远端维护前要下降了许多, 总体每个月的故障数目超过了上级部门每月故障路数的运行考核指标。设备每个月的平均故障出现时间为198.3分钟, 相比进行远程监控和远端维护之前下降了543.1分钟, 达到并且超过了上级部门每月300分钟的运行考核指标, 总体的工作质量提高了许多。电力通信交换网在后期改进为综合联网之前工程技术人员每天平均要处理0.83个故障数, 在进行改进技术使用远程监控和远端维护之后没有平均处理的故障数目为0.22个, 相比减少了很多。而故障数目的减少不仅减少了工程技术人员的工作强度, 还在很大程度上节约了资金的消耗, 经济效益非常的显著。
3 针对电力调度中的缺陷采取的措施
在智能化建设过程中, 必须对各部门的设备、人员所涉及的自控、保安监控和消防安全等系统设计进行有效、合理的综合仲裁, 可以分三个部分进行:综合布线系统:该系统的物理等形的布线方式, 为将来发展交换式网络奠定基础, 降低了传统布线时各系统的重复浪费, 同时降低了布局和设备搬迁的费用以及维护费等, 具有很高的经济效益;自控是将高层建筑物内的电力、照明、空调、给排水、防雷接地系统、防火与保安、运输、防汛等设备, 以集中监视、控制和管理为目的而构成的一个综合监控系统, 能够为大楼提供舒适、安全的环境, 同时还能节省设备的运行与维护费用, 使机房达到少人值守或无人值守的目的;保安监控系统是应用监视和防盗报警设备对某些区域或场所进行必要的监控, 提高了工作效率, 保障了人身和财产的安全, 在实际应用中, 闭路电视监视系统和防盗报警系统两部分可以单独使用, 也可以联合使用。
在电力调度智能化系统集成的规划设计和开发应用过程中, 根据智能化系统集成原理和集成系统建设的设计理念、技术说明和功能特点, 重点开发建设了综合布线系统、火灾自动报警系统、综合监控和楼宇自控系统以及电网自动化等其它智能化专业集成系统。通过对智能化集成效果和建设应用的效能评估, 研究设计了电力调度智能化系统集成的优化方案, 规划了智能化系统集成的未来发展目标。电力系统通信交换网主要为生产、电网调度、行政办公等提供内部电话通信, 为采集提供数据传输通道, 在日常的设备检修维护工作中, 检修技术人员有效运用全面质量管理等科学管理手段, 提高交换网内行政交换机等设备的运行率, 保障通信交换网系统的安全平稳运行。
结束语
电力通信系统技术上在不断的创新个改进, 而自从远程监控和远端维护技术被应用以来, 通信质量得到了很大的提高。通过更加专业化和正规化的管理, 保证了网内传输通道的稳定性, 既减少了工作人员的工作量, 提高了工作效率, 也产生了很好的经济消息, 促进了电力通信交换系统的良好发展。
参考文献
[1]曲世敏.电力调度楼智能化系统集成方案研究[D].长春:吉林大学, 2008.
智能集成电力电容器 篇4
根据中国钢铁工业协会统计,2010年钢铁行业耗电约占全国总用电量的10%左右,因此推进钢铁行业节电工作,对缓解全国电力紧张状况,促进钢铁企业节能降耗有重要作用。钢铁企业用电负荷较大,其电网结构相对完整,由发电、变电、输电、配电和用电等多个环节组成,形成了一个完整的区域小电网;而为了保证钢铁企业内部电网的安全、优质、经济运行,提高调度管理信息化水平,需要实现电网二次相关专业的融合和协调发展,提高电网管理效率。电力二次系统一体化最早由沈国荣院士提出,其目的就是要提高电网运行的综合支撑水平,促进二次相关专业的融合和协调,促进多学科跨领域技术发展,推动智能电网的实质性发展,建设坚强的电力二次系统一体化安全防护体系。其核心理念是实现电力数据共享、横向专业融合以及纵向需求贯通[1]。
钢铁企业电力系统具有负荷大、能耗高、生产连续性强的特点,其既是大电网的终端用户,又是大电网的电源点(自备电厂),增加了调度管理的复杂程度,尤其是当电网出现紧急情况时,调度人员在短时间内需要处理大量信息,无法保证及时、准确地进行决策。智能调度是将电网运行中依靠人工进行决策和判断的过程利用人工智能的方式计算机化实行,同时将人工经验抽取成知识,实现知识在组织内的传承[2],为电力系统的安全、经济调度提供了可靠的手段和决策信息。在2013年包头钢铁集团能源中心的建设中,在PCS-9000电力调度集成平台的基础上构建钢铁企业智能电力调度集成系统,通过电力二次系统一体化数据平台的建设,实现数据采集和监控,以及对辖区变电站和电厂的实时监控和优化调节,并在钢铁企业电力系统的智能调度与优化方面进行了深入研究,实现了电力高级应用的集成和电力能源的调度优化。
1 系统组成
钢铁企业智能电力调度集成系统采用统一平台开发、模块化设计、分布式运行和标准化建设,克服了以往多个系统不能有效集成的问题,同时统一考虑各系统需求,通过实时应用数据库和应用功能分布,实现了电力二次系统一体化集成。系统的实时应用基于面向对象实时数据库设计,体系结构采用分布式、分层设计原则,其体系结构如图1所示。
系统自下而上分别为硬件平台、操作系统平台、通用中间件、统一应用支持平台、钢铁企业智能电力调度集成系统。
系统硬件平台和操作系统平台采用服务器混合运行技术,通过平台异构实现系统异构,异构平台对应用屏蔽,应用功能无须对不同操作系统进行特别处理;通用中间件的采用使得系统的各种应用能够运行在多种操作系统的硬件平台上,具有很好的可移植性;统一应用支撑平台构筑在通用中间件之上,为各类电力系统应用软件的开发和运行提供统一的支撑平台,包括分布式网络通信管理平台、面向对象实时数据库管理平台和电力二次系统一体化数据平台,以及系统管理平台、报警事件管理平台、人机子系统、历史服务、模型服务、图形服务、计算服务和工作流;钢铁企业智能电力调度集成系统由电网分析、电网监控、综合智能调度、保护故障信息管理、系统优化与控制、电能量计量信息管理、调度管理和稳定控制信息管理等子系统构成,满足了钢铁企业对电力调度各个层次的要求。
电力二次系统一体化数据平台为实现智能调度与优化提供了多维数据,是实现智能调度的重要基础。通过建立一个适合钢铁企业自身特点的数据平台网络架构,实现数据采集和信息监控。平台具备成熟的数据库管理工具,对各种应用的实时数据库和历史数据库进行管理,能离线对实时数据库进行维护,并具备支持各种优化分析应用开发的应用平台。平台采用完备的数据采集模式,实现通信方式的多样化,具有精确的数据对时和同步能力。
电力二次系统一体化数据平台的网络结构如图2所示,从图中可以看出该网络结构分为3个层次:最上层是监控操作数据网及监控信息接入网,通过防火墙将其分成3个区域,分别为1区的数据采集、历史存储和运行操作,2区的调度员培训仿真(DTS)以及3区的Web服务;中间层是工业千兆光纤骨干环网,包括远动数据采集环网,设备监测、电能量、保护故障信息、调度管理环网,稳定控制专用环网和视频消防门禁环网;底层为各变电站SCADA数据、电能量信息、保护故障信息、设备监测信息、稳定控制子站信息、视频消防门禁信息接入。
由于要对多个专业的不同数据进行采集、管理、存储和同步,因此整个电力二次系统一体化数据平台设计遵循标准化、开放性和分布式原则,实现了硬件设备无关化、电网模型标准化、数据通信标准化、系统服务公用化,同时,实现了功能模块的组件化和标准化。平台具备标准化的数据库结构、数据访问接口、图形和数据库的导入和导出以及完善的跨平台和混合平台能力。为实现第3方软件的“即插即用”,系统平台设计时遵循统一的国际通用标准,如IEC61970[3,4,5]和IEC61968[6,7,8],采用通用中间件技术,为SCADA、电能量管理系统、保护故障信息系统、电力高级应用和调度员培训仿真等各种电力应用提供统一的分布式运行和开发中间件平台,保证系统的可移植性、可靠性和实时性,系统还为不同应用提供普遍需要的图形建模、报警服务、Web服务和通用报表等应用工具。
2 系统运行架构与功能实现
智能电力调度最重要的是调度和管理的智能化,我们从数据流和业务需求的角度对智能电力调度的系统架构进行设计,其层次结构如图3所示,包括现场数据采集、数据存储与管理和智能调度与优化功能。由现场数据采集、数据存储与管理构成了系统应用的支撑平台;通过满足运行人员运行、操作、调度和管理的各种高级应用功能,实现钢铁企业电网的监视控制和智能调度与优化。
2.1 现场数据采集
现场数据采集包括未经处理的原始实时数据(包括电力SCADA数据、保护故障信息、稳定控制子站信息、电能量计量信息等)、历史数据、应用数据及交换数据等。要保证各种数据采集的实时性和准确性,就需要采用先进的数据采集技术。本系统将大型SCADA系统的数据采集子系统功能部署在N台IO服务器上,采用1主(N-1)热备的冗余模式,组成数据采集服务器集群,综合考虑各数据采集任务的约束条件和服务器状态,动态调整任务在各服务器上运行的优先级,将其分配到优先级最高的服务器上并行运行;通信协议采用软插件形式实例化,提高数据的吞吐能力和通信可靠性[9]。
2.2 数据存储及处理
统一应用支撑平台为应用功能提供丰富的数据资源和友好的展现方式,包括实时数据库、应用数据库、时序数据库、历史数据库、数据同步与访问机制、数据引擎和应用引擎。采用实时数据库对现场采集的数据进行保存和处理;根据不同应用的需求,将不同专业的数据分类保存到相应的应用数据库中;所有数据将由时序数据库和历史数据库进行统计、存储和管理,构成系统的数据资源中心。通过系统数据总线进行不同应用间、不同运行节点间的数据同步和访问,保证数据获取的实时性和准确性。数据引擎采用总线方式,为各类应用提供数据及模型驱动;应用引擎为各类应用业务提供数据流、数据及模型的搜索和定制功能。
2.3 智能调度与优化
智能调度与优化实现监视及控制、智能高级应用和调度优化功能。监视及控制是调度人员最常用的功能,其包括钢铁企业整个电网运行状态监视、运行方式制定、运行设备远程控制等,要实现电力调度的智能化,就需要将监视及控制与智能高级应用功能相结合,通过智能高级应用功能为监视及控制提供支持和决策。调度优化从整个钢铁企业电力能源的角度出发,将与电力相关的各个工序进行等值处理,并考虑煤气系统、蒸汽系统、外购电限额、外购发电煤等约束,对整个企业的用电进行评估及优化,最终给出未来电网的调度优化方案,指导调度人员进行调控。
2.3.1 智能高级应用
在电力调度系统中,传统的高级应用是建立在电网监视及控制的基础上,通过网络建模和网络拓扑建立钢铁企业电网的整体模型,根据采集的电力SCADA数据对实时遥信遥测数据进行分析计算,实现对电网不良数据的检测、辨识和处理;采用调度员潮流分析、电网静态安全分析、灵敏度计算等软件对电网的运行状态进行研究。钢铁企业智能电力调度集成系统的主要作用是保障安全稳定运行、提高电能质量和实现经济运行[10],要实现这一目标就必须在电力二次系统一体化数据平台的基础上,对电力系统中的高级应用进行集成和扩展。为此,我们建立了电网分析、保护故障信息管理、电能量计量信息管理、稳定控制信息管理、综合智能调度、系统优化与控制6大高级功能模块,各应用功能之间采用面向服务架构(SOA) 方式进行封装,实现相互调用。由模型驱动引擎采用自动触发的模式将监视及控制中的电网模型发布到相应的高级应用数据库中,同时各高级应用模块通过数据总线获取电网中设备的实时数据和历史数据。智能信息引擎将高级应用的优化结果和决策信息以告警、人机界面、报表、曲线等方式提供给调度和运行人员,为实际操作和调度提供参考信息。在6大高级应用模块中,综合智能调度和系统优化与控制是实现钢铁企业电网智能调度与经济运行的关键。综合智能调度集成了负荷预测、安全调度约束、智能告警、智能操作票等调度业务,保证电网安全稳定运行;系统优化与控制将发电成本优化、自动发电控制、自动电压控制、最大需量控制等应用和技术融合起来,以节能降耗为优化目标,实现钢铁企业电力能源的经济运行与优化分配。
2.3.2 调度优化
由于钢铁企业电力系统具有负荷大、能耗高、生产连续性强的特点,无论是发电、输电环节,还是配电、用电环节都与钢铁各主工序的生产运行息息相关,因此,制定合理的发电、配电和供电计划,合理经济地分配电力能源是智能调度的重要组成部分[11]。根据殷瑞珏院士在《冶金流程工程学》中对流程网络的描述[12],我们采用基于流程网络的图模库一体化建模技术[13],建立钢铁企业电力能源流程网络模型。在该模型的基础上,通过对企业关口负荷的预测、自备电厂机组的优化分析、余热余能发电的分析以及各级各类负荷特性的分析,对各工序电力负荷进行预测,建立与钢铁企业电力系统相关的设备及工序的电力能源优化分析体系,最终生成自备电厂各机组的发电计划和各个主工序的供电调配方案,实现钢铁企业电力能源的预测分析及综合优化,其程序框架见图4。
基于流程网络的电力调度优化分析首先需要对各工序负荷及发电机组输出功率进行等值处理,然后建立包括钢铁企业发电、配电、用电等各设备模型的流程网络模型,各设备模型之间通过“连结器”连接,形成一个具备网络拓扑的整体模型。
在流程网络模型建立后,利用模型中各等值单位间的关系,进行主要工序负荷分类及负荷特性分析、企业自发电能力分析和主要工序负荷预测。然后,根据主要工序的分析和预测结果以及企业自发电能力分析结果,对企业未来一段时间内的关口负荷进行预测,检验是否满足平衡条件:如果不满足平衡条件则需要调整各工序的负荷预测结果;如果满足条件,则根据设定的优化时间段和步长建立以关口平衡和电力经济分配为目标的电力调度目标函数,考虑燃料计划约束(如外购发电煤约束、煤气供应量约束等)、外购电限额约束、蒸汽需求量约束等,进行电力能源的综合优化分析。 优化分析结果为各机组的发电计划及各工序用电负荷量,结合优化结果给出各工序用电调配方案,供调度人员参考。
3 结论
本文在建设钢铁企业电力二次系统一体化数据平台的基础上,实现了电力调度系统的SCADA数据、保护故障信息数据、电量计量数据等信息的共享和融合;通过对智能调度的数据流和业务需求的研究,对智能调度的层次结构进行了重新定义和设计,实现了电力调度中常规高级应用的集成;通过基于流程网络的电力调度优化的具体实施,建立了平衡调度模式,制定了合理的发电计划和电力能源分配方案,实现了智能调度和经济安全调度。
摘要：为适应钢铁企业电力智能调度的要求,根据电力二次系统一体化的设计理念,通过建立钢铁企业电力二次系统一体化数据平台,实现多种电力调度数据和信息的融合;并在此基础上开发了适合钢铁企业的电力采集、监控、调度和优化等应用分析软件,实现了二次系统各专业横向融合和全网信息的综合共享,逐步实现电网综合智能调度。
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